对薄壁类零件加工变形的综合处理方法的探讨

龍杺起航

　　1　薄壁类零件易变形的机理

　　在生产实践中，薄壁类零件易变形的表现形式是多种多样的，有体积和尺寸的胀大和收缩变形，也有弯曲、歪扭、椭圆、翘曲等畸形变形。但就其产生的机理来说，可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。

　　1.1　内应力塑性变形
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　　薄壁类零件热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性等，都会引起内应力的作用，在零件一定塑性条件的配合下，就会产生内应力塑性变形。按应力产生的根源和表现特征的不同，分为热应力塑性变形和组织应力塑性变形。在AC1温度下方加热急冷产生变形，可获得纯热应力变形，而单纯的组织应力变形却是不可能的。组织应力变形与钢的淬透性、零件截面尺寸、钢的Ms点高低、淬火介质及冷却方法有密切的关系。
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　　1.2　比容变形

9 B" Y7 I2 d! P1 o　　薄壁类零件在热处理过程中，各种相结构的组织比容不同，在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。在生产实践的一定条件下，采用相应的热处理工艺方法，可获得比较单纯的比容变形。其特点是没有明显的方向性，如果零件的组织结构均匀，比容变形表现在各个方向上是相同的，比容变形不会因热处理次数增加而不断改变零件的体积和尺寸。

; q' A9 w: J  m( `! u　　2　加工工艺的要求
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　　2.1　粗加工、精加工分开
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. W+ ^: Y* E2 l' ?' N4 F　　对加工精度要求较高的薄壁类零件，应把粗加工、半精加工、精加工分开进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后内应力重新分布引起的变形。其目的是为了保持零件的精度及稳定性。另外，粗、精加工分开，机床设备也可得到合理的使用，即粗加工机床可以充分发挥其效率，精加工机床可长期保持机床的精度和维持使用寿命。
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2 X) h# U& W/ Z5 d  i: D- I　　2.2　粗、精加工之间增加去应力工序
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# p. }/ b1 `' i  W　　内应力是引起零件变形的主要因素，为了防止零件的变形，除应严格地进行材料的热处理，使工件具有较好的组织外，在粗加工、精加工之间，最好增加一道去应力工序，以最大限度的消除工件内部的应力。去应力后的工件在随后的精加工中能够较好地保证零件的形状和尺寸要求。
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$ Q+ M3 d5 Z# P# a) M" X7 Y　　2.3　控制淬火介质防止零件热处理变形

2 k6 U4 {; }' N2 I& ?. Q　　淬火是使零件强化最重要的工序之一，工件在淬火之前外形尺寸和几何精度均以基本达到，即使留有磨加工余量已很少，因此淬火不仅要保证良好的组织与性能，而且还要保持其尺寸精度，通过控制淬火介质改变冷却特性曲线见图1。



　　图1　冷却特性曲线
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　　B点对应的是对流阶段的开始。若B点对应的温度过低则沸腾期加长，导致马氏体转变过于激烈，产生很大的内应力，从而有很大的变形。若B点对应的温度较高，沸腾期缩短，减小了内应力，从而减小了变形。B点的温度太高，理论上讲，会有一些钢材的冷却特性曲线与它的C曲线相碰，从而产生珠光体或者贝氏体组织，引起钢材硬度不足。但一般来说，B点的温度不会太高，约400℃左右，一般超过Ms点，使马氏体转变在对流阶段发生，这一阶段冷速慢，从而减小转变应力，减少变形量。综上所述，对于小尺寸零件、薄壁零件和淬透性好的零件而言，冷却速度特别是沸腾期的冷却速度至关重要，要求提高对流开始温度，使淬火介质更适合于薄壁类零件的淬火，从而有效控制热处理变形，提高热处理质量。

　　3　加工过程中对刀具、切削用量、切削液、装夹方式的要求

　　3.1　刀具的要求

　　精加工时要求刀具锋利，一方面可减少刀具与工件的摩擦，另一方面可提高刀具切削工件时的散热能力，从而减少工件上残余的内应力。例如在铣削薄壁类零件的大平面时，我们使用了单刃铣削法，刀具参数选取了较大的主偏角Kr=75°-93°和较大的前角γo≤30°，目的就是为了减少切削抗力Fy的作用。由于这种刀具切削轻快，减少了薄壁类零件的变形，在车间得到广泛的应用。

　　3.2　切削用量的要求

　　采用合理的切削用量是保证零件精度的关键因素。在加工精度要求较高的薄壁类零件时，一般采取对称加工，使相对的两面产生的应力均衡，达到一个稳定状态，加工后工件平整。但当某一工序采取较大的吃刀量时，由于拉应力、压应力失去平衡，工件便会产生变形。

