技術(shù)中心2024-09-20
機(jī)械加工中的工件變形問(wèn)題，是比較難以解決的問(wèn)題。首先必須分析產(chǎn)生變形的原因，然后才能采取應(yīng)對(duì)的措施。
01、工件的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響工件變形
變形量的大小與形狀復(fù)雜程度、長(zhǎng)寬比和壁厚大小成正比，與材質(zhì)的剛性和穩(wěn)定性成正比。所以在設(shè)計(jì)零件時(shí)盡可能的減小這些因素對(duì)工件變形的影響。
尤其在大型零件的結(jié)構(gòu)上更應(yīng)該做到結(jié)構(gòu)合理。在加工前也要對(duì)毛坯硬度、疏松等缺陷進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證毛坯質(zhì)量，減少其帶來(lái)的工件變形。
變形量的大小與形狀復(fù)雜程度、長(zhǎng)寬比和壁厚大小成正比，與材質(zhì)的剛性和穩(wěn)定性成正比。所以在設(shè)計(jì)零件時(shí)盡可能的減小這些因素對(duì)工件變形的影響。
尤其在大型零件的結(jié)構(gòu)上更應(yīng)該做到結(jié)構(gòu)合理。在加工前也要對(duì)毛坯硬度、疏松等缺陷進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證毛坯質(zhì)量，減少其帶來(lái)的工件變形。
02、工件裝夾時(shí)造成的變形
工件裝夾時(shí)，首先要選擇正確的夾緊點(diǎn)，然后根據(jù)夾緊點(diǎn)的位置選擇適當(dāng)?shù)膴A緊力。因此盡可能使夾緊點(diǎn)和支撐點(diǎn)一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面，且選擇受力不易引起夾緊變形的位置。
當(dāng)工件上有幾個(gè)方向的夾緊力作用時(shí)，要考慮夾緊力的先后順序，對(duì)于使工件與支撐接觸夾緊力應(yīng)先作用，且不易太大，對(duì)于平衡切削力的主要夾緊力，應(yīng)作用在最后。
其次要增大工件與夾具的接觸面積或采用軸向夾緊力。增加零件的剛性，是解決發(fā)生夾緊變形的有效辦法，但由于薄壁類零件的形狀和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形。
增大工件與夾具的接觸面積，可有效降低工件件裝夾時(shí)的變形。如在銑削加工薄壁件時(shí)，大量使用彈性壓板，目的就是增加接觸零件的受力面積；在車削薄壁套的內(nèi)徑及外圓時(shí)，無(wú)論是采用簡(jiǎn)單的開(kāi)口過(guò)渡環(huán)，還是使用彈性芯軸、整弧卡爪等，均采用的是增大工件裝夾時(shí)的接觸面積。這種方法有利于承載夾緊力，從而避免零件的變形。采用軸向夾緊力，在生產(chǎn)中也被廣泛使用，設(shè)計(jì)制作專用夾具可使夾緊力作用在端面上，可以解決由于工件壁薄，剛性較差，導(dǎo)致的工件彎曲變形。
工件裝夾時(shí)，首先要選擇正確的夾緊點(diǎn)，然后根據(jù)夾緊點(diǎn)的位置選擇適當(dāng)?shù)膴A緊力。因此盡可能使夾緊點(diǎn)和支撐點(diǎn)一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面，且選擇受力不易引起夾緊變形的位置。
當(dāng)工件上有幾個(gè)方向的夾緊力作用時(shí)，要考慮夾緊力的先后順序，對(duì)于使工件與支撐接觸夾緊力應(yīng)先作用，且不易太大，對(duì)于平衡切削力的主要夾緊力，應(yīng)作用在最后。
其次要增大工件與夾具的接觸面積或采用軸向夾緊力。增加零件的剛性，是解決發(fā)生夾緊變形的有效辦法，但由于薄壁類零件的形狀和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形。
增大工件與夾具的接觸面積，可有效降低工件件裝夾時(shí)的變形。如在銑削加工薄壁件時(shí)，大量使用彈性壓板，目的就是增加接觸零件的受力面積；在車削薄壁套的內(nèi)徑及外圓時(shí)，無(wú)論是采用簡(jiǎn)單的開(kāi)口過(guò)渡環(huán)，還是使用彈性芯軸、整弧卡爪等，均采用的是增大工件裝夾時(shí)的接觸面積。這種方法有利于承載夾緊力，從而避免零件的變形。采用軸向夾緊力，在生產(chǎn)中也被廣泛使用，設(shè)計(jì)制作專用夾具可使夾緊力作用在端面上，可以解決由于工件壁薄，剛性較差，導(dǎo)致的工件彎曲變形。
03、工件加工時(shí)造成的變形
工件在切削過(guò)程中由于受到切削力的作用，產(chǎn)生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說(shuō)的讓刀現(xiàn)象。應(yīng)對(duì)此類變形在刀具上要采取相應(yīng)的措施，精加工時(shí)要求刀具鋒利，一方面可減少刀具與工件的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件時(shí)的散熱能力，從而減少工件上殘余的內(nèi)應(yīng)力。
例如在銑削薄壁類零件的大平面時(shí)，使用單刃銑削法，刀具參數(shù)選取了較大的主偏角和較大的前角，目的就是為了減少切削阻力。由于這種刀具切削輕快，減少了薄壁類零件的變形，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
