機械零件加工變形的原因分析及其改進

劉增偉　史小園

摘 要：機械零件在加工過程中發生變形難以避免，同時也是機械加工行業中廣泛關注的問題。由于機械零件加工中發生變形容易影響零件質量，因此，應盡可能減少由于變形而引起的質量問題。文章首先分析了機械零件加工變形的原因，然后尋找相應的改進策略，以期對機械零件加工變形的處理提供參考借鑒。

關鍵詞：機械零件；加工變形；原因；改進

中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0090-02

機械加工過程中由于受到種種因素的影響，機械零件加工的變形問題一直層出不窮，變形的零件不僅給機械加工業帶來了經濟損失，而且還影響到了企業在社會上的信譽，產品質量不能得到保證，這樣的發展現狀不利于機械加工業的正常運營，所以必須找到機械零件加工變形的原因，從而尋求解決問題的辦法，推進機械加工業的長期發展。

1 常見機械零件加工中變形的原因

1.1 由于內力的作用，零件加工精度改變

因為在車床加工的過程中，通常采用四爪卡盤卡緊零件，然后利用其向心內力的作用，對零件進行加工。并且在零件加工的過程中，也會受到內徑向力的作用。如果沒有很好的掌控這兩種內力，會導致機械零件松動，進而導致零件加工變形現象的發生。另外，還應該注意如果機械零件的夾緊力減小，則機械的切削力也要隨之而減小，相反機械零件夾緊力變大，機械的切削力也必須加大，只有這樣才能保證所加工的零件受力均勻。但是在實際加工中所面臨的問題是，加工后的機械零件的形狀與需要形狀并不匹配，其精確度已經出現了很大的出入，而出現這種狀況的原因是加工不夠細膩，導致質量不過關。

1.2 熱處理后和加工后機械零件變形問題

一些比較薄的機械零件很容易變形，因為他們的長徑比例較大，在加工或者熱處理后會出現彎曲的狀況，這種彎曲被稱為草帽彎曲。這種彎曲會導致其平面變大，而長徑比較小的機械零件經過熱處理或是加工后也會出現變形，導致零件的直線度相對偏大。原因是零件本身就具有內應力，而這種內應力是相對平衡的狀態，但經過熱處理或加工之后，零件自身的內應力發生改變，從而導致零件的外觀發生變形。

1.3 由于外力的作用，導致機械零件的變形

①如果在機械零件中含有薄片和懸臂，會很容易導致定位不當、裝夾不合理等現象的發生，零件的硬度不夠會使得零件很容易走形，無法達到圖紙所要求的精確度。

②在切削機械零件的同時，零件的形狀會在切削力的作用下發生彈性變形，這種現象就是所謂的“讓刀”現象。它會使得機械零件的規格標準出現偏差，影響到產品的質量。

③機械零件的長徑比較大，所以更容易受到切削力的作用，這樣就會導致非夾緊的一側更容易發生彈性變形，從而影響產品的質量。

2 機械零件加工變形的改進措施

2.1 減小夾緊力的措施

在剛性差的機械零件加工中，首先要通過增加輔助支撐來增加零件的剛性程度。在夾緊方面要注意夾緊點和零件之間的接觸面積大小。夾持的方式要合理，在機械零件是長軸類的情況下，要注意夾持方式的合理，可以采用兩端定位方式進行夾緊。對于薄壁套類零件加工中應該使用有彈性心軸裝置來進行裝夾，夾緊的位置應該是零件剛性比較強的部位。在加工長徑比較大的零件時，要注意不能采用一端懸空一端夾緊的方式，要采用兩端一起夾緊的方式從零件的頂端進行夾緊，另外，還可以采用前端的驅動力進行夾緊控制，這樣就使其受力模型變成為簡支梁模型，零件的剛性就會大大提高，減小了切削力引起的變形。另外，在鑄鐵件類零件加工中，應注意夾具設計的合理性，首先要注意夾具設計的原則：增加懸臂部分的剛性，另外，也可以使用近年來新研究的液壓夾緊工具，以能夠有效控制零件加工中由于夾緊變形而產生的質量問題。

2.2 減小切削力的措施

在對工件的加工條件進行研究之后，在切削加工時應根據加工要求，注意切削的角度，應盡量增大刀具的前角和主偏角，以促使刀鋒鋒利，減小切削力。同時在加工中應將粗細不同的加工零件分開進行加工，以能夠有效降低切削力和切削溫度對于整體機械零件的影響。在薄壁零件的車削中，合理的刀具對車削時切削力的大小產生的熱變形、工件表面的微觀都是至關重要的。前角的大小決定了刀具的鋒利程度，如果前角大，則變形和摩擦力就會減小，但前角過大，會使刀具的楔角變小，強度減弱，散熱情況差，磨損速度加快。所以薄壁零件加工時，所用高速的刀具，前角取6 ？觷～30 ？觷最佳，用硬質合金刀具，前角取5 ？觷～20 ？觷。后角大，摩擦變小，切削力也變減小，使刀具強度減弱，所以用高速鋼車刀的時候，刀具后角取6 ？觷～12 ？觷，對于硬質合金的刀具，后角取4 ？觷～12 ？觷。在精車加工的時候時取較大后角，粗車時取較小后角。車薄壁零件內外圓時，首先選取大的主偏角。

