薄壁半圆件加工变形与对策

asdolmlm

薄壁半圆环形结构的零件属断续加工，由于零件的刚性差，容易变形，加工较为困难。为解决零件的变形问题，必须在工艺上采取一些措施。

http://www.gq114.cn/oledit/UploadFile/200612/2006125112937513.gif 1 c3 g/ v% ^% p) U, i  ^                         图1 薄壁半圆件   X5 C: w5 M4 |

      一、薄壁半圆件加工中遇到的问题
1 R7 T$ e$ ?: K6 k* M       图1所示为薄壁半圆件的零件。壁厚∶直径＝1∶26，零件材料为45钢，调质处理，精度要求较高。若单件加工，则比较困难。因为它不是一个整圆件，在车床上是断续切削，定位夹紧也很困难，需要复杂的夹具。而采用两件一起车削，即加工一个整圆，然后再分开的方法，可以解决断续车削及装夹的问题。根据这一方案，制定的工艺路线为：粗车整圆→热处理(调质)→半精车整圆→铣(切开)→磨(剖分面)。按照这种路线加工零件时发现，合格的整圆零件剖开分成两个薄壁半圆件后，在零件的两端口部向内缩，缩小量达0.5～1mm，如图2所示。因而在装配时，零件必须经过修锉，但修锉后的零件不符合图样要求。究其原因，是零件变形所致。
      二、变形原因分析
5 l  q3 v/ k# c4 S     产生这种误差的原因主要是零件的内应力所致。而内应力是热处理和车削造成的。在热处理中，零件经加热，升温至780℃左右，再经快速冷却(水冷)和550～600℃高温回火，完成对零件的调质。由此可见，在调质过程中，热→冷→热→冷，零件受热膨胀，遇冷收缩。若零件结构不规则、厚薄不一，则受到的冷热程度、热胀冷缩的程度及受热和冷却速度不一。壁薄处热胀快，冷缩也快；壁厚处热胀慢，冷缩也慢。这种速度差，就会在零件的厚处与薄处的过渡区域内形成相互作用的内应力。内应力在整圆零件内部是相互平衡的。当零件被切开以后，内应力就要寻求新的平衡。这样，零件就会发生变形，而变形的大小，与其刚度有关。刚度大则变形小。对于薄壁件变形就比较大。该零件由于其中间有一段厚壁，在热处理冷却后，中间部分冷却速度慢，在其两端壁薄处，温度已降低了，而中间部分还在冷却收缩，则在两端壁薄处产生压应力，如图3所示。

http://www.gq114.cn/oledit/UploadFile/200612/2006125112943947.gif ' p6 \2 |# c8 E. i图2 剖开件端口向内收缩 [td=1,1,120]http://www.gq114.cn/oledit/UploadFile/200612/2006125112943130.gif : X9 r( o9 K9 T5 y2 v4 c图3 薄壁筒受力状态 [td=1,1,82]http://www.gq114.cn/oledit/UploadFile/200612/2006125112943768.gif 图4 两半圆环的焊接

精车和铣削也会产生内应力，是切削热引起的，相对来说较小，对零件变形影响不大。至于夹紧力，也会产生变形，但主要是圆度精度受影响，对零件开口影响不大。所以，当零件被铣开后，其压应力就在寻求新的平衡时，使零件开口处产生缩口现象。产生这种缩口变形误差的主要原因就是热处理产生的内应力。
  j  G( _; m7 I) K. w+ m: e        三、解决问题的办法
1 G. \5 u( o6 j- c" I4 F      要想解决这个问题，就要从消除内应力着手。一种办法是将工件在热处理后进行时效处理。另一种办法是先切开，再热处理，然后将两件点焊在一起加工。这两种办法，前一种工艺路线不变，只是加一道时效工序，由于时效处理内应力不可能完全被消除，故只能减少变形，但不能完全消除变形。后一种工艺路线要进行比较大的改变。但这种方法能更有效地消除变形误差。现详述后一种办法。工艺路线改为：整圆粗车(留有较多的余量)→铣(分开)→热处理→点焊(合并)→半精车→钳(分开)→磨。这种改动关键在于先切开，再热处理。这样热处理时，工件可以充分变形。这是由于其形状是个半圆，而不是整圆，在这时内应力因零件已变形而会减少很多。而且，在后续加工时，只是将其余量去除，本身结构不作大的变动(不像原来整圆切开)，故其内应力的平衡也不会被打破，不会再因内应力而引起变形。热处理后，再将两件在自由状态下点焊在一起(合成一个圆)，如图4所示。在点焊后，焊接点处会有焊接应力。由于焊后都是收缩，故在焊点处存在有拉应力。而零件的两端薄壁部分还会存在一定的压应力，两者可以抵消一些，从而使焊接应力对零件不会有什么影响。焊好的零件经车削加工后，焊接处仅剩很少一点焊缝，零件用手一掰，即可分开，再将剖分面磨光，便可得到完全合格(开口处基本无变形)的零件。如果要更精细些，则可在点焊后再加一道时效工序，效果会更好。即：粗车整圆→铣→热处理→点焊→时效→半精车→钳→磨。
6 |2 b0 H7 {! y9 }        综上所述，对于该零件，在工艺上主要采用了两件合一和先分开后热处理的办法，解决了加工问题和变形问题。因此，解决薄壁件、半圆件的加工问题，需根据不同情况加以分析，都会找到一条合适的工艺路线的。当然，本文所介绍的工艺路线比较复杂一些，如果零件要求不高，就不妨采用时效工序，可以经济一些。

[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-12-11 11:07 编辑 ]

chiren1984

好象铣(分开)在热处理的后面更好一点吧?虽说难加工点,可是铣开以后再热处理的话变形会大一点的吧,在焊接时的接触面不会很好的,可能会有缝隙的.有可能成废品的.只是提提意见了,具体我也没干过了,错的地方希望你提醒提醒我了.

chiren1984

我提的是(工艺路线改为：整圆粗车(留有较多的余量)→铣(分开)→热处理→点焊(合并)→半精车→钳(分开)→磨)这道工艺了.

中原大河

楼主帖子中的零件图与半圆轴承[轴瓦]结构特征近同.它的大部分加工是在半圆态加工的.如果这个零件最终是两个零件组成一个整圆使用.那么它的关键在于:
0 d0 `% I$ l$ n! V1 w1.半圆周长的长度.因为2个半圆周长组成的整圆,必须是一个具有装配公差的整圆.精度通常在IT7.所以半圆周长的长度要求是很高的.加工要用专用机床或普通机床加专用夹具了.
% @% R* `) Y: I6 x' s2.外径的半圆周长确定之后,它的厚度就确定了内孔的大小.所以厚度同样是这类零件的关键.他的精度同样很高.一般是用外圆周长做定位面,加工内孔而测量厚度.
2 Z: T2 f7 e( I3 [# ^  D7 J- Z: }; S3.如果不是这种用途,其工艺同样也需要考虑.因为分开是装配需要.使用必须是整圆的.如果整圆有0.03的公差.那么半圆仅有0.015x3.14=0.0471的公差.当然该零件还有其他方面的技术要求.

- h' d1 l6 l0 Z0 f1 a, L[ 本帖最后由 中原大河 于 2006-12-13 15:33 编辑 ]