在薄壁零件的車削中，合理的刀具角度對(duì)車削時(shí)切削力的大小，車削中產(chǎn)生的熱變形、工件表面的微觀質(zhì)量都是至關(guān)重要的。刀具前角大小，決定著切削變形與刀具前角的鋒利程度。前角大，切削變形和摩擦力減小，但前角太大，會(huì)使刀具的楔角減小，刀具強(qiáng)度減弱，刀具散熱情況差，磨損加快。所以，一般車削鋼件材料的薄壁零件時(shí)，用高速刀具，前角取6°～30°，用硬質(zhì)合金刀具，前角取5°～20°。
刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相應(yīng)減小，但后角過(guò)大也會(huì)使刀具強(qiáng)度減弱。在車削薄壁零件時(shí)，用高速鋼車刀，刀具后角取6°～12°，用硬質(zhì)合金刀具，后角取4°～12°，精車時(shí)取較大的后角，粗車時(shí)取較小的后角。車薄壁零件的內(nèi)外圓時(shí)，取大的主偏角。正確選擇刀具是應(yīng)對(duì)工件變形的必要條件。
加工中刀具和工件摩擦產(chǎn)生的熱量也會(huì)使工件變形，因此在很多時(shí)候選擇高速切削加工。在高速切削加工中，由于切屑在較短時(shí)間內(nèi)被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，減少了工件的熱變形；其次，在高速加工中，由于切削層材料軟化部分的減少，也可減少零件加工的變形，有利于保證零件的尺寸、形狀精度。另外，切削液主要用來(lái)減少切削過(guò)程中的摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液對(duì)提高刀具的耐用度和加工表面質(zhì)量、加工精度具有重要作用。因此，在加工中為防止零件變形必須合理使用充分的切削液。
加工中采用合理的切削用量是保證零件精度的關(guān)鍵因素。在加工精度要求較高的薄壁類零件時(shí)，一般采取對(duì)稱加工，使相對(duì)的兩面產(chǎn)生的應(yīng)力均衡，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，加工后工件平整。但當(dāng)某一工序采取較大的吃刀量時(shí)，由于拉應(yīng)力、壓應(yīng)力失去平衡，工件便會(huì)產(chǎn)生變形。
薄壁零件車削時(shí)變形是多方面的，裝夾工件時(shí)的夾緊力，切削工件時(shí)切削力，工件阻礙刀具切削時(shí)產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，使切削區(qū)溫度升高而產(chǎn)生熱變形。所以，我們要在粗加工時(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量可以取大些；精加工時(shí)，刀量一般在0.2～0.5mm，進(jìn)給量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精車時(shí)用盡量高的切削速度，但不易過(guò)為高。合理選擇好切削用量，從而到達(dá)減少零件變形的目的。
工件在切削過(guò)程中由于受到切削力的作用，產(chǎn)生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說(shuō)的讓刀現(xiàn)象。應(yīng)對(duì)此類變形在刀具上要采取相應(yīng)的措施，精加工時(shí)要求刀具鋒利，一方面可減少刀具與工件的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件時(shí)的散熱能力，從而減少工件上殘余的內(nèi)應(yīng)力。
例如在銑削薄壁類零件的大平面時(shí)，使用單刃銑削法，刀具參數(shù)選取了較大的主偏角和較大的前角，目的就是為了減少切削阻力。由于這種刀具切削輕快，減少了薄壁類零件的變形，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
在薄壁零件的車削中，合理的刀具角度對(duì)車削時(shí)切削力的大小，車削中產(chǎn)生的熱變形、工件表面的微觀質(zhì)量都是至關(guān)重要的。刀具前角大小，決定著切削變形與刀具前角的鋒利程度。前角大，切削變形和摩擦力減小，但前角太大，會(huì)使刀具的楔角減小，刀具強(qiáng)度減弱，刀具散熱情況差，磨損加快。所以，一般車削鋼件材料的薄壁零件時(shí)，用高速刀具，前角取6°～30°，用硬質(zhì)合金刀具，前角取5°～20°。
刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相應(yīng)減小，但后角過(guò)大也會(huì)使刀具強(qiáng)度減弱。在車削薄壁零件時(shí)，用高速鋼車刀，刀具后角取6°～12°，用硬質(zhì)合金刀具，后角取4°～12°，精車時(shí)取較大的后角，粗車時(shí)取較小的后角。車薄壁零件的內(nèi)外圓時(shí)，取大的主偏角。正確選擇刀具是應(yīng)對(duì)工件變形的必要條件。
加工中刀具和工件摩擦產(chǎn)生的熱量也會(huì)使工件變形，因此在很多時(shí)候選擇高速切削加工。在高速切削加工中，由于切屑在較短時(shí)間內(nèi)被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，減少了工件的熱變形；其次，在高速加工中，由于切削層材料軟化部分的減少，也可減少零件加工的變形，有利于保證零件的尺寸、形狀精度。另外，切削液主要用來(lái)減少切削過(guò)程中的摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液對(duì)提高刀具的耐用度和加工表面質(zhì)量、加工精度具有重要作用。因此，在加工中為防止零件變形必須合理使用充分的切削液。
