機械加工中工件變形的原因及預防措施研究

劉紅梅

摘 ? 要：基于機械加工的現狀而言，工件變形仍然成為機械加工領域的技術難題。通過大量的實踐表明，導致機械加工中工件變形的原因多樣化。只有強化對其深入研究，才能夠確保該技術問題得到解決?；诖饲闆r下，本文主要闡述了機械加工中工件變形的原因，同時重點分析了其預防措施，進而降低機械加工中工件變形的系數，致使其加工質量得以保障。

關鍵詞：機械加工 ?工件變形 ?產生原因 ?預防措施

中圖分類號：TH16 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0106-02

通常情況下，基于多種因素所影響，導致機械加工過程當中，工件出現形狀不可控制，或者尺寸偏離了實際加工的需要，最終導致加工工件報廢的現象。而工件變形是當前機械制造業在所難免的問題。盡管國內在機械加工方面技術相當成熟，但是最終還是難以解決這一技術難題。因此，只有在未來的機械加工過程中，不斷深入對其進行探索，重點分析工件出現變形的原因，經過大量的反復實驗才能夠更好地控制這一問題，從而提高機械加工的整體生產水平，進而全面提升機械加工產品的質量。

1 ?機械加工中工件變形的原因概述

1.1 工件材質與結構

在機械加工過程當中，工件材質在很大程度是導致工件變形的直接原因。當加工塑性好、強度較高的材質時，則可以合理應對硬件出現變形的情況。而這些優質的材質也會克服各種應力與變形。反而言之，工件材質不達標，整體強度不足、塑性較差等，則在實際的加工過程當中，缺乏抵御外界施加的壓力，這將會極大地增加工件的變形幾率，致使產品成為廢品。此外，工件的結構設計是否合理，同樣會帶來加工工件的變形。當結構壁厚不均勻、截面突變、以及制造工藝設計缺乏合理性的情況下，以上問題將會導致加工后的應力過于集中。一旦外力被去除，則必然會增加工件出現變形。

1.2 工件裝夾

在進行工件裝夾的過程中，由于相關操作人員沒有嚴格執行裝夾操作流程，致使定位面與夾緊點選擇方式欠妥，缺乏一定的科學性與合理性，導致加工工件出現變形的情況，甚至會出現報廢的現象。尤其當工件抵御變形能力低于夾緊力時，致使工件在加工前出現變形。

1.3 工件加工

由于刀具與切削面在實際的加工過程當中，在其表面會出現劇烈的摩擦，此時由于摩擦生熱產生大量的熱能。并且生成的熱能傳導到工件表面，則產生了熱應力。當工件強度沒有達到一定的程度時，刀具在加工過程對工件產生抗力，而這種抗力極大地增加了工件的附加力，從而導致工件出現變形。

1.4 內應力與殘余應力

基于物體外力產生變形的情況下，工件內部之間便會相互作用產生內力，并充分利用這種內力來對外因作用進行有效的抵抗，從而實現物體的復原目的。消除內應力的基本方式：其一，強化對零部件的高溫處理;其二，振動時效;其三，自然時效。而所謂殘余應力通常是指因外力消失而殘留在工件上的內應力[1]。通常情況下，基于外部環境所影響，一個不穩定的平衡失去了原有的平衡狀態。由于殘余應力實施再分配，致使工件出現變形的現象，同時也改變了原來零件的精度。殘余應力的消除措施：其一，強化零件設計管理，合理設計零件內部結構;其一，實現對部件的熱處理;其三，確保工藝過程安排的合理性。

1.5 熱處理方式

部分工件需要做好加工過程中的熱處理工作，甚至還有的工件需要完成加工后進行熱處理?；诋斍斑@一現狀而言，需要對工件進行加熱、保溫、冷卻等流程。而通過熱處理后的工件，將會產生不同程度的變形[1]。通過相關加工處理試驗分析可知：基于多種因素在同一產品進行不同程度的作用，對機械加工變形造成影響如圖1所示。

