對薄壁類零件加工變形的綜合處理方法的探討（圖）

本文格式為Word版，下載可任意編輯——對薄壁類零件加工變形的綜合處理方法的探討（圖）摘要本文通過對包裝機的煙庫中的某薄壁類零件易變形的根源進行分析，提出了如何加工薄壁類零件防止其變形，達到穩(wěn)定性好的綜合處理方法。

關(guān)鍵詞零件變形機理加工工藝要求處理方法

1薄壁類零件易變形的機理

在生產(chǎn)實踐中，薄壁類零件易變形的表現(xiàn)形式是多種多樣的，有體積和尺寸的脹大和收縮變形，也有彎曲、歪扭、橢圓、翹曲等畸形變形。但就其產(chǎn)生的機理來說，可分為內(nèi)應力造成的應力塑性變形和比容變化引起的體積變形兩大類。

1.1內(nèi)應力塑性變形

薄壁類零件熱處理過程中加熱冷卻的不均勻和相變的不等時性等，都會引起內(nèi)應力的作用，在零件一定塑性條件的協(xié)同下，就會產(chǎn)生內(nèi)應力塑性變形。按應力產(chǎn)生的根源和表現(xiàn)特征的不同，分為熱應力塑性變形和組織應力塑性變形。在AC1溫度下方加熱急冷產(chǎn)生變形，可獲得純熱應力變形，而單純的組織應力變形卻是不可能的。組織應力變形與鋼的淬透性、零件截面尺寸、鋼的Ms點高低、淬火介質(zhì)及冷卻方法有密切的關(guān)系。

1.2比容變形

薄壁類零件在熱處理過程中，各種相結(jié)構(gòu)的組織比容不同，在相變時發(fā)生的體積和尺寸變化為比容變形。在生產(chǎn)實踐的一定條件下，采用相應的熱處理工藝方法，可獲得對比單純的比容變形。其特點是沒有明顯的方向性，假如零件的組織結(jié)構(gòu)均勻，比容變形表現(xiàn)在各個方向上是一致的，比容變形不會因熱處理次數(shù)增加而不斷改變零件的體積和尺寸。

2加工工藝的要求

2.1粗加工、精加工分開

對加工精度要求較高的薄壁類零件，應把粗加工、半精加工、精加工分開進行。粗、半精、精加工分開，可避免因粗加工引起的各種變形，包括粗加工時，夾緊力引起的彈性變形、切削熱引起的熱變形以及粗加工后內(nèi)應力重新分布引起的變形。其目的是為了保持零件的精度及穩(wěn)定性。另外，粗、精加工分開，機床設(shè)備也可得到合理的使用，即粗加工機床可以充分發(fā)揮其效率，精加工機床可長期保持機床的精度和維持使用壽命。

2.2粗、精加工之間增加去應力工序

內(nèi)應力是引起零件變形的主要因素，為了防止零件的變形，除應嚴格地進行材料的熱處理，使工件具有較好的組織外，在粗加工、精加工之間，最好增加一道去應力工序，以最大限度的消除工件內(nèi)部的應力。去應力后的工件在隨后的精加工中能夠較好地保證零件的外形和尺寸要求。

2.3操縱淬火介質(zhì)防止零件熱處理變形

淬火是使零件加強最重要的工序之一，工件在淬火之前形狀尺寸和幾何精度均以基本達到，即使留有磨加工余量已很少，因此淬火不僅要保證良好的組織與性能，而且還要保持其尺寸精度，通過操縱淬火介質(zhì)改變冷卻特性曲線見圖1。

圖1冷卻特性曲線

B點對應的是對流階段的開始。若B點對應的溫度過低則沸騰期加長，導致馬氏體轉(zhuǎn)變過于強烈，產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，從而有很大的變形。若B點對應的溫度較高，沸騰期縮短，減小了內(nèi)應力，從而減小了變形。B點的溫度太高，理論上講，會有一些鋼材的冷卻特性曲線與它的C曲線相碰，從而產(chǎn)生珠光體或者貝氏體組織，引起鋼材硬度不足。但一般來說，B點的溫度不會太高，約400℃左右，一般超過Ms點，使馬氏體轉(zhuǎn)變在對流階段發(fā)生，這一階段冷速慢，從而減小轉(zhuǎn)變應力，減少變形量。綜上所述，對于小尺寸零件、薄壁零件和淬透性好的零件而言，冷卻速度特別是沸騰期的冷卻速度至關(guān)重要，要求提高對流開始溫度，使淬火介質(zhì)更適合于薄壁類零件的淬火，從而有效操縱熱處理變形，提高熱處理質(zhì)量。

