機(jī)械加工中工件變形的原因及預(yù)防措施

張妍

摘要：基于機(jī)械加工的現(xiàn)狀而言，工件變形仍然成為機(jī)械加工領(lǐng)域的技術(shù)難題。通過大量的實(shí)踐表明，導(dǎo)致機(jī)械加工中工件變形的原因多樣化。只有強(qiáng)化對其深入研究，才能夠確保該技術(shù)問題得到解決。基于此情況下，本文主要闡述了機(jī)械加工中工件變形的原因，同時(shí)重點(diǎn)分析了其預(yù)防措施，進(jìn)而降低機(jī)械加工中工件變形的系數(shù)，致使其加工質(zhì)量得以保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;工件變形;產(chǎn)生原因;預(yù)防措施

通常情況下，基于多種因素所影響，導(dǎo)致機(jī)械加工過程當(dāng)中，工件出現(xiàn)形狀不可控制，或者尺寸偏離了實(shí)際加工的需要，最終導(dǎo)致加工工件報(bào)廢的現(xiàn)象。而工件變形是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)在所難免的問題。盡管國內(nèi)在機(jī)械加工方面技術(shù)相當(dāng)成熟，但是最終還是難以解決這一技術(shù)難題。因此，只有在未來的機(jī)械加工過程中，不斷深入對其進(jìn)行探索，重點(diǎn)分析工件出現(xiàn)變形的原因，經(jīng)過大量的反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能夠更好地控制這一問題，從而提高機(jī)械加工的整體生產(chǎn)水平，進(jìn)而全面提升機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 ?機(jī)械加工中工件變形的原因概述

1.1 工件材質(zhì)與結(jié)構(gòu)

在機(jī)械加工過程當(dāng)中，工件材質(zhì)在很大程度是導(dǎo)致工件變形的直接原因。當(dāng)加工塑性好、強(qiáng)度較高的材質(zhì)時(shí)，則可以合理應(yīng)對硬件出現(xiàn)變形的情況。而這些優(yōu)質(zhì)的材質(zhì)也會(huì)克服各種應(yīng)力與變形。反而言之，工件材質(zhì)不達(dá)標(biāo)，整體強(qiáng)度不足、塑性較差等，則在實(shí)際的加工過程當(dāng)中，缺乏抵御外界施加的壓力，這將會(huì)極大地增加工件的變形幾率，致使產(chǎn)品成為廢品。此外，工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，同樣會(huì)帶來加工工件的變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)壁厚不均勻、截面突變、以及制造工藝設(shè)計(jì)缺乏合理性的情況下，以上問題將會(huì)導(dǎo)致加工后的應(yīng)力過于集中。一旦外力被去除，則必然會(huì)增加工件出現(xiàn)變形。

1.2 工件裝夾

在進(jìn)行工件裝夾的過程中，由于相關(guān)操作人員沒有嚴(yán)格執(zhí)行裝夾操作流程，致使定位面與夾緊點(diǎn)選擇方式欠妥，缺乏一定的科學(xué)性與合理性，導(dǎo)致加工工件出現(xiàn)變形的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)報(bào)廢的現(xiàn)象。尤其當(dāng)工件抵御變形能力低于夾緊力時(shí)，致使工件在加工前出現(xiàn)變形。

1.3 工件加工

由于刀具與切削面在實(shí)際的加工過程當(dāng)中，在其表面會(huì)出現(xiàn)劇烈的摩擦，此時(shí)由于摩擦生熱產(chǎn)生大量的熱能。并且生成的熱能傳導(dǎo)到工件表面，則產(chǎn)生了熱應(yīng)力。當(dāng)工件強(qiáng)度沒有達(dá)到一定的程度時(shí)，刀具在加工過程對工件產(chǎn)生抗力，而這種抗力極大地增加了工件的附加力，從而導(dǎo)致工件出現(xiàn)變形。

1.4 內(nèi)應(yīng)力與殘余應(yīng)力

基于物體外力產(chǎn)生變形的情況下，工件內(nèi)部之間便會(huì)相互作用產(chǎn)生內(nèi)力，并充分利用這種內(nèi)力來對外因作用進(jìn)行有效的抵抗，從而實(shí)現(xiàn)物體的復(fù)原目的。消除內(nèi)應(yīng)力的基本方式：其一，強(qiáng)化對零部件的高溫處理;其二，振動(dòng)時(shí)效;其三，自然時(shí)效。而所謂殘余應(yīng)力通常是指因外力消失而殘留在工件上的內(nèi)應(yīng)力[1] 。通常情況下，基于外部環(huán)境所影響，一個(gè)不穩(wěn)定的平衡失去了原有的平衡狀態(tài)。由于殘余應(yīng)力實(shí)施再分配，致使工件出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，同時(shí)也改變了原來零件的精度。殘余應(yīng)力的消除措施：其一，強(qiáng)化零件設(shè)計(jì)管理，合理設(shè)計(jì)零件內(nèi)部結(jié)構(gòu);其一，實(shí)現(xiàn)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(jìn)行熱處理。基于當(dāng)前這一現(xiàn)狀而言，需要對工件進(jìn)行加熱、保溫、冷卻等流程。而通過熱處理后的工件，將會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形[1]。通過相關(guān)加工處理試驗(yàn)分析可知：基于多種因素在同一產(chǎn)品進(jìn)行不同程度的作用，對機(jī)械加工變形造成影響如圖1所示。

