易变形复杂零件加工工艺研究

桑建国

（江苏省南通中等专业学校，江苏 南通　226011）

易变形复杂零件加工工艺研究

桑建国

（江苏省南通中等专业学校，江苏 南通226011）

易变形复杂零件的结构具有特殊性，在较高的加工技术要求时需要改善加工工艺路线，实现对复杂零件变形问题的有效控制。文章分析了易变形复杂零件的结构特点阐述了变形原因，提出了较少变形的措施，即通过粗精加工工序分开，适当进行热处理工序，并通过改善刀具材料和切削速度实现变形控制。最后系统说明了降低变形的工艺路线设计原则，为机械加工工艺设计人员提供参考。

易变形；复杂零件；加工工艺；设计原则

机械零件在进行加工时通常会产生变形，而变形问题是影响加工精度和表面质量最为严重的问题之一。由于复杂形状的零件结构具有特殊性，并且在加工中具有特殊的技术要求，更增加了零件的加工难度。复杂形状的零件在设计时必须考虑加工难易程度，而对于特殊要求的复杂零件必须通过改善加工工艺来保证加工质量，这就为复杂零件的加工工艺设计提出了较高的要求。易变形复杂零件的加工质量控制成为工艺人员的研究难点问题，文章分析了易变形复杂零件的结构特点和变形的原因，提出了降低零件变形的对策措施，并系统的探讨了易变形复杂零件工艺设计原则，为相关工艺设计人员提供参考。

1　易变形复杂零件的结构特点及原因分析

所谓易变形复杂零件是指零件具有较多的形体单元，在工作过程中功能部分结构差异大的机械零件。一般的复杂零件具有以下特点：零件包含了较多形体单元，各个单元的表面形状和表面区域大小不同；零件表面具有规则形状，部分具有非规则形状；零件的壁厚差别比较大，不同壁厚组合；零件的加工技术要求较高，尺寸精度和表面质量具有特殊要求；零件需要较高的刚度强度要求。易变形复杂零件的刚度较差，而为了保证强度通常需要进行热处理，所以热加工也是易变形复杂零件加工工艺要求之一。

易变形复杂零件变形的原因如下：①复杂零件需要去除的材料多，在进行机械加工时需要较大的切削用量。切削速度的增加会加大切削热，使工件表面的温度升高，造成工件的热应力增加，如果不能及时去除会造成零件内部产生巨大的残余应力，不仅影响了零件的机械性能，同时影响了机械零件的尺寸精度和表明质量。②由于复杂零件的结构是非对称的，导致应力分布不均匀，而且在厚度方向上，零件壁厚差别大，应力分布不均匀，在进行切削加工或者受到夹具力的作用时会产生变形。③引起复杂零件变形的其他原因还包括用于进行零件加工的原材料内应力没有彻底消除、已经加工好的零件在淬火处理时产生变形等。

2　减少或者消除变形的措施

在机械生产中，对于复杂零件的变形控制通常是在加工阶段进行适当的热处理，通过热处理与机械加工结合，改善加工工艺，去除工件内部应力，减少变形。

（1）对工件进行时效处理。时效处理是工件在低温回火和精加工之前，将工件进行高温加热到100～150°，并保持这个温度6～10h。加热和保温的过程中，材料的原子活动程度增加，晶格畸变消失，工件在加工时产生的内应力减小。工件内部稳定程度增加，尺寸稳定性提高，又由于热处理对材料改性的优点，材料的强度和硬度等力学性能保持稳定。

（2）复杂零件在进行加工时应合理的选择切削用量，在保证切削力的要求下选择尽量小的切削速度。在选择刀具角度时尽量保持适当的前角，并刀具几何角度合理控制，尽量减小切削力。质量要求较高的零件采用高速切削或者利用硬质合金刀具进行高速硬切削，从而保证切削的表面质量和加工精度。

