機械加工中的工件變形應對策略

曹建宏 潘秀格

（1.中信重工機械股份有限公司 河南洛陽 471039 2.洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039）

機械加工中的工件變形應對策略

曹建宏1潘秀格2

（1.中信重工機械股份有限公司 河南洛陽 471039 2.洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039）

工件變形是我們在機械加工的過程中不容忽視的重要難題。顧名思義，機械加工是指以提高產品精度及工藝為目的，把工件的外形及工件的尺寸進行處理加工的改變過程。在機械加工的這一過程中，工件變形是一個不可避免的重大問題，同時也是直接影響工件產品質量、產品精度等問題的客觀原因。本文，筆者探究的問題就是機械加工中的工件變形及其應對的策略。

機械加工；工件變形；工件變形原因；工件變形應對方法

針對于時下從事機械加工工藝的人員來說，在加工過程中最為難解決的問題就是加工時工件出現變形。因此，機械加工行業工藝設計人員之間的重要話題之一，就是如何應對工件變形問題。以下本文是我個人根據理論知識及一部分工作經驗，得到的一些關于如何正確掌握工件變形產生原因及如何應對的方法策略。

1 機械加工變形現狀分析

工件變形問題在機械加工中，是比較難以解決的問題。在此，我們首先必須分析產生工件變形的原因，然后才能采取應對的措施。工件變形主要分為以下幾種原因：①工件的結構和材料品質在某些情況下會使得工件變形；②在工件裝夾時造成的變形；③工件加工時造成的變形；④加工后應力變形。針對這四種情況，我們需要從不同的方面來進行深層次考慮，只有這樣，我們才能更快速，更精準的解決問題。

2 工件的材料品質和工件的內部結構在某些情況下會使工件收到變形的影響

變形量與材料品質所屬的堅硬程度和其內部分子間穩定特性成正比趨勢，與工件的形狀的復雜程度、壁厚的大小和長與寬比成正比。所以在我們設計和加工零件時盡最大的可能來減小這些因素影響工件的變形。特別在大型的零件所屬的結構內更要做到結構的嚴謹。對毛坯的硬度、疏松等缺陷在加工前也要進行嚴格控制，確保毛坯的質量上乘，減少其帶來的工件變形。

2.1 在工件的裝備夾固時造成的變形

在工件裝夾時，最重要的是要選擇正確的夾緊點，并根據其夾緊點的位置來選擇適當的夾緊力。盡可能保證使夾緊點和支撐點保持一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點應盡量靠近加工面，并且選不易引起夾緊的變形的受力位置。當工件上有兩個或者兩個以上方向的夾緊力作用時，要考慮夾緊力的順序、層次，對于使工件與支撐接觸的夾緊力應先作用，并且不易太大，對于平衡切削力為主的夾緊力，應作用在最后。其次要采用軸向夾緊力或增大工件與夾具的接觸面積。增加零件的剛性，這也是解決發生工件夾緊變形的有效辦法。但由于薄壁這種類型零件的形狀與結構的特性，使其具有剛性比較低。這樣在裝夾施力的作用下，就就會極易產生變形，這時，增大夾具與工件之間接觸的面積，可很快速有效的降低工件在裝夾時產生的變形情況。例如在銑削作為工具加工薄壁件時，使用大量的彈性壓板，這樣做的目的就是使接觸零件的受力面積得到增加；在車削時，特別是薄壁套的內徑、外圓時，無論是采用簡單的彈性芯軸、整弧卡爪，還是簡單的使用開口過渡環等，均是工件裝夾時采用增大接觸面積。這種方法有利使夾緊力得到承載，從而避免或減少零件的變形。軸向夾緊力的采用，在生產中也被廣泛使用，設計制作專用夾具可使夾緊力在端面上作用，可以解決由于工件壁薄，剛性較差而導致的工件彎曲變形。

2.2 工件加工時造成的變形

我們常說的讓刀現象，就是工件在切削過程中由于受到切削力的作用，產生向著受力方向的彈性形變。在刀具上采取相應的措施可以來應對此類變形，精加工時要求刀具鋒利，一方面可減少工件與刀具的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件時的散熱能力，從而減少工件上內應力的殘余。例如在銑削薄壁類零件的大平面時，使用單刃銑削法，選取較大的主偏角和較大的前角做為刀具參數，目的就是為了減少切削阻力。所以由于這種刀具切削輕快，并且減少了薄壁類零件的變形，以至于在生產中得到非常廣泛的運用。在車削薄壁零件中，刀具角度的合理對進行車削時所用切削力的大小、工件表面的所具有微觀質量、車削中不可避免產生的熱性變形現象都是有重要意義的。刀具前角的大小成都控制著切削時的形變與刀具前角是否鋒利。前角過大，會造成零件與機器間的摩擦力減小和切削變形，但如果前角過于大，則會出現使刀具本身的強度減弱的情況，刀具工作楔角如果減小、則刀具本身散熱情況就會受到影響，使得散熱情況變差，磨損更加快。所以，一般車削鋼件材料的薄壁零件時，用硬質合金刀具，前角取20～5°，用高速刀具，前角取30～6°。刀具的后角如果偏大，摩擦力小，也會使得切削力得到相應減小，但后角過大的話也會造成刀具強度減弱。在薄壁零件進行車削時，用硬質合金刀具，后角取12～4°，用鋼車高速刀，刀具后角取12～6°，粗車時取較小的后角，精車時應該取得較大的后角來進行。車削薄壁零件的內外圓時，取最大的主偏角。所以，刀具的正確選擇是應對工件變形的必要條件。

