機(jī)械零件加工變形因素分析及優(yōu)化改進(jìn)

線澎湃（沈陽(yáng)市機(jī)電工業(yè)技工學(xué)校，遼寧沈陽(yáng)110000）

機(jī)械加工過(guò)程中，由于大多工件都是在高速、高溫的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境下完成，機(jī)床、刀具、夾具等工件會(huì)產(chǎn)生高溫摩擦振動(dòng)而變形，同時(shí)熱量的傳播與振動(dòng)的傳播，會(huì)通過(guò)各種媒介傳遞給其他零件，零件在長(zhǎng)期使用后也會(huì)因?yàn)楦邷囟冃?。機(jī)械是由很多精密零件構(gòu)成的，零件的變形，不但會(huì)引發(fā)誤差，甚至?xí)箼C(jī)械直接報(bào)廢。

1.影響零件變形的主要因素

在加工機(jī)械的過(guò)程中，變形的原因有很多，本文對(duì)其進(jìn)行了一下梳理。

1.1零件的材質(zhì)與設(shè)計(jì)

一般來(lái)講，材質(zhì)是決定機(jī)械零件變形的先天條件，一些材質(zhì)對(duì)溫度的要求較高，對(duì)機(jī)械摩擦的內(nèi)應(yīng)力也有差異，內(nèi)應(yīng)力承受較弱的容易發(fā)生形變。同時(shí)，零件也有薄厚，對(duì)于壁薄的零件尤其容易變形。對(duì)于零件的設(shè)計(jì)，窄長(zhǎng)的凹模、凸模容易變形，形狀復(fù)雜的零件易變形，中空的腔型零件易變形。

1.2工件加工的應(yīng)力

容易變形的工件應(yīng)力與剛性都較差。在機(jī)械加工的過(guò)程中，刀具與零件的切割或擠壓，增加了零件內(nèi)部的殘余內(nèi)應(yīng)力，對(duì)于精密的零件來(lái)說(shuō)會(huì)造成形狀與精度的誤差。而在殘余應(yīng)力消失后，也會(huì)再次出現(xiàn)形變，這樣對(duì)于形狀的把握造成了難度。

1.3與熱加工有關(guān)

首先，零件在鍛造時(shí)始鍛溫度極端偏高或低，終鍛溫度過(guò)低的零件、晶粒長(zhǎng)大，有網(wǎng)狀碳化物析出的零件；對(duì)于高溫韌性較強(qiáng)的零件，在熱加工的過(guò)程中都比較會(huì)發(fā)生變形。

1.4機(jī)械加工過(guò)程中的變形

一是對(duì)熱處理后的磨削零件，無(wú)砂輪粒度、進(jìn)刀量、冷卻方式等工藝要求，磨削后表面有燒傷及微裂紋等疵病的零件。二是材質(zhì)中無(wú)外形起點(diǎn)穿絲孔，不得不從外切入，一般容易產(chǎn)生變形，甚至裂紋。

1.5切削中、熱加工等過(guò)程中的震動(dòng)

機(jī)械零件切削過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和熱，這樣對(duì)于零件來(lái)說(shuō)容易產(chǎn)生形變的可能，因此在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候，要考慮到震動(dòng)的應(yīng)力，對(duì)加工工藝的選擇合理等，也能減小零件的形變可能。

2.零件加工中防止形變的優(yōu)化改進(jìn)建議

2.1選擇變形量較小的材料，提高零件的整體剛性。采用對(duì)于熱處理形變反應(yīng)較小的材質(zhì)，尤其是對(duì)于需要切割加工的零件，對(duì)于制作的各個(gè)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生形變的因素要統(tǒng)一考慮。嚴(yán)格檢查原材料的化學(xué)成分，對(duì)于高溫反應(yīng)或是對(duì)于潮濕環(huán)境的變形是否能夠在合理的范圍內(nèi)，要仔細(xì)選擇與把控。

2.2改善加工工藝，釋放零件的內(nèi)應(yīng)力

對(duì)于薄壁零件等容易受到內(nèi)應(yīng)力作用而變形的零件，加工前，對(duì)毛坯材料進(jìn)行對(duì)稱分層銑削，可以使零件中初始的殘余應(yīng)力得到均勻釋放，大大減小了加工過(guò)程中零件發(fā)生振動(dòng)和形變的概率。