（3）对于特殊零件如空心、薄壁、非对称零件，应注意夹具、零件硬度等问题。夹具尽量不要对易变形的部位加紧，对空心薄壁类零件应利用低熔点的合金进行填充浇筑，完成浇筑后采用内部填充的固定方式进行加工。如果零件的硬度较低，小于HRC45，在进行切削加工之前需要进行淬火处理，而对于硬度较高的零件应在淬火热处理进行后进行磨削加工，还可以采用高速切削加工的方式进行精加工。

3　复杂零件工艺设计原则

（1）工艺路线制定原则。为减小应力变形，消除零件在机械加工过程中的尺寸、形状变化，将粗加工与加工工序分开，在进行精加工之前必须对零件进行去应力处理，如果零件的加工精度要求较高，需要在精加工完成之后增加一步稳定时效处理。在粗加工时，应去除大部分的加工余量，尤其是容易引起较大的应力变形的形体单元，加大实体材料的去除。注意粗精加工的衔接，只要粗加工工序即可完成的加工部分，应在进行时效处理之后进行机械校正，减少因为变形过大造成精度不能满足要求，同时也是为精加工工序留足加工余量。对于一些合金钢材料的零件，需要进行调质处理，大型复杂零件可以在半成品时进行调质处理。

（2）加工余量及热处理温度的确定原则。由于粗精加工分开，粗加工是应尽可能的去除大部分实体材料，最大限度的去除大部分余量。加工余量的大小是通过正常工序设计时的余量加上零件变形量确定的，加工余量的具体计算可以通过试验测量，也可以根据加工经验进行估算。正常状态下，对于铝质材料的变形量相对较大，需要进行热处理的零件变形量相对较大，对于实体厚度变化较大的零件或者尺寸较大的大型零件，变形量均较大，这样在进行加工余量的确定时可以将粗精加工余量控制在合理的范围内。另外对于不同材料，性能要求不同的零件，保证零件具有足够的强度和塑性的情况下，应调整零件加工温度，在较高的温度下进行加工，在最大限度上降低零件的参与应力。对于铝质材料的零件，加工温度不能高于材料工作温度，应首先考虑零件人工时效处理的温度。

4　结语

易变形复杂零件的特殊性和技术要求的复杂性使得这类零件具有特殊的加工工艺。易变形复杂零件在加工时产生变形的主要原因是内应力，为了减少变形，加工人员需要将零件的粗加工与精加工工序分开，并在粗精加工之间进行热处理工序，这样可以降低热应力引起的零件变形。对于热加工难以控制的变形问题可以通过高速切削或者硬质合金刀具进行有效控制。这样的工艺设计可以解决一些难加工复杂零件变形控制问题，为工艺设计开拓了设计思路。

［1］自立.解决复杂零件生产的4轴加工［J］.世界制造技术与装备市场，2002，（3）.

［2］李素丽.小型复杂零件成形工艺研究及试验验证［J］.热加工工艺，2012，（15）.

［3］曾向彬，何镜奎，杨腾智.多曲面多角度复杂零件的工艺编排与加工［J］.模具制造，2012，（1）.

Study on Process of Easily Deformed Complex Parts

SANG Jian-guo
（Nantong Secondary Specialized Schools，Nantong，Jiangsu 226011，China）

Easily deformed complex parts has special structure，which requires to improve process route when the processing technical requirement is high in order to realize valid control on deformation of the complicated parts.The paper analyzes the characteristics of easily deformed complex parts and the reasons for deformation and puts forward corresponding measures，which is to control deformation by separating rough and fine finish machining process，and carrying out appropriate heat treatment process，as well as improving cutting tool materials and cutting speed.Finally it illustrates design principles of reducing deformation route，to provide the reference for machining process design personnel.

easy to deformation；complex parts；the processing technology；design principles

TH162

A

2095-980X（2016）07-0074-01

2016-06-08

桑建国（1975-），男，江苏南通人，工程师，主要研究方向：机械加工的数控新技术应用。