板材加工變形控制工藝的研究

邱文軍，仝永平，馮喜鳳，何曉格

（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司，山西 運(yùn)城044502）

0 前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展及板材加工工藝的日益成熟，為板材加工質(zhì)量控制、性能保障提供了工藝技術(shù)保障。當(dāng)前，板材加工工藝的技術(shù)要求日益提高，對加工成型的性能需求增多，板材加工變形的有效控制，成為加工工藝控制的重要內(nèi)容。從研究來看，板材加工變形，是諸多因素綜合作用的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的有效控制，應(yīng)建立系統(tǒng)化的工藝要素，保障板材加工質(zhì)量，控制板材變形發(fā)生率。因此，本文立足板材加工板材變形的原因分析，就如何提高工藝控制，做了如下具體闡述。

1 板材加工變形的原因

隨著板材加工工藝技術(shù)的不斷發(fā)展及工藝技術(shù)的升級，提高了板材加工質(zhì)量，也保障了板材性能。但是，在特殊環(huán)境及工藝要求之下，板材加工變形的發(fā)生，直接影響到加工質(zhì)量，也不利于板材性能的有效構(gòu)建。如圖1 所示，是某板材加工過程中的變形情況，從變形原因分析主要有以下兩個(gè)方面。

1.1 工藝技術(shù)原因

在板材加工中，工藝技術(shù)的有效構(gòu)建，直接關(guān)系到板材的加工質(zhì)量。在軋制成型過程中，由于受壓力等的影響，導(dǎo)致板材成型中，受力不均、板材軋制過薄，進(jìn)而導(dǎo)致板材出現(xiàn)變形等情況。如圖2 所示，是軋制成型過程圖。軋制過程的受力是一個(gè)復(fù)雜過程，塑性變形的不可預(yù)測性，也是導(dǎo)致板材加工出現(xiàn)變形的重要原因，需要在加工中有效控制。因此，在板材加工成型中，由于工藝技術(shù)的系統(tǒng)性，要求做好工藝技術(shù)控制，這是避免板材加工變形的重要基礎(chǔ)。

圖2 軋制成型過程圖

1.2 板材材料原因

板材加工變形中，材質(zhì)也是重要原因之一。一方面，在加工硬化中，由于材質(zhì)不佳，則會(huì)在內(nèi)部應(yīng)力的作用之下，極易出現(xiàn)組織應(yīng)力不均，而導(dǎo)致板材出現(xiàn)變形。如圖3 所示，是板材材料內(nèi)部應(yīng)力分布圖，從中可以知道，在軋制受力中，出現(xiàn)兩端受力大、中間受力小情形，進(jìn)而導(dǎo)致如圖1（b）中變形情況，這也與軋制的方向等因素有關(guān)。因此，板材材質(zhì)也是影響加工質(zhì)量的重要原因，需要針對材質(zhì)特點(diǎn)，合理選擇軋制成型的預(yù)應(yīng)力控制，這是保障加工成型質(zhì)量的關(guān)鍵。

圖3 材料內(nèi)部應(yīng)力分布圖

2 板材加工變形控制工藝的實(shí)現(xiàn)策略

板材加工變形控制工藝的實(shí)現(xiàn)應(yīng)針對變形原因，并且從工藝技術(shù)層面，不斷地提高控制水平，降低變形發(fā)生率。在筆者看來，變形控制工藝的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于工藝技術(shù)、板材材質(zhì)及加工區(qū)域選擇等方面，全面落實(shí)變形控制工藝的實(shí)施。因此，具體而言，變形控制工藝落實(shí)可從以下幾點(diǎn)展開：

2.1 提高工藝技術(shù)，保障加工質(zhì)量

在板材加工中，工藝技術(shù)的有效提高，是確保加工質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。一方面，要強(qiáng)化工藝技術(shù)有效落實(shí)，提高板材加工質(zhì)量，防范板材加工變形等問題的發(fā)生；另一方面，要立足加工工藝要求以及板材加工性能特點(diǎn)，合理選擇加工工藝技術(shù)，這是有效避免板材加工變形的重要基礎(chǔ)。如，在加工時(shí)，可以采用對稱銑削，實(shí)現(xiàn)對余量的有效削除，并且基于零部件的結(jié)構(gòu)需求，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的有效控制。因此，板材加工變形控制涉及面廣，但基礎(chǔ)在于工藝技術(shù)的控制，在技術(shù)落實(shí)中科學(xué)提高加工質(zhì)量，避免加工變形。