對(duì)于板類零件的兩面加工，則要應(yīng)用上下兩面去除余量的基本原則，對(duì)厚度兩面進(jìn)行交替加工。在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，滿足余量依次減少的基本原則，殘余應(yīng)力隨交替次數(shù)的增加而釋放更徹底，有利于零件加工后變形的可能性變小。

2.3采用輔助支撐

對(duì)于有空腔結(jié)構(gòu)的零件，在加工中，主要解決裝夾力對(duì)其產(chǎn)生的力量形變。在空腔中加以支撐，可以采用加膜加胎的方法，可以提高零件的剛性，也可以用石蠟或低熔點(diǎn)的填充物來(lái)加大內(nèi)部支撐。

2.4對(duì)于電磁吸盤磁力線不均勻產(chǎn)生的零件變形

對(duì)于磁力的情況，可以做一定的隔磁處理，用薄紙或黏膠隔離固定。也可以根據(jù)情況盡可能的做弱磁處理，在強(qiáng)磁處加隔擋塊。對(duì)于實(shí)在不能完全隔磁的零件可以做局部隔磁。

2.5對(duì)于裝夾中的形變控制

裝夾是機(jī)械零件加工中幾乎都要遇到的情況，在裝夾中發(fā)生的變形在所難免。如果夾具是以端面定位，且零件裝入夾具后，一定要保證能自由旋轉(zhuǎn)，否則會(huì)徑向彈性變形。如果不能自由旋轉(zhuǎn)，則需要檢查零件或夾具，一定要保證其能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，要保證定位端面完全貼合，不得有任何間隙。要保證夾力均勻，可以用夾板測(cè)試，這需要工作人員長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累。

2.6對(duì)于切削變形與控制

切削用量不當(dāng)導(dǎo)致的零件變形也是零件加工中常見(jiàn)。刀具的下刀方式不當(dāng)，直接影響零件的使用。例如，垂直下刀會(huì)對(duì)腹板產(chǎn)生一個(gè)垂直的作用力，可以使腹板邊緣變形。因此在切削過(guò)程中，要提前考慮材質(zhì)的問(wèn)題與特殊性，以便選擇走刀線路和走刀距離。如果需要選擇砂輪的，要檢測(cè)砂輪是否鋒利，而且要選擇砂輪的厚度與性狀，對(duì)于特殊情況特殊處理，加快散熱，減小形變的可能。

2.7零件精加工后的變形與控制

零件在一般加工后，很多還需要精加工，精加工在一定程度上會(huì)對(duì)零件的變形產(chǎn)生加劇作用，做好檢測(cè)，優(yōu)化其工藝，是解決精加工零件變形的最有效方式。做好檢測(cè)，通過(guò)打表法、氣動(dòng)量?jī)x法、鋁板測(cè)具、內(nèi)外徑千分尺、三坐標(biāo)檢測(cè)儀的方法對(duì)其形狀尺寸做精密的測(cè)量，對(duì)于精度不達(dá)標(biāo)，已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重形變的零件不能進(jìn)行精密加工。然后測(cè)量溫度，溫度測(cè)量要做好對(duì)于季節(jié)性溫度的情況考慮，溫度分段進(jìn)行測(cè)量。

3.加強(qiáng)機(jī)械零件加工軟硬件的建設(shè)

對(duì)于零件的加工還要在工具與人的專業(yè)本領(lǐng)的提高上下功夫。

隨著科學(xué)信息技術(shù)對(duì)機(jī)械加工的革命式影響，數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，使得大部分控制零件加工可以十分精確的計(jì)算其變形，可以有效避免由于操作者對(duì)零件加工的人為誤差。因此，在零件加工過(guò)程中，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是在宏觀上減小零件形變的長(zhǎng)期辦法。

對(duì)于零件加工過(guò)程中，零件形變主要的人為因素來(lái)講，只能依靠提高操作人員的專業(yè)技能來(lái)減輕誤差。首先，傳幫帶的技能傳遞方式還要加強(qiáng)，對(duì)于優(yōu)秀技能與經(jīng)驗(yàn)要記錄成冊(cè)，以便學(xué)習(xí)與改進(jìn)；同時(shí)加強(qiáng)員工的培訓(xùn)是提高員工綜合素質(zhì)與專業(yè)技能的最好辦法，要用技能比武與績(jī)效管理來(lái)激勵(lì)人們對(duì)提高技能的渴望，人的專業(yè)性提高了，零件的質(zhì)量自然可以有保障。

[1]劉俊.零件加工工藝研究[J]機(jī)械研究與應(yīng)用.2011.3