工件變形得另一原因是受加工中刀具和工件摩擦產生的熱量的影響，所以在很多情況下工作人員會選擇高速的切削加工。在高速的切削加工過程中，由于在極其短暫的時間內切除切屑，切屑帶走了很大一部分需要消除的切削熱，減少了工件因受熱變形的情況；其次，在高速度的工件加工中，由于減少了切削層的材料中的軟化部分，也可得到減少零件在加工時變形的目的，更可使得零件的形狀精度和尺寸得到有效的保證。另外，做為主要用來減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度的切削液。合理使用切削液對提高刀具的耐用度、加工精度、和加工表面質量具有重要作用。因此，必須合理使用充分的切削液來防止零件在加工中的變形。加工中保證零件精度的關鍵因素采用合理的切削用量。在加工對精度要求較打的薄壁類型零件時，一般采取對稱加工的加工方式，使在相對的兩面上產生一個應力均衡，并能夠達到一個平衡、穩定的狀態，使得工件再加工后平整。但當某一工序必須使用一個較大的吃刀量工序時，由于壓應力、拉應力失去平衡，工件便會產生一個變形反應。而且，車削薄壁零件時零件的變形是有多個方面的原因的，工件阻礙刀具切削時產生的彈性變形和塑性變形，工件切削時切削力，工件夾裝時的夾緊力，使切削區溫度升高而產生熱變形。所以，我們要在粗加工時，進給量和背吃刀量可以取大些；精加工時，進給量一般在0.2～0.1mm/r，刀量一般在0.5～0.2mm，甚至更小，切削速度120～6m/min，精車時用盡量高的切削速度，但又不易過為高。合理選擇好切削用量，可以從極大程度上達到減少零件變形情況的發生。

2.3 加工后應力變形

零件本身在加工后存在內應力，這些內應力分布是一種相對平衡的狀態，零件如果外形穩定，但是當去掉一些材料或者熱處理后內應力產生變化，這時工件為了重新達到力的平衡所以就發生了外形變化，產生了變形。這是可以通過使用熱處理這一方法解決這類變形問題，可將需要恢復形狀的工件疊成一定高度，并采用一些方法將工裝壓緊成平直狀態，然后把工件和工裝一起放入準備好的加熱的爐中，并且根據零件所屬材料的不同，選擇不同的加熱時間和加熱溫度。在加熱完成后，工件的內部及其組織結構會穩定下來。此時，工件不僅消除了加工硬化現象，而且工件的直線度也得到了極大提高，更便于零件下一步加工的精確深入。鑄件一定要做到處理的時效性，盡量做到消除工件內部殘余的作用力，采用變形之后再進行加工的方式，即粗加工-時效-再加工。加工大型零件時，可以使用仿形加工這一方式，就是事先預計工件在裝配后所差別的變形量，在加工時則預留出變形量在相反的方向，這樣，在防止零件在裝配后的變形的方面十分有效。

3 結束語

綜上所述，在機械加工中，工件變形問題是不可避免的，并且很難解決。但是我們可以對于易變形工件，在加工工藝和毛坯上都要采用相應的對策，并需根據不同情況加以分析，這樣，我們都會找到一條合適的工藝路線，盡量減少工件在生產中的變形，達到工件利用率最大化。當然，上述的方法只是進一步減小工件變形，如果想得到更高精的工件，還需要不斷的學習、探討和研究。希望我們的機械加工工作人員，能夠孜孜不倦，創造出更好的工藝，為機械加工事業的發展增磚添瓦，貢獻自己的青春力量。

[1]李 霄.淺談機械加工中的工件變形[J].中國科技信息，2011（09）：98～99.

[2]薛 華.淺析機械加工種的工作變形[J].科技創新與應用，2012（17）：58～59.

[3]盧春霞.機械加工中的分與合[J].金屬加工，2010（17）：45～48.

TH161.3

A

1004-7344（2016）18-0261-02

2016-6-1

曹建宏（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事機械加工工藝設計方面工作。

潘秀格（1986-），女，助理工程師，本科，主要從事機械設計方面工作。