2.2 針對板材材質(zhì)，合理選擇工藝

在整個(gè)加工過程中，板材材質(zhì)尤為重要，這直接關(guān)系到加工工藝的選擇以及工藝技術(shù)的控制。一般情況之下，針對板材加工用途，合理選擇工藝技術(shù)，通過材質(zhì)性能的有效構(gòu)建，保障加工質(zhì)量。如圖4 所示，是基于區(qū)域分割加工圖。從圖可以知道，針對板材過薄導(dǎo)致變形問題，通過針對板材加工零部件的結(jié)構(gòu)紋理進(jìn)行分區(qū)域加工，這樣不僅可以保障板材加工的質(zhì)量需求，同時(shí)也可以避免加工變形。在如圖4 所示的加工狀態(tài)之下，基于N 個(gè)區(qū)域鏈下的加工模式，能夠更好地從N 個(gè)單面板型控制中中，保障了整個(gè)板材加工質(zhì)量。

圖4 基于區(qū)域分割加工圖

2.3 合理選擇刀具，科學(xué)控制切削用量

板材加工對刀具的選擇尤為重要，關(guān)系到加工質(zhì)量。在實(shí)際當(dāng)中，一是要針對板材的加工需求，選擇刀具。如，在對防銹鋁合金3A21-F 的加工中，由于其加工薄，且在高溫加工環(huán)境之下，刀具的摩擦黏性增加，影響到加工質(zhì)量，也會(huì)導(dǎo)致加工變形。為此，在加工工藝控制中，需要保障刀具鋒利性的同時(shí)，也要滿足材料的塑性需求；二是在切削量的科學(xué)控制中，應(yīng)針對板材加工需求及加工性能特點(diǎn)，科學(xué)控制切削量，避免切削量過多，而導(dǎo)致板材不均，受力導(dǎo)致板材變形，影響到板材加工質(zhì)量。

3 板材加工變形控制工藝的發(fā)展趨勢

3.1 多點(diǎn)成形技術(shù)

在傳統(tǒng)板材加工中，單點(diǎn)成形技術(shù)極易造成板材變形，影響板材加工質(zhì)量。在多點(diǎn)成形技術(shù)的應(yīng)用之下，能夠在均勻受力加工面，通過整體加工技藝控制，保障了板材的整體完整性和平整度。多點(diǎn)成形技術(shù)將整體模具離散成一系列高度可調(diào)、規(guī)則排列的基本體，能夠從基本點(diǎn)到整體面的實(shí)時(shí)控制，保障了板材成形的整體質(zhì)量，有效控制板材加工質(zhì)量。

3.2 激光成形技術(shù)

隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展，板材加工工藝技術(shù)日益成熟，特別是對于金屬薄板加工，其對成形工藝技術(shù)要求更高。激光成形技術(shù)作為一種新型加工技術(shù)，通過激光照射板料上表面，該處則會(huì)瞬間加熱至高溫，使板料產(chǎn)生與激光相反方向小彎曲。這此過程中，通過數(shù)字化控制，對反向彎曲角度精準(zhǔn)控制，避免反向彎曲角度過大，造成板材變形，影響板材成形的整體質(zhì)量，

3.3 沖壓智能化技術(shù)

在智能時(shí)代，沖壓智能化技術(shù)在板材加工中應(yīng)用日益廣范。在智能化控制技術(shù)的應(yīng)用中，能夠通過在線識(shí)別材料的性能參數(shù)，進(jìn)而精準(zhǔn)預(yù)測最優(yōu)工藝參數(shù)，保障了沖壓加工工藝質(zhì)量。近年來，沖壓智能化技術(shù)正向柔性加工系統(tǒng)層面發(fā)展，更加智能化的加工工藝技術(shù)，能夠確保板材從加工參數(shù)設(shè)計(jì)到智能監(jiān)測的全鏈?zhǔn)娇刂疲瑯O大地提高了板材加工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，板材加工工藝技術(shù)的發(fā)展與升級，提高了板材加工質(zhì)量，也實(shí)現(xiàn)了多樣化的板材性能。本文研究得出，板材加工工藝變形是多方因素作用的結(jié)果，加工工藝技術(shù)、板材材質(zhì)等，都是工藝控制的重要內(nèi)容。板材加工變形控制工藝的實(shí)現(xiàn)，著力點(diǎn)在于工藝技術(shù)、板材材質(zhì)及加工區(qū)域選擇等的科學(xué)構(gòu)建，確保板材加工質(zhì)量，降低變形發(fā)生率。