3加工過程中對刀具、切削用量、切削液、裝夾方式的要求

3.1刀具的要求

精加工時要求刀具鋒利，一方面可減少刀具與工件的摩擦，另一方面可提高刀具切削工件時的散熱能力，從而減少工件上剩余的內(nèi)應力。例如在銑削薄壁類零件的大平面時，我們使用了單刃銑削法，刀具參數(shù)選取了較大的主偏角Kr=75°-93°和較大的前角γo≤30°，目的就是為了減少切削抗力Fy的作用。由于這種刀具切削輕快，減少了薄壁類零件的變形，在車間得到廣泛的應用。

3.2切削用量的要求

采用合理的切削用量是保證零件精度的關(guān)鍵因素。在加工精度要求較高的薄壁類零件時，一般采取對稱加工，使相對的兩面產(chǎn)生的應力均衡，達到一個穩(wěn)定狀態(tài)，加工后工件平整。但當某一工序采取較大的吃刀量時，由于拉應力、壓應力失去平衡，工件便會產(chǎn)生變形。

3.3切削液的要求

切削液主要用來減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液對提高刀具的耐用度和加工表面質(zhì)量、加工精度具有重要作用。因此，在加工中為防止零件變形必需合理使用充分的切削液。

3.4裝夾的要求

由于薄壁類零件的外形和結(jié)構(gòu)的多樣性以及本身具有剛度低的特點，裝夾時施力的作用點不同，產(chǎn)生的變形就不同。大量實踐證明，增大工件與夾具的接觸面積或軸向夾緊，可有效降低零件裝夾時的變形。如在銑削加工薄壁件時，大量使用彈性壓板，目的就是增加接觸零件的受力面積；在車削薄壁套的內(nèi)徑及外圓時，無論是采用簡單的開口過渡環(huán)，還是使用彈性芯軸、液體塑料夾具等，均采用的是增大工件裝夾時的接觸面積。這種方法有利于承載夾緊力，從而避免零件的變形。軸向夾緊工裝由于制造簡單，在實踐中被廣泛使用。在切削加工時，刀具、切削用量、切削液和正確的裝夾方式需同時兼顧，才能杜絕或減少薄壁類零件的變形。

4輔助加工手段

4.1冷校直

冷校直簡單易行，適用于精度要求不高的零件。冷校直是在與變形相反的方向施加作用力，使工件反方向彎曲產(chǎn)生塑性變形，從而達到校直的目的。但由于工件內(nèi)部應力很不穩(wěn)定，故經(jīng)過一段時間后，隨著應力的釋放，變形還會恢復。對于精度要求較高的修長軸（如絲杠），一般不允許冷校直，而是依靠增大加工余量，通過加工者的屢屢切削或磨削來修正修長軸的彎曲。

4.2熱校直

熱校直的方法是把需要校直的工件疊成一定高度，采用一定工裝壓緊成平直狀態(tài)，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據(jù)零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時間。

熱校直后，工件內(nèi)部組織穩(wěn)定。此時，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現(xiàn)象得到消除，更便于零件的進一步精加工。

4.3低溫技術(shù)在機加工方面的應用

提高薄壁零件的強度，形成線形外形、產(chǎn)生防止磨損的介質(zhì)、確定表面清潔度、監(jiān)控表面粗糙度，對零件的可靠性進行快速試驗等。不同類型的低溫材料加工，例如水壓制，可以導致材料組織發(fā)生新的變化，有效地改善了在常溫條件下不可避免的變形效果。同樣，通過對零件的輥壓、展平和沖擊加強方法，可提高顯微硬度3-3.5倍，提高疲乏強度1.3-1.7倍。

5使用先進的加工方法

在減少切削熱、防止零件變形方面出現(xiàn)了多種先進的加工方法，如線切割、高速加工等。

5.1線切割加工

數(shù)挖線切割機床加工解決了好多傳統(tǒng)加工難以解決的難題，特別是在銳角、小R及錐度切割的產(chǎn)品加工過程中更具優(yōu)勢。如包裝機煙庫某薄壁零件，該零件的內(nèi)表面和外表面的錐度方向一致，如采用固定錐度，不能一次將輪廊全部加工出來，若采用上下異形的變錐度法進行編程，產(chǎn)生的程序量很大，為此筆者結(jié)合固定錐度的編程方法，將內(nèi)表面和外表面采用錐度換向的方法在一個程序中同時完成內(nèi)外表面的加工，在保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時提高了加工的效率。

5.2高速加工

高速加工技術(shù)