加工中采用合理的切削用量是保證零件精度的關(guān)鍵因素。在加工精度要求較高的薄壁類零件時(shí)，一般采取對(duì)稱加工，使相對(duì)的兩面產(chǎn)生的應(yīng)力均衡，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，加工后工件平整。但當(dāng)某一工序采取較大的吃刀量時(shí)，由于拉應(yīng)力、壓應(yīng)力失去平衡，工件便會(huì)產(chǎn)生變形。
薄壁零件車削時(shí)變形是多方面的，裝夾工件時(shí)的夾緊力，切削工件時(shí)切削力，工件阻礙刀具切削時(shí)產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，使切削區(qū)溫度升高而產(chǎn)生熱變形。所以，我們要在粗加工時(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量可以取大些；精加工時(shí)，刀量一般在0.2～0.5mm，進(jìn)給量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精車時(shí)用盡量高的切削速度，但不易過(guò)為高。合理選擇好切削用量，從而到達(dá)減少零件變形的目的。
04、加工后應(yīng)力變形
加工后，零件本身存在內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力分布是一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，零件外形相對(duì)穩(wěn)定，但是去除一些材料和熱處理后內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，這時(shí)工件需要重新達(dá)到力的平衡所以外形就發(fā)生了變化。解決這類變形可以通過(guò)熱處理的方法，把需要校直的工件疊成一定高度，采用一定工裝壓緊成平直狀態(tài)，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據(jù)零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時(shí)間。熱校直后，工件內(nèi)部組織穩(wěn)定。此時(shí)，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現(xiàn)象得到消除，更便于零件的進(jìn)一步精加工。鑄件要做到時(shí)效處理，盡量消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，采用變形后再加工的方式，即粗加工-時(shí)效-再加工。
對(duì)于大型零件要采用仿形加工，即預(yù)計(jì)工件裝配后的變形量，加工時(shí)在相反的方向預(yù)留出變形量，可有效的防止零件在裝配后的變形。
綜上所述，對(duì)于易變形工件，在毛坯和加工工藝上都要采用相應(yīng)的對(duì)策，需根據(jù)不同情況加以分析，都會(huì)找到一條合適的工藝路線的。當(dāng)然，上述的方法只是進(jìn)一步減小工件變形，如果想得到更高精的工件，還需要不斷的學(xué)習(xí)、探討和研究。
加工后，零件本身存在內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力分布是一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，零件外形相對(duì)穩(wěn)定，但是去除一些材料和熱處理后內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，這時(shí)工件需要重新達(dá)到力的平衡所以外形就發(fā)生了變化。解決這類變形可以通過(guò)熱處理的方法，把需要校直的工件疊成一定高度，采用一定工裝壓緊成平直狀態(tài)，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據(jù)零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時(shí)間。熱校直后，工件內(nèi)部組織穩(wěn)定。此時(shí)，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現(xiàn)象得到消除，更便于零件的進(jìn)一步精加工。鑄件要做到時(shí)效處理，盡量消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，采用變形后再加工的方式，即粗加工-時(shí)效-再加工。
對(duì)于大型零件要采用仿形加工，即預(yù)計(jì)工件裝配后的變形量，加工時(shí)在相反的方向預(yù)留出變形量，可有效的防止零件在裝配后的變形。
綜上所述，對(duì)于易變形工件，在毛坯和加工工藝上都要采用相應(yīng)的對(duì)策，需根據(jù)不同情況加以分析，都會(huì)找到一條合適的工藝路線的。當(dāng)然，上述的方法只是進(jìn)一步減小工件變形，如果想得到更高精的工件，還需要不斷的學(xué)習(xí)、探討和研究。