2 ?機械加工中工件變形的預防措施分析

2.1 合理選擇工件材質與結構

為了能夠有效的預防控制工件加工變形等問題，則需要合理的選擇工件的材質，科學的設計工件的內部結構。工件材質選擇是否合理，在很大程度上影響著工件的正確使用。因此，在工件材質的選擇過程當中，必須給予工件的應用場合、以及使用特點足夠的重視。尤其相對于受力大、易變性的工件而言，需要盡可能的選擇那些鋼度較強的合金鋼材料[2]，以此來保證工件在加工中的抗變形能力，進而達到工件的可使用需要。此外，在進行產品設計過程當中，設計人員需要合理優化設計組合，不斷完善制造工藝流程，提升其設計的科學合理性，從而有效地預防工件因加工而出現變形等問題。

2.2 合理選擇裝夾方式

工件在加工后的變形幾率與工件裝夾方式存在必然的關系，因此在定位面的選擇時，需要重點加強基準重合原則考量，定位面盡可能的選擇較大的接觸面積，以此來保證其整體穩定性。同時，在夾緊點的選擇過程當中，盡可能的保證其與定位支撐點相對應[3]，通過此種設計有助于實現支撐力與作用力的相互抵消，致使工件不會產生內應力，同時也保證了夾緊力適度性。此外，在保證夾持可靠的基礎上，需要合理的控制用力操作行為，避免出現工件變形等問題出現。在實際的夾緊過程當中，需要嚴格執行夾持力的夾持順序。

2.3 減小內應力

基于金屬表面在實際的加工過程中受到擠壓、摩擦等抗力，致使其產生了各種應力。基于此情況下，為了能夠合理控制當前這種壓力的產生，通常情況下主要運用對稱加工方式進行相關作業，以此抵消加工過程的當中所產生應力的變化。確保相對應面產生均衡應力[2]，從而實現穩定的狀態。在加工關鍵部位工件過程中，可采用先粗放后精細的加工方式。相對于部分結構不對稱的工件而言，可以采用反變形手段進行毛坯制造。即：將變形量預留在工件變形相反方向，同時需要重點加強工件變形因素考量，當完成金屬加工后，便可降低工件變形。

2.4 減小切削力

切削力與加工工件變形存在密切的聯系，為了能夠有效的減少切削力，則需要選擇合理的刀具、以及且削用量。在此過程當中，刀具要保持充分鋒利，并且要確保刀具結構的合理性，進而合理應對因刀具而引發的工具變形。因此，在工件的實際加工過程當中，要充分保證切削部位得到充分冷卻[3]，不但有助于帶走切削產生的熱能，而且還能夠降低其熱傳導性。與此同時，基于工件的結構特點所決定，需要有針對性的選擇切削參數。此外，在進行粗加工過程中，通過采用較大的切削用量，可以有效的提高切削效率。在精加工階段，切勿采取較大的吃刀量。在工件的實際加工過程當中，如若不能夠及時排除刀具與工件摩擦產生的熱量，則必然會導致加工中的工件出現變形。因此，采用高速切削加工方式，不但可以以最短的時間完成切削工作，而且還有助于帶走大部分切削熱量。

3 ?結語

綜上所述，在機械制造業發展的過程當中，機械加工中的工件變形問題一直以來是一項難攻破的難題。需要在實踐中不斷深入總結分析，才能夠經過大量的經驗總結出應對策略。因此，在機械制造業發展的同時，機械制造企業需要給予加工中工件變形足夠的重視，同時要重點分析可能會引起工件出現變形的原因，根據其存在的原因進行入手，逐漸克服重重困難，解決當前機械加工存在的工件變形問題，進而全面提升機械加工產品的總體質量。

參考文獻

[1] 王信義.機械制造工藝學[M].北京：北京理工大學出版社，2010.

[2] 于惠力，馮新敏.現代機械零部件設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2013.

[3] 史美堂，金屬材料及熱處理[M].上海：上?？茖W技術出版社，1984.