機(jī)械零件加工中的變形與對(duì)策

劉新強(qiáng)，王士一，王恩雙

（中國(guó)人民解放軍駐一二〇廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱 150066）

在機(jī)械零件制造生產(chǎn)的過(guò)程中，受到各種因素的影響，會(huì)發(fā)生不同程度、不同形式的變形，影響到后續(xù)工作的進(jìn)行，進(jìn)而影響到品質(zhì)安全、生產(chǎn)進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。因此，我們要仔細(xì)分析機(jī)械零件加工中的變形原因，研究和探討解決的辦法。

1 機(jī)械零件加工中的變形

機(jī)械零件加工中的變形，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是指在加工的過(guò)程中，機(jī)械零件不受控制地發(fā)生了形狀變化。通常情況下，機(jī)械零件加工中的變形，具體指形狀變化、尺寸變化、位置要素變化等等。

在對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工的過(guò)程中，變形是無(wú)法避免的。所以，我們要認(rèn)真檢查機(jī)械設(shè)備的磨損，設(shè)備的加工能力，工裝夾具以及刀具是否選用合理，工藝文件是否齊全完備等，以達(dá)到減少因外力作用引起零件變形的目的。

2 變形的形成原因

2.1 內(nèi)力作用影響了加工精度

在進(jìn)行車床加工時(shí)，通常情況下，都會(huì)用車床的四爪卡盤，將零件卡緊，利用其向心內(nèi)力的作用，對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工。同時(shí)，機(jī)械零件要加工的過(guò)程，也會(huì)受內(nèi)徑向力作用。所以，為了確保機(jī)械零件不松動(dòng)，在對(duì)其加工過(guò)程中，務(wù)必要保證機(jī)械的切削力小于其夾緊力。當(dāng)切削力減小時(shí)，其夾緊力也減小，同時(shí)，若是切削力增大，則夾緊力也需要相應(yīng)地增加，這樣，才能保持機(jī)械零件加工的受力穩(wěn)定。

但是，在卡爪松開(kāi)之后，加工出來(lái)的機(jī)械零件，其幾何形狀與在機(jī)床上加工時(shí)的形狀已經(jīng)完全不同，而且偏差較大，通常情況下，會(huì)呈現(xiàn)多邊形，甚至呈橢圓形。

從某種角度來(lái)分析，這是由于加工過(guò)于粗糙所造成的。一般來(lái)講，這種情況下的形變是可以避免的，只需要將機(jī)械零件進(jìn)行熱處理，就可以有效地消除。

可是，還有一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵诰嚂r(shí)，與粗加工相比，機(jī)械零件裝夾方式仍然與其相同，因此，對(duì)于精車時(shí)的機(jī)械零件的加工變形的控制，還必須要保留到磨削加工和精加工時(shí)進(jìn)行。與此同時(shí)，在磨削加工時(shí)，其主要基于精車后變形后基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以在這個(gè)加工過(guò)程中，新的變形的產(chǎn)生，就是必然的。

在后續(xù)工作過(guò)程中，比如：鏜床加工內(nèi)孔這一階段，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的偏差。因?yàn)?，其是在磨削的基?zhǔn)面進(jìn)行定位加工的，其最終的精鏜內(nèi)孔必然不精確。很顯然，通過(guò)這樣的方法，其所加工的機(jī)械零件的幾何尺寸和精度，根本達(dá)不到圖紙的要求?；诖?，我們需一起研究新的裝夾方式，改變其原始裝夾方式。以熱處理后的精車為入手點(diǎn)，在以后的每道加工工序時(shí)，采取有效的措施，保證裝夾時(shí)機(jī)械零件避免對(duì)徑向力的承受。比如：可以在專門在每道工序過(guò)程中設(shè)計(jì)專用的夾具，并要利用垂直軸向拉緊工件，進(jìn)而有效地預(yù)防和解決由裝夾引起的機(jī)械零件變形。

2.2 熱處理后及加工后的變形

通常情況下，對(duì)于那些薄片類的機(jī)械零件，由于其長(zhǎng)徑比特別小，對(duì)其進(jìn)行加工或者是熱處理完畢之后，將其放置一定的時(shí)間，這類機(jī)械零件就會(huì)發(fā)生草帽型彎曲的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：

與四周相比，其一端的中間鼓出一部分，而且其形狀看起來(lái)就像一頂草帽，所以，稱這為草帽型彎曲。在經(jīng)過(guò)檢測(cè)后，與以前情況相比，會(huì)發(fā)現(xiàn)其平面會(huì)偏大；

而對(duì)于那些具有較大長(zhǎng)徑比的零件來(lái)講，其在進(jìn)行熱處理后，或者是在加工完畢之后，將其放置一段時(shí)間，機(jī)械零件就會(huì)發(fā)生一定程度的彎曲，在通過(guò)檢測(cè)之后，會(huì)清楚的發(fā)現(xiàn)，與之前相比，其直線度會(huì)相對(duì)偏大；

