易變形復(fù)雜零件加工工藝研究

桑建國(guó)

（江蘇省南通中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 南通　226011）

易變形復(fù)雜零件加工工藝研究

桑建國(guó)

（江蘇省南通中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 南通226011）

易變形復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)具有特殊性，在較高的加工技術(shù)要求時(shí)需要改善加工工藝路線，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件變形問(wèn)題的有效控制。文章分析了易變形復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)闡述了變形原因，提出了較少變形的措施，即通過(guò)粗精加工工序分開，適當(dāng)進(jìn)行熱處理工序，并通過(guò)改善刀具材料和切削速度實(shí)現(xiàn)變形控制。最后系統(tǒng)說(shuō)明了降低變形的工藝路線設(shè)計(jì)原則，為機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)人員提供參考。

易變形；復(fù)雜零件；加工工藝；設(shè)計(jì)原則

機(jī)械零件在進(jìn)行加工時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生變形，而變形問(wèn)題是影響加工精度和表面質(zhì)量最為嚴(yán)重的問(wèn)題之一。由于復(fù)雜形狀的零件結(jié)構(gòu)具有特殊性，并且在加工中具有特殊的技術(shù)要求，更增加了零件的加工難度。復(fù)雜形狀的零件在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮加工難易程度，而對(duì)于特殊要求的復(fù)雜零件必須通過(guò)改善加工工藝來(lái)保證加工質(zhì)量，這就為復(fù)雜零件的加工工藝設(shè)計(jì)提出了較高的要求。易變形復(fù)雜零件的加工質(zhì)量控制成為工藝人員的研究難點(diǎn)問(wèn)題，文章分析了易變形復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形的原因，提出了降低零件變形的對(duì)策措施，并系統(tǒng)的探討了易變形復(fù)雜零件工藝設(shè)計(jì)原則，為相關(guān)工藝設(shè)計(jì)人員提供參考。

1　易變形復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原因分析

所謂易變形復(fù)雜零件是指零件具有較多的形體單元，在工作過(guò)程中功能部分結(jié)構(gòu)差異大的機(jī)械零件。一般的復(fù)雜零件具有以下特點(diǎn)：零件包含了較多形體單元，各個(gè)單元的表面形狀和表面區(qū)域大小不同；零件表面具有規(guī)則形狀，部分具有非規(guī)則形狀；零件的壁厚差別比較大，不同壁厚組合；零件的加工技術(shù)要求較高，尺寸精度和表面質(zhì)量具有特殊要求；零件需要較高的剛度強(qiáng)度要求。易變形復(fù)雜零件的剛度較差，而為了保證強(qiáng)度通常需要進(jìn)行熱處理，所以熱加工也是易變形復(fù)雜零件加工工藝要求之一。

易變形復(fù)雜零件變形的原因如下：①?gòu)?fù)雜零件需要去除的材料多，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)需要較大的切削用量。切削速度的增加會(huì)加大切削熱，使工件表面的溫度升高，造成工件的熱應(yīng)力增加，如果不能及時(shí)去除會(huì)造成零件內(nèi)部產(chǎn)生巨大的殘余應(yīng)力，不僅影響了零件的機(jī)械性能，同時(shí)影響了機(jī)械零件的尺寸精度和表明質(zhì)量。②由于復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)是非對(duì)稱的，導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻，而且在厚度方向上，零件壁厚差別大，應(yīng)力分布不均勻，在進(jìn)行切削加工或者受到夾具力的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形。③引起復(fù)雜零件變形的其他原因還包括用于進(jìn)行零件加工的原材料內(nèi)應(yīng)力沒(méi)有徹底消除、已經(jīng)加工好的零件在淬火處理時(shí)產(chǎn)生變形等。

2　減少或者消除變形的措施

在機(jī)械生產(chǎn)中，對(duì)于復(fù)雜零件的變形控制通常是在加工階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，通過(guò)熱處理與機(jī)械加工結(jié)合，改善加工工藝，去除工件內(nèi)部應(yīng)力，減少變形。

（1）對(duì)工件進(jìn)行時(shí)效處理。時(shí)效處理是工件在低溫回火和精加工之前，將工件進(jìn)行高溫加熱到100～150°，并保持這個(gè)溫度6～10h。加熱和保溫的過(guò)程中，材料的原子活動(dòng)程度增加，晶格畸變消失，工件在加工時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力減小。工件內(nèi)部穩(wěn)定程度增加，尺寸穩(wěn)定性提高，又由于熱處理對(duì)材料改性的優(yōu)點(diǎn)，材料的強(qiáng)度和硬度等力學(xué)性能保持穩(wěn)定。

（2）復(fù)雜零件在進(jìn)行加工時(shí)應(yīng)合理的選擇切削用量，在保證切削力的要求下選擇盡量小的切削速度。在選擇刀具角度時(shí)盡量保持適當(dāng)?shù)那敖?，并刀具幾何角度合理控制，盡量減小切削力。質(zhì)量要求較高的零件采用高速切削或者利用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行高速硬切削，從而保證切削的表面質(zhì)量和加工精度。

