解析细长板状零件加工变形控制工艺

王伟

（江苏省交通工程集团有限公司，江苏 镇江 212000）

当前人字闸门中边缝止水涉及到了大量的细长板状零件，如枕、支垫块等，这些零件在加工过程中难度较大，工序复杂，直线度必须要进行严格的质量控制，否则将直接影响船闸后期的止水效果。刘老涧二号船闸大修工程加工件中涉及到了大量的枕、支垫块，结合实际的加工需求和使用需求，落实好变形控制，并且提出针对性的优化解决办法不仅是本文论述的重点，也是进一步强化机械加工质量的关键研究课题。

1 细长板状零件的加工工艺重要性

枕、支垫块作为人字闸门边缝的止水零件，在加工期间若精度不准或者存在质量问题，不仅直接影响闸门的止水效果，而且有可能引发闸门漏水后产生抖动带来的一系列问题，给船闸运行带来一定的安全隐患。因此在加工过程中对枕、支垫块等细长板状零件的精准控制，也是有效提升闸门运行稳定性的关键因素。

除此之外，枕、支垫块若出现质量问题，在后续维护以及更换的过程中也会增加较多的额外维修成本，甚至部分枕、支垫块安装在水下，在船闸不抽水的情况下根本无法更换，影响生产企业乃至工程的信誉和社会信赖度。因此落实好枕、支垫块等细长板类零件的加工工艺控制，实现精细化管理以及质量管理，对于企业以及工程来讲，都有一定的促进作用。

2 细长板状零件的加工特点

结合当前大部分细长板状零件的加工质量变化情况来讲，变形是主要的质量影响因素。而导致板状零件产生变形的行为，以受力变形和受热变形为主。

首先针对受力变形来讲，在细长板状零件加工期间，高速的铣削以及夹具的使用都会产生一定的应力，在应力的影响下，由于板状零件本身的厚度不高，极易出现弯曲变形等问题。在零件产生变形之后，随着不同程度的震动，会直接导致工件表面和圆柱度的粗糙度无法进行控制，精准度也会受到车削的影响，例如工件弯曲过大时会产生较大的振动量，从而无法进行表面精度的控制。

另外针对受热变形来讲，主要指的是在前期工件加工过程中可能会出现较多的热量，而细长板状零件本身的散热性能不高，容易在热量的影响下出现热胀冷缩情况，膨胀到一定数值下，受到了夹具以及限位块等因素的影响，会出现弯曲变形。

3 细长板状零件的变形控制分析

刘老涧二号船闸大修工程加工件中涉及到了大量的枕、支垫块，如图1。枕、支垫块是人字闸门的边缝止水的配合零件，凸凹圆弧是止水面，零件的直线度直接影响配合面的间隙，因此其形变将直接影响止水效果。为了避免出现形变等情况，就必须要落实好质量控制，详细的内容和策略如下。

图1 枕、支垫块结构

3.1 常规变形控制方法

切削刀具要求尽量锋利，刀尖圆弧尽量小，减少挤压量，加大刀具前角，使切削力减小，减小热变形；刀具后角适当增大，减少后面与已加工表面的摩擦，能够有效防止应力变形。若取零件大尺寸方向为顺平行纹向，则通过铣削加工后由于受挤及摩擦拉伸，其表面伸长就更大，变形就越发严重。因此为了改善这一施工缺陷，在下料时应严格控制大尺寸方向，一定要取垂直纹向，使之挤压伸长在长向为最小。

另外在板状零件加工的过程中，还需要消除因为已加工表面较对应面出现拉长而呈不同程度的上拱变形，如能在其对应面采取合适的切削余量加工该面，则也会产生一定的表面扩张。那么为了有效缓解这一问题，减小以至近乎完全消除变形，在加工完一面后，将该面朝下贴紧垫铁，工件全长夹紧在虎钳中，敲平工件，虽然能够有效缓解较为严重的变形量，但此时的工件仍处于弹性变形范围内，因此可以选择合适的切削用量加工，松开夹具，工件两面由于反应变的作用则成平行状态。减小切削深度，适当增加切削速度和走刀量，对控制变形和提高生产率有利。合理使用冷却润滑液，可延长刀具寿命，也可以有效降低行销过程中产生的热量，防止对工件产生影响，对控制变形有利。