這些情況的出現(xiàn)，主要是由于零件內(nèi)部本身存在內(nèi)應(yīng)力。這些內(nèi)應(yīng)力的分布本身，應(yīng)該是一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，所以零件的外形相對(duì)穩(wěn)定。但是當(dāng)加工完畢去除一些材料或熱處理完畢后，其內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，需要重新分布于一種新的平衡狀態(tài)，所以致使零件外形發(fā)生變化。

一般而言，熱處理或加工完畢的撥叉類機(jī)械零件，叉腳會(huì)發(fā)生翹曲；但是鑄鐵件類機(jī)械零件，其平面變大，垂直度也會(huì)相應(yīng)地變大。

2.3 外力作用下引起的彈性變形

一般來(lái)講，主要分為3種：

（1）由于機(jī)械零件結(jié)構(gòu)中含有的薄片和懸臂，造成了對(duì)機(jī)械零件的定位不當(dāng)、裝夾不合理。這樣，由于剛性不強(qiáng)，必然會(huì)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，進(jìn)而達(dá)不到圖紙的設(shè)計(jì)要求。

（2）在機(jī)械零件進(jìn)行切削的過(guò)程中，零件會(huì)在切削力作用的影響下，會(huì)產(chǎn)生彈性形變，通常把這種現(xiàn)象俗稱為“讓刀”現(xiàn)象。

（3）在對(duì)長(zhǎng)徑比較大的機(jī)械零件加工時(shí)，由于在切削力的影響下，非夾緊的一側(cè)，就會(huì)發(fā)生變形。

3 變形的應(yīng)對(duì)措施

通過(guò)以上分析，我們可以看出，機(jī)械零件的變形情況各不相同，但是從其總的原因來(lái)講，就是在應(yīng)對(duì)外力作用情況所引起的零件彈性變形。因此，要解決這個(gè)問(wèn)題，較好的措施就是要盡可能使用專用工裝，減小裝夾變形，提高機(jī)械零件在加工過(guò)程中的抗干擾能力，而且要盡量選擇合理的加工參數(shù)和刀具。

另外，還需要注意的是，在對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行熱處理和加工后所產(chǎn)生的變形，可以采取以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）對(duì)于毛坯品質(zhì)要盡量提高，對(duì)機(jī)械零件的內(nèi)部殘余應(yīng)力要盡量消除，并且要及時(shí)有效地處理鑄件；

（2）在機(jī)械零件加工完畢，保證機(jī)械零件的自然變形之后，再通過(guò)利用以上的方法，對(duì)其進(jìn)行修整加工，可以說(shuō)這是一種變形后再加工的方式；

（3）通過(guò)限型熱處理方式，增大機(jī)械零件的剛性，限制其變形，進(jìn)而防止零件的過(guò)大變形。

4 機(jī)械零件加工的注意要點(diǎn)

為了有效地保證機(jī)械零件的加工品質(zhì)，避免不必要的變形的產(chǎn)生，我們還需要注意以下問(wèn)題：

（1）科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)，一方面，要仔細(xì)分析實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的有效策略，充分考慮如何提高機(jī)械零件的強(qiáng)度；另一方面，還要全面分析在機(jī)械零件加工制造的過(guò)程中，零件的剛度會(huì)不會(huì)變化、變形會(huì)不會(huì)產(chǎn)生，甚至于裝配過(guò)程中會(huì)發(fā)生的問(wèn)題。與此同時(shí)，還要對(duì)各種零部件進(jìn)行合理地布置，使機(jī)械零件的受力情況得到改善，確保機(jī)械零件變形的減輕，盡量做到機(jī)械零件壁厚均勻，并且要采取有效措施減少熱加工時(shí)的溫度差異，進(jìn)而避免機(jī)械零件變形。

（2）嚴(yán)格的過(guò)程控制。在進(jìn)行機(jī)械零件的加工制造時(shí)，重視機(jī)械零件的變形問(wèn)題，一定要采取準(zhǔn)確有效的加工方法，安排足夠的消除內(nèi)應(yīng)力的工序，減少機(jī)械零件的殘余應(yīng)力。

（3）要分工完成。在機(jī)械零件的加工過(guò)程中，一定要將其加工工序分為精加工和粗加工兩個(gè)工序，而且為了保證機(jī)械零件內(nèi)部應(yīng)力的消除，必須要在兩道工序之間，將機(jī)械零件存放一段時(shí)間；同時(shí)，還要保證在機(jī)械加工過(guò)程中工藝的基準(zhǔn)性，這樣，一方面可以保證日后便于修理，另一方面，可以有效地避免和減少由于加工過(guò)程中基準(zhǔn)不一而造成的誤差。

（4）自然時(shí)效處理和人工時(shí)效處理。在進(jìn)行機(jī)械零件加工中，對(duì)于那些比較復(fù)雜或者是重要的零件，在完成精加工之后，其首要任務(wù)就是進(jìn)行一次人工時(shí)效處理或者是自然時(shí)效處理，其最終目的就是為了減少機(jī)械零件在加工之后的應(yīng)力和變形。

5 結(jié)束語(yǔ)

縱觀以上，在機(jī)械零件加工制造的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種變形，因此，我們必須要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行操作，在加工之前，做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，檢查各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行是否正常，避免局部高溫現(xiàn)象，采取有效的措施，從而有效避免機(jī)械零件變形的發(fā)生。

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