　　3.3　切削液的要求
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　　切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液对提高刀具的耐用度和加工表面质量、加工精度具有重要作用。因此，在加工中为防止零件变形必须合理使用充分的切削液。
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  l( i1 T& T- ?2 }9 ~　　3.4　装夹的要求

- O: q9 p1 y$ ]$ H6 C; u8 q　　由于薄壁类零件的形状和结构的多样性以及本身具有刚度低的特点，装夹时施力的作用点不同，产生的变形就不同。大量实践证明，增大工件与夹具的接触面积或轴向夹紧，可有效降低零件装夹时的变形。如在铣削加工薄壁件时，大量使用弹性压板，目的就是增加接触零件的受力面积；在车削薄壁套的内径及外圆时，无论是采用简单的开口过渡环，还是使用弹性芯轴、液体塑料夹具等，均采用的是增大工件装夹时的接触面积。这种方法有利于承载夹紧力，从而避免零件的变形。轴向夹紧工装由于制造简单，在实践中被广泛使用。在切削加工时，刀具、切削用量、切削液和正确的装夹方式需同时兼顾，才能杜绝或减少薄壁类零件的变形。

2 ~1 w$ W6 T( L! W　　4　辅助加工手段

1 v' E9 Y& p; I. F' O7 z# Q　　4.1　冷校直

4 K8 ^# ~9 h# }% C8 i　　冷校直简单易行，适用于精度要求不高的零件。冷校直是在与变形相反的方向施加作用力，使工件反方向弯曲产生塑性变形，从而达到校直的目的。但由于工件内部应力很不稳定，故经过一段时间后，随着应力的释放，变形还会恢复。对于精度要求较高的细长轴（如丝杠），一般不允许冷校直，而是依靠增大加工余量，通过加工者的多次切削或磨削来修正细长轴的弯曲。
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　　4.2　热校直

　　热校直的方法是把需要校直的工件叠成一定高度，采用一定工装压紧成平直状态，然后把工装和工件一起放入加热炉中，根据零件材料的不同，选择不同的加热温度和加热时间。

　　热校直后，工件内部组织稳定。此时，工件不仅得到了较高的直线度，而且加工硬化现象得到消除，更便于零件的进一步精加工。

　　4.3　低温技术在机加工方面的应用

9 w8 O( S9 }: N, S6 c. A# S8 y8 q! ^　　提高薄壁零件的强度，形成线形形状、产生防止磨损的介质、确定表面清洁度、监控表面粗糙度，对零件的可靠性进行快速试验等。不同类型的低温材料加工，例如水压制，可以导致材料组织发生新的变化，有效地改善了在常温条件下不可避免的变形效果。同样，通过对零件的辊压、展平和冲击强化方法，可提高显微硬度3-3.5倍，提高疲劳强度1.3-1.7倍。

　　5　使用先进的加工方法

　　在减少切削热、防止零件变形方面出现了多种先进的加工方法，如线切割、高速加工等。

　　5.1　线切割加工
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* i' B+ x; U3 t# s5 t$ h/ O: j) t5 `5 j& e　　数挖线切割机床加工解决了很多传统加工难以解决的难题，尤其是在锐角、小R及锥度切割的产品加工过程中更具优势。如包装机烟库某薄壁零件，该零件的内表面和外表面的锥度方向一致，如采用固定锥度，不能一次将轮廊全部加工出来，若采用上下异形的变锥度法进行编程，产生的程序量很大，为此笔者结合固定锥度的编程方法，将内表面和外表面采用锥度换向的方法在一个程序中同时完成内外表面的加工，在保证了产品质量的同时提高了加工的效率。
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2 O& {6 a: {! E! f. k　　5.2　高速加工

　　高速加工技术是近年发展起来的高效、优质低耗的制造技术。在高速切削加工中，由于切屑在较短时间内被切除，绝大部分切削热被切屑带走，减少了工件的热变形；其次，在高速加工中，由于切削层材料软化部分的减少，也可减少零件加工的变形，有利于保证零件的尺寸、形状精度。使用高速加工薄壁类零件，是今后机械加工发展的一个重要趋势。

" B& e& G( {. S5 g* ^$ ]% P8 Y$ [[ 本帖最后由 yulongfan 于 2009-9-18 17:49 编辑 ]

zhoushan403

学习一下，很不错的资料

ssiiie

不错的资料!谢谢!

wnse

收下，学习，谢谢。

xuelishashu

实际可操作性

njscjf520

一篇值得收藏的论文

萧萧下

好东西，谢谢啦

黄龙在天

谢谢了，刚好用到，下来大家了解了解。