（3）對(duì)于特殊零件如空心、薄壁、非對(duì)稱零件，應(yīng)注意夾具、零件硬度等問(wèn)題。夾具盡量不要對(duì)易變形的部位加緊，對(duì)空心薄壁類零件應(yīng)利用低熔點(diǎn)的合金進(jìn)行填充澆筑，完成澆筑后采用內(nèi)部填充的固定方式進(jìn)行加工。如果零件的硬度較低，小于HRC45，在進(jìn)行切削加工之前需要進(jìn)行淬火處理，而對(duì)于硬度較高的零件應(yīng)在淬火熱處理進(jìn)行后進(jìn)行磨削加工，還可以采用高速切削加工的方式進(jìn)行精加工。

3　復(fù)雜零件工藝設(shè)計(jì)原則

（1）工藝路線制定原則。為減小應(yīng)力變形，消除零件在機(jī)械加工過(guò)程中的尺寸、形狀變化，將粗加工與加工工序分開，在進(jìn)行精加工之前必須對(duì)零件進(jìn)行去應(yīng)力處理，如果零件的加工精度要求較高，需要在精加工完成之后增加一步穩(wěn)定時(shí)效處理。在粗加工時(shí)，應(yīng)去除大部分的加工余量，尤其是容易引起較大的應(yīng)力變形的形體單元，加大實(shí)體材料的去除。注意粗精加工的銜接，只要粗加工工序即可完成的加工部分，應(yīng)在進(jìn)行時(shí)效處理之后進(jìn)行機(jī)械校正，減少因?yàn)樽冃芜^(guò)大造成精度不能滿足要求，同時(shí)也是為精加工工序留足加工余量。對(duì)于一些合金鋼材料的零件，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，大型復(fù)雜零件可以在半成品時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

（2）加工余量及熱處理溫度的確定原則。由于粗精加工分開，粗加工是應(yīng)盡可能的去除大部分實(shí)體材料，最大限度的去除大部分余量。加工余量的大小是通過(guò)正常工序設(shè)計(jì)時(shí)的余量加上零件變形量確定的，加工余量的具體計(jì)算可以通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量，也可以根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。正常狀態(tài)下，對(duì)于鋁質(zhì)材料的變形量相對(duì)較大，需要進(jìn)行熱處理的零件變形量相對(duì)較大，對(duì)于實(shí)體厚度變化較大的零件或者尺寸較大的大型零件，變形量均較大，這樣在進(jìn)行加工余量的確定時(shí)可以將粗精加工余量控制在合理的范圍內(nèi)。另外對(duì)于不同材料，性能要求不同的零件，保證零件具有足夠的強(qiáng)度和塑性的情況下，應(yīng)調(diào)整零件加工溫度，在較高的溫度下進(jìn)行加工，在最大限度上降低零件的參與應(yīng)力。對(duì)于鋁質(zhì)材料的零件，加工溫度不能高于材料工作溫度，應(yīng)首先考慮零件人工時(shí)效處理的溫度。

4　結(jié)語(yǔ)

易變形復(fù)雜零件的特殊性和技術(shù)要求的復(fù)雜性使得這類零件具有特殊的加工工藝。易變形復(fù)雜零件在加工時(shí)產(chǎn)生變形的主要原因是內(nèi)應(yīng)力，為了減少變形，加工人員需要將零件的粗加工與精加工工序分開，并在粗精加工之間進(jìn)行熱處理工序，這樣可以降低熱應(yīng)力引起的零件變形。對(duì)于熱加工難以控制的變形問(wèn)題可以通過(guò)高速切削或者硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行有效控制。這樣的工藝設(shè)計(jì)可以解決一些難加工復(fù)雜零件變形控制問(wèn)題，為工藝設(shè)計(jì)開拓了設(shè)計(jì)思路。

［1］自立.解決復(fù)雜零件生產(chǎn)的4軸加工［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2002，（3）.

［2］李素麗.小型復(fù)雜零件成形工藝研究及試驗(yàn)驗(yàn)證［J］.熱加工工藝，2012，（15）.

［3］曾向彬，何鏡奎，楊騰智.多曲面多角度復(fù)雜零件的工藝編排與加工［J］.模具制造，2012，（1）.

Study on Process of Easily Deformed Complex Parts

SANG Jian-guo
（Nantong Secondary Specialized Schools，Nantong，Jiangsu 226011，China）

Easily deformed complex parts has special structure，which requires to improve process route when the processing technical requirement is high in order to realize valid control on deformation of the complicated parts.The paper analyzes the characteristics of easily deformed complex parts and the reasons for deformation and puts forward corresponding measures，which is to control deformation by separating rough and fine finish machining process，and carrying out appropriate heat treatment process，as well as improving cutting tool materials and cutting speed.Finally it illustrates design principles of reducing deformation route，to provide the reference for machining process design personnel.

easy to deformation；complex parts；the processing technology；design principles

TH162

A

2095-980X（2016）07-0074-01

2016-06-08

桑建國(guó)（1975-），男，江蘇南通人，工程師，主要研究方向：機(jī)械加工的數(shù)控新技術(shù)應(yīng)用。