2.3 減小內應力的措施

一方面，正火硬渡過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進行淬火之前的調質，都會對金屬終極的變形量產生一定影響，直接影響到金屬組織結構的變化。實踐證明，在正火時采用等溫淬火可有效地使金屬組織結構趨于平均，從而使其變形量減小。另一方面，金屬淬火后冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20 ℃。油的冷卻能力對變形也是至關重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不平均，產生的應力越大，模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的條件下，盡量采用預冷；采用分級冷卻淬火能明顯減少金屬淬火時產生的熱應力和組織應力，是減少一些外形較復雜工件變形的有效方法；對一些特別復雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能明顯減少變形。

2.4 其他措施

機械零件在精車時與粗加工相比，機械零件裝夾方式仍然與其相同，前期的一些粗加工工序對后道也是有影響的，盡量避免野蠻手工操作，避免材料組織受力變形。對于機械零件加工變形更多的控制在后道，此外新的變形也會在磨削加工時期出現。此外，在后續工作中，鏜床加工內孔這一階段，就會產生相應的偏差。因為其是在磨削的基準面進行定位加工的，其最終的精鏜內孔必然不精確。很顯然，通過這樣的方法，其所加工的機械零件的幾何尺寸和精度，與圖紙上的要求出入很大，所以必須采取一定的措施對其進行處理。例如：精車時控制磨削余量，特別是磨槽，余量過大容易圓角，砂輪磨損快；也可以改變傳統的裝夾方式，以熱處理后的精車為入手點，在以后的每道加工工序時，采取有效的措施，保證裝夾時機械零件避免對徑向力的承受。還可以為每一環節設計專業夾具，在垂直軸的幫助下有效地防止機械零件的加工變形。此外，對于機械零件進行熱處理或者加工后容易發生變形的狀況，可以采取以下幾種相應的措施來予以解決。

①對于一些粗加工的產品要進行精加工，盡量提升毛坯品質，需要滲碳的產品滲層盡量控制淺一點。機械零件中的殘余應力要盡量的去除，可采用自然時效法、人工時效法，而人工時效法則有振動時效、熱處理時效及超聲沖擊時效，避免這些內部應力對零件產生不良的影響，導致零件的加工變形。此外，還要及時對有問題的鑄件進行合理的處理，以免平面和垂直度變大的鑄件影響所生產的零件的質量。

②在機械零件加工并自然變形之后，利用專業的工具再將其進行修整，而這種方法是在零件變形之后，再進一步加工比較有效的方法。當機械零件出現熱處理變形后，一般情況下淬火后要注意回火，因為淬火工件中或多或少地存在一定量的殘余奧氏體，這些奧氏體在室溫下的放置過程中會轉變成馬氏體，從而因發生體積膨脹而導致開裂。同時，淬火殘余應力的存在會助長裂紋產生。這種裂紋是延遲發生的淬火裂紋，其形狀與淬火裂紋相同。不良補救措施，全部回火注意保護避免表面脫碳氧化，重新整形，再次淬火。如：通過對每一個環節加以細化，使得機械零件加工變形的幾率大大降低，更加符合生產要求，精準地把握圖紙上的設計理念，減少經濟損失，提升產品的質量和生產效率，確保實現機械加工的高效益。

3 在機械零件的加工中需要注意的方面

3.1 確保設計既科學又合理

在進行機械設計時，要加強機械零件的剛度，制定出有效的策略來調整生產結構，還要考慮到零件在加工過程中會不會發生變形，會不會受到其他外力或內力的作用，以及出現其他可能出現的問題。此外還要對零部件進行科學的布置，確保機械零件的受力情況正常，能夠有效減輕機械零件的變形，盡量穩定熱加工時的溫度，從而有效避免由于溫度而造成的機械零件變形的發生率。

3.2 零件加工的全過程要進行嚴格控制

在機械零件加工的過程中，要時刻注意變形問題，采取有效的措施減少機械零件的殘余應力，盡可能控制機械零件的加工變形。

3.3 分工完成加工

要保證機械零件的加工經歷兩道工序，即粗加工和精加工，還要保證在加工過程中零件的精確性，不斷提升產品的質量。這樣不僅能夠方便以后對機械零件進行維護檢修，而且可以使得零件在加工過程中出現誤差的機率大大降低。

3.4 做到自然或人工時效處理

重要零件在進行了精加工后，要通過自然或是人工時效處理才可以，從而減少機械零件加工后的應力和變形，提升產品的利用率，確保生產的高效性，不斷完善生產結構，使其更加合理化、科學化。

4 結 語

常見的機械零件加工變形情況多種多樣，而對于不同因素所引起的零件變形會有相應的措施予以解決，這需要更多的實踐進行證明，要做好機械零件制造的每一個環節，確保生產過程的不斷完善，盡可能減少因為零件加工變形問題而造成的經濟損失，確保機械設備的正常運作，努力實現機械零件加工的高質量和高效率目標，增加機械加工業的經濟收益和社會收益，使其能夠走向更加廣闊的市場。

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