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生的附加應力而出現變形；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。此種應力的產生是由于加工零件的過程中刀具對于工件的作用產生，由于刀具在工作中會因為擠壓以及切割的作用，在零件的內部以及零件的表面出現應力，這種應力就是由于加工殘余而產生。

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生的摩擦也需要克服，而摩擦產生的內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。

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的。

[1]楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.北京：遼機械工業出.

[2]蔣以忍.金屬工藝學［M］.沈陽：遼寧省出版局出版.