易變形零件變形控制的工藝研究

劉軍喆 孟憲國

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 設計結構對零件變形的影響

零件設計結構要合理，厚薄不要太懸殊，形狀要對稱，在零件的厚薄交界處，盡可能采用平滑過渡等結構設計。對零件的形狀大多結構上很復雜，因此淬火冷卻需要均勻，因此結構上可以通過進行組合來進行保證。不合理的零件結構就會使得熱處理后的零件在形變量上太大，如尖角、薄邊以及溝槽和突變臺階以及厚薄不均等。 工件在形狀上經(jīng)常具有復雜的幾何形狀，并且截面大多也都不會對稱，如：帶有鍵槽的軸、鍵槽拉刀等，淬火冷卻時，一個面散熱快，冷卻速度大：另一面散熱慢，冷卻速度小，也就是說截面形狀不對稱的工件淬火冷卻是一種不均勻的冷卻。

2 選材的常見問題

2.1 45不能代替40Cr（45易變形件）。

2.2 T8不能代替CrWMn（T8無法熱校直）。

2.3 盡量不要用熱處理溫度高的材料代替熱處理溫度低的材料。

2.4 選擇毛坯時，盡量選用消除了內(nèi)應力的原材料。

3 原因

3.1 裝夾條件。零件在剛性上受到零件的厚薄影響，薄壁剛性上差一些，因此在加工過程中的薄壁零件會因為夾緊力以及支承力的不恰當產(chǎn)生的附加應力而出現(xiàn)變形；受到彈性變形的影響，零件的表面在形狀以及精度上都會受到不良影響。因此，欲保證工件質量，對于加工過程中的裝夾以及定位設計的精度保證是必要因素之一。

3.2 殘余應力。此種應力的產(chǎn)生是由于加工零件的過程中刀具對于工件的作用產(chǎn)生，由于刀具在工作中會因為擠壓以及切割的作用，在零件的內(nèi)部以及零件的表面出現(xiàn)應力，這種應力就是由于加工殘余而產(chǎn)生。

3.3 切削力和切削熱、切削振動。切削是零件的加工必不可少的供需，但是加工中由于切割動作，加工設備必須要克服材料的彈性形變以及塑性形變，除此之外，設備同材料之間由于相互作用力產(chǎn)生的摩擦也需要克服，而摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能造成的切削熱也會影響到宮就愛你的變形與否，對工件質量造成影響。

3.4 設備的剛度。切削設備的角度以及各項參數(shù)和冷卻同樣也會對工件質量予以影響。

4 如何控制形變

4.1 整體利用

由于薄壁零件的變形量大，剛性地等特點，在切削加工的過程中，需要盡量的對零件沒有加工的部位進行有效的利用，這樣可以通過未加工點作為支撐，使得零件可以處于最佳的剛性狀態(tài)。

4.2 采用輔助支撐

對于易變形零件加工，關鍵問題就是要解決由于裝夾力引起的變形。為此可通過采用焊接支承，減少熱處理變形，熱處理后去掉支承。用低熔點合金填充法等工藝方法，加強支撐，進而達到減小變形、提高精度的目的。

4.3 設計工藝加強筋，提高剛性

對于易變形零件，增加工藝筋條，以加強剛性，是工藝設計常用的手段之一。

4.4 對稱分層加工，讓應力均勻釋放

毛坯初始殘余應力對稱釋放，可以有效減小零件的加工變形。

4.5 合理選擇工件定位裝夾方法

為控制加工變形，除進行工藝方法的優(yōu)化外，還要合理選擇工件裝夾方法，減小夾緊力對變形的影響。當采用外圓定位、加工內(nèi)型面的工藝方案時，夾緊力不宜集中于工件某一部分，應使其分布在較大面積上，使工件單位面積上所受夾緊力較小，從而減少變形。采用通用壓板裝夾板類零件的裝夾要點，多個壓板在機床工作臺面上圍繞毛坯的作用點分布，減小零件變形。磨削加工時，用磁力平臺的磁力，吸住易變形零件端面，進行磨削，減小零件變形。易變形零件在加工過程中，因應力釋放極易變形，工藝方法常采用粗、精加工分開進行，并在粗加工后進行去應力處理，即采用粗加工—去應力熱處理—精加工的流程。

5 熱處理變形的常見問題及控制方法

影響熱處理變形的因素，除機械加工工藝路線對熱處理變形的影響外，設計結構、熱處理工藝編制及材料的選擇等方面也影響巨大。設計與工藝有時需要考慮熱處理變形，更改設計結構，盡量減少尖角薄邊和薄厚不均現(xiàn)象；增加工藝孔槽、預留余量或者制作夾具減少熱處理變形；進行熱處理試驗，改進工藝。實踐表明，工件形狀愈不對稱，或冷卻不均勻性愈大，淬火后變形也愈明顯。對一些高碳合金工具鋼，CrWMn、GCr15鋼的球化等級對其熱處理變形開裂和淬火后變形的校正有很大影響。對零件進行預先熱處理，消除機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應力。合理選擇加熱溫度，控制加熱速度，采納緩慢加熱速度、預熱和其它均衡加熱的方法來減少零件熱處理變形。在保證零件硬度前提下，盡量用預冷、分級冷卻淬火或等溫淬火工藝。條件許可情況下，采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理。采用預先熱處理、時效處理、調(diào)質處理來控制零件的變形。零件變形的原因：在機械加工過程中的殘余應力和淬火后的應力疊加，增大了零件熱處理后的變形。預防措施：粗加工后、半精加工前應進行一次去應力退火。降低淬火溫度，減少淬火后的殘余應力。采用等溫淬火工藝可減少淬火殘余應力。熱處理加熱工藝對零件變形的影響：加熱速度較快，容易產(chǎn)生較大的變形。加熱速度越快，零件表面與心部的溫度差別越大，應力也越大，零件熱處理后產(chǎn)生的變形也越大。由于零件各處薄厚不均或存在尖銳圓角，因此淬火時引起零件各部分之間的熱應力和組織應力的不同，導致各部分體積膨脹的不同，零件淬火后產(chǎn)生變形。

零件變形原因是復雜的，易變形件變形控制則是機加工藝編制、熱處理工藝編制的難點。需從零件設計結構、材料的選擇、機加工藝編制及熱處理工藝編制等方面考慮。我們只要掌握其變形規(guī)律，合理選擇材料，采用最佳的設計結構及工藝措施，可有效控制易變形零件變形。通過分析產(chǎn)生變形原因，采用不同方法進行預防易變形件變形，變形是能減少的，也是能控制在合理范圍內(nèi)的。

[1]楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.北京：遼機械工業(yè)出.

[2]蔣以忍.金屬工藝學［M］.沈陽：遼寧省出版局出版.