机械加工中工件变形的原因及预防措施

张妍

摘要：基于机械加工的现状而言，工件变形仍然成为机械加工领域的技术难题。通过大量的实践表明，导致机械加工中工件变形的原因多样化。只有强化对其深入研究，才能够确保该技术问题得到解决。基于此情况下，本文主要阐述了机械加工中工件变形的原因，同时重点分析了其预防措施，进而降低机械加工中工件变形的系数，致使其加工质量得以保障。

关键词：机械加工;工件变形;产生原因;预防措施

通常情况下，基于多种因素所影响，导致机械加工过程当中，工件出现形状不可控制，或者尺寸偏离了实际加工的需要，最终导致加工工件报废的现象。而工件变形是当前机械制造业在所难免的问题。尽管国内在机械加工方面技术相当成熟，但是最终还是难以解决这一技术难题。因此，只有在未来的机械加工过程中，不断深入对其进行探索，重点分析工件出现变形的原因，经过大量的反复实验才能够更好地控制这一问题，从而提高机械加工的整体生产水平，进而全面提升机械加工产品的质量。

1  机械加工中工件变形的原因概述

1.1 工件材质与结构

在机械加工过程当中，工件材质在很大程度是导致工件变形的直接原因。当加工塑性好、强度较高的材质时，则可以合理应对硬件出现变形的情况。而这些优质的材质也会克服各种应力与变形。反而言之，工件材质不达标，整体强度不足、塑性较差等，则在实际的加工过程当中，缺乏抵御外界施加的压力，这将会极大地增加工件的变形几率，致使产品成为废品。此外，工件的结构设计是否合理，同样会带来加工工件的变形。当结构壁厚不均匀、截面突变、以及制造工艺设计缺乏合理性的情况下，以上问题将会导致加工后的应力过于集中。一旦外力被去除，则必然会增加工件出现变形。

1.2 工件装夹

在进行工件装夹的过程中，由于相关操作人员没有严格执行装夹操作流程，致使定位面与夹紧点选择方式欠妥，缺乏一定的科学性与合理性，导致加工工件出现变形的情况，甚至会出现报废的现象。尤其当工件抵御变形能力低于夹紧力时，致使工件在加工前出现变形。

1.3 工件加工

由于刀具与切削面在实际的加工过程当中，在其表面会出现剧烈的摩擦，此时由于摩擦生热产生大量的热能。并且生成的热能传导到工件表面，则产生了热应力。当工件强度没有达到一定的程度时，刀具在加工过程对工件产生抗力，而这种抗力极大地增加了工件的附加力，从而导致工件出现变形。

1.4 内应力与残余应力

基于物体外力产生变形的情况下，工件内部之间便会相互作用产生内力，并充分利用这种内力来对外因作用进行有效的抵抗，从而实现物体的复原目的。消除内应力的基本方式：其一，强化对零部件的高温处理;其二，振动时效;其三，自然时效。而所谓残余应力通常是指因外力消失而残留在工件上的内应力[1] 。通常情况下，基于外部环境所影响，一个不稳定的平衡失去了原有的平衡状态。由于残余应力实施再分配，致使工件出现变形的现象，同时也改变了原来零件的精度。残余应力的消除措施：其一，强化零件设计管理，合理设计零件内部结构;其一，实现对部件的热处理;其三，确保工艺过程安排的合理性。

1.5 热处理方式

部分工件需要做好加工过程中的热处理工作，甚至还有的工件需要完成加工后进行热处理。基于当前这一现状而言，需要对工件进行加热、保温、冷却等流程。而通过热处理后的工件，将会产生不同程度的变形[1]。通过相关加工处理试验分析可知：基于多种因素在同一产品进行不同程度的作用，对机械加工变形造成影响如图1所示。

2  机械加工中工件变形的预防措施分析

2.1 合理选择工件材质与结构

为了能够有效的预防控制工件加工变形等问题，则需要合理的选择工件的材质，科学的设计工件的内部结构。工件材质选择是否合理，在很大程度上影响着工件的正确使用。因此，在工件材质的选择过程当中，必须给予工件的应用场合、以及使用特点足够的重视。尤其相对于受力大、易变性的工件而言，需要尽可能的选择那些钢度较强的合金钢材料[2]，以此来保证工件在加工中的抗变形能力，进而达到工件的可使用需要。此外，在进行产品设计过程当中，设计人员需要合理优化设计组合，不断完善制造工艺流程，提升其设计的科学合理性，从而有效地预防工件因加工而出现变形等问题。

2.2 合理选择装夹方式

工件在加工后的变形几率与工件装夹方式存在必然的关系，因此在定位面的选择时，需要重点加强基准重合原则考量，定位面尽可能的选择较大的接触面积，以此来保证其整体稳定性。同时，在夹紧点的选择过程当中，尽可能的保证其与定位支撑点相对应[3] ，通过此种设计有助于实现支撑力与作用力的相互抵消，致使工件不会产生内应力，同时也保证了夹紧力适度性。此外，在保证夹持可靠的基础上，需要合理的控制用力操作行为，避免出现工件变形等问题出现。在实际的夹紧过程当中，需要严格执行夹持力的夹持顺序。

2.3 减小内应力

基于金属表面在实际的加工过程中受到挤压、摩擦等抗力，致使其产生了各种应力。基于此情况下，为了能够合理控制当前这种压力的产生，通常情况下主要运用对称加工方式进行相关作业，以此抵消加工过程的当中所产生应力的变化。确保相对应面产生均衡应力[2]，从而实现稳定的状态。在加工关键部位工件过程中，可采用先粗放后精细的加工方式。相对于部分结构不对称的工件而言，可以采用反变形手段进行毛坯制造。即：将变形量预留在工件变形相反方向，同时需要重点加强工件变形因素考量，当完成金属加工后，便可降低工件变形。

2.4 减小切削力

切削力与加工工件变形存在密切的联系，为了能够有效的减少切削力，则需要选择合理的刀具、以及且削用量。在此过程当中，刀具要保持充分锋利，并且要确保刀具结构的合理性，进而合理应对因刀具而引发的工具变形。因此，在工件的实际加工过程当中，要充分保证切削部位得到充分冷却[3]，不但有助于带走切削产生的热能，而且还能够降低其热传导性。与此同时，基于工件的结构特点所决定，需要有针对性的选择切削参数。此外，在进行粗加工过程中，通过采用较大的切削用量，可以有效的提高切削效率。在精加工阶段，切勿采取较大的吃刀量。在工件的实际加工过程当中，如若不能够及时排除刀具与工件摩擦产生的热量，则必然会导致加工中的工件出现变形。因此，采用高速切削加工方式，不但可以以最短的时间完成切削工作，而且还有助于带走大部分切削热量。

3  結语

综上所述，在机械制造业发展的过程当中，机械加工中的工件变形问题一直以来是一项难攻破的难题。需要在实践中不断深入总结分析，才能够经过大量的经验总结出应对策略。因此，在机械制造业发展的同时，机械制造企业需要给予加工中工件变形足够的重视，同时要重点分析可能会引起工件出现变形的原因，根据其存在的原因进行入手，逐渐克服重重困难，解决当前机械加工存在的工件变形问题，进而全面提升机械加工产品的总体质量。

参考文献：

[1] 王信义.机械制造工艺学[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[2] 于惠力，冯新敏.现代机械零部件设计手册[M].北京：机械工业出版社，2013.

（作者单位：大连机车车辆厂配件四分厂）