2 ?機(jī)械加工中工件變形的預(yù)防措施分析

2.1 合理選擇工件材質(zhì)與結(jié)構(gòu)

為了能夠有效的預(yù)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(zhì)，科學(xué)的設(shè)計(jì)工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。工件材質(zhì)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(zhì)的選擇過程當(dāng)中，必須給予工件的應(yīng)用場合、以及使用特點(diǎn)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(qiáng)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(jìn)而達(dá)到工件的可使用需要。此外，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員需要合理優(yōu)化設(shè)計(jì)組合，不斷完善制造工藝流程，提升其設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，從而有效地預(yù)防工件因加工而出現(xiàn)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(guān)系，因此在定位面的選擇時(shí)，需要重點(diǎn)加強(qiáng)基準(zhǔn)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(wěn)定性。同時(shí)，在夾緊點(diǎn)的選擇過程當(dāng)中，盡可能的保證其與定位支撐點(diǎn)相對應(yīng)[3] ，通過此種設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)支撐力與作用力的相互抵消，致使工件不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)也保證了夾緊力適度性。此外，在保證夾持可靠的基礎(chǔ)上，需要合理的控制用力操作行為，避免出現(xiàn)工件變形等問題出現(xiàn)。在實(shí)際的夾緊過程當(dāng)中，需要嚴(yán)格執(zhí)行夾持力的夾持順序。

2.3 減小內(nèi)應(yīng)力

基于金屬表面在實(shí)際的加工過程中受到擠壓、摩擦等抗力，致使其產(chǎn)生了各種應(yīng)力。基于此情況下，為了能夠合理控制當(dāng)前這種壓力的產(chǎn)生，通常情況下主要運(yùn)用對稱加工方式進(jìn)行相關(guān)作業(yè)，以此抵消加工過程的當(dāng)中所產(chǎn)生應(yīng)力的變化。確保相對應(yīng)面產(chǎn)生均衡應(yīng)力[2]，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)。在加工關(guān)鍵部位工件過程中，可采用先粗放后精細(xì)的加工方式。相對于部分結(jié)構(gòu)不對稱的工件而言，可以采用反變形手段進(jìn)行毛坯制造。即：將變形量預(yù)留在工件變形相反方向，同時(shí)需要重點(diǎn)加強(qiáng)工件變形因素考量，當(dāng)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(lián)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(dāng)中，刀具要保持充分鋒利，并且要確保刀具結(jié)構(gòu)的合理性，進(jìn)而合理應(yīng)對因刀具而引發(fā)的工具變形。因此，在工件的實(shí)際加工過程當(dāng)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(chǎn)生的熱能，而且還能夠降低其熱傳導(dǎo)性。與此同時(shí)，基于工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定，需要有針對性的選擇切削參數(shù)。此外，在進(jìn)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(shí)際加工過程當(dāng)中，如若不能夠及時(shí)排除刀具與工件摩擦產(chǎn)生的熱量，則必然會(huì)導(dǎo)致加工中的工件出現(xiàn)變形。因此，采用高速切削加工方式，不但可以以最短的時(shí)間完成切削工作，而且還有助于帶走大部分切削熱量。

3 ?結(jié)語

綜上所述，在機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的過程當(dāng)中，機(jī)械加工中的工件變形問題一直以來是一項(xiàng)難攻破的難題。需要在實(shí)踐中不斷深入總結(jié)分析，才能夠經(jīng)過大量的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出應(yīng)對策略。因此，在機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的同時(shí)，機(jī)械制造企業(yè)需要給予加工中工件變形足夠的重視，同時(shí)要重點(diǎn)分析可能會(huì)引起工件出現(xiàn)變形的原因，根據(jù)其存在的原因進(jìn)行入手，逐漸克服重重困難，解決當(dāng)前機(jī)械加工存在的工件變形問題，進(jìn)而全面提升機(jī)械加工產(chǎn)品的總體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王信義.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[2] 于惠力，馮新敏.現(xiàn)代機(jī)械零部件設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

（作者單位：大連機(jī)車車輛廠配件四分廠）