3.2 落实好刀具和几何参数的控制（凸圆弧加工）

刀具以及几何参数的控制，主要指的是要严格控制车削过程中，车刀的前角、主偏角、刀倾角。首先前角的大小和切削力、温度以及功率有着紧密的联系，例如前角缩小切削力会随之增大，在不影响强度的情况下，可以最大限度的提升刀具前脚；主偏角的参数会受到轴向切削力、径向切削力以及切向切削力等因素的影响。若主偏角较小，整体的径向切削力会逐步增大，而切向切削力会逐步减小；刃倾角会受到切屑流向、刀尖强度不同、切削分力比例的影响。若刃倾角逐步减小，则径向切削力会快速增大，轴向切削力以及切向切削力反而不会受到较大的影响。通常来讲，为了有效避免板件零件出现变形，刃倾角需要控制在-10～+10°的范围内，能够有效提升三个切削分力之间的比例合理性，从而避免对工件造成影响。

3.3 铣削加工处理的质量控制

通常来讲在细长板件加工的过程中，铣削过程分为粗铣、半精铣以及精铣三个重要阶段。

在粗铣削加工结束后，由于该环节加工效率较高，对于原材料的组织破坏程度较大，因此是导致内应力以及板件变形的主要环节。那么在经过粗铣削之后，需要通过退火处理来进行原材料弹性的恢复，能够有效提升其控制应力。

通常来讲常规的细长板件为45锻材料，退火温度可以控制在800～820℃左右。若生产周期较长，在粗铣削结束之后，可以放置几天，促使内应力自然释放，然后当达到实际施工标准之后，再进行后续加工。

半精铣削和精铣削必须要严格区分开，不能在一次装夹完成之后共同采取这两项作业，必须要经过拆卸重新夹装，能够有效提升精准性，避免切削过程中出现变形情况。

3.4 通过热校平进行校正

针对当前大部分变形矫正作业来讲，人工矫正往往是在室温的环境下针对细长板件切削过程中出现的变形情况进行矫正，但是部分细长板件切削期间产生的变形抗力也较大，因此人工矫正可能无法一次性的满足实际需求，那么便需要通过热校平来进行辅助矫正。

热校平技术指的是需要将变形的原材料加热到一定温度，确保金属能够再次结晶，在这个过程中材料变形抗力会伴随着温度的升高而逐步下降，因此只要施加一定的外力，便可以强化其内部各层纤维组织，改善原有的变形状态。

在实际操作的过程中，可以将多个变形的细长板件进行叠加处理，利用模具进行一次性的精准校正。这个过程中合理的选择加装模具，将有效提升变形矫正的精准性，同时模具本身的材料屈服极限必须要高于细长板件自身的抗力，这样才能够有效满足不同细长板件材料的实际校正需求。另外在温度控制方面，采取热校平进行变形矫正温度越高，其矫正精准性越高，但是必须要结合不同细长板件的实际材料特点进行温度范围的控制，随着温度的增高，板件本身的抗拉性能会逐步下降，因此需要严格考虑材料平整度以及抗拉强度之间的平衡性，落实好温度调控，这样才可以在满足校正需求的同时，不会降低板件本身的材料性能和刚性。

4 结语

当前细长薄板件加工过程中会存在一定程度的变形问题，为了有效的进行变形量控制，必须要落实好加工工艺以及相关设备体系的性能优化。在刀具选择以及夹装技术的选择方面，要结合具体的变形控制需求进行调整，同时退火处理以及热校平处理能够有效改善板件的变形量，同时在提升强度的过程中也能够增强参数精准性。要结合实际需求进行针对性的优化方案选择，这样才能够有效提升细长板件的加工质量。