易變形復雜零件加工工藝研究

桑建國

（江蘇省南通中等專業學校，江蘇 南通　226011）

易變形復雜零件加工工藝研究

桑建國

（江蘇省南通中等專業學校，江蘇 南通226011）

易變形復雜零件的結構具有特殊性，在較高的加工技術要求時需要改善加工工藝路線，實現對復雜零件變形問題的有效控制。文章分析了易變形復雜零件的結構特點闡述了變形原因，提出了較少變形的措施，即通過粗精加工工序分開，適當進行熱處理工序，并通過改善刀具材料和切削速度實現變形控制。最后系統說明了降低變形的工藝路線設計原則，為機械加工工藝設計人員提供參考。

易變形；復雜零件；加工工藝；設計原則

機械零件在進行加工時通常會產生變形，而變形問題是影響加工精度和表面質量最為嚴重的問題之一。由于復雜形狀的零件結構具有特殊性，并且在加工中具有特殊的技術要求，更增加了零件的加工難度。復雜形狀的零件在設計時必須考慮加工難易程度，而對于特殊要求的復雜零件必須通過改善加工工藝來保證加工質量，這就為復雜零件的加工工藝設計提出了較高的要求。易變形復雜零件的加工質量控制成為工藝人員的研究難點問題，文章分析了易變形復雜零件的結構特點和變形的原因，提出了降低零件變形的對策措施，并系統的探討了易變形復雜零件工藝設計原則，為相關工藝設計人員提供參考。

1　易變形復雜零件的結構特點及原因分析

所謂易變形復雜零件是指零件具有較多的形體單元，在工作過程中功能部分結構差異大的機械零件。一般的復雜零件具有以下特點：零件包含了較多形體單元，各個單元的表面形狀和表面區域大小不同；零件表面具有規則形狀，部分具有非規則形狀；零件的壁厚差別比較大，不同壁厚組合；零件的加工技術要求較高，尺寸精度和表面質量具有特殊要求；零件需要較高的剛度強度要求。易變形復雜零件的剛度較差，而為了保證強度通常需要進行熱處理，所以熱加工也是易變形復雜零件加工工藝要求之一。

易變形復雜零件變形的原因如下：①復雜零件需要去除的材料多，在進行機械加工時需要較大的切削用量。切削速度的增加會加大切削熱，使工件表面的溫度升高，造成工件的熱應力增加，如果不能及時去除會造成零件內部產生巨大的殘余應力，不僅影響了零件的機械性能，同時影響了機械零件的尺寸精度和表明質量。②由于復雜零件的結構是非對稱的，導致應力分布不均勻，而且在厚度方向上，零件壁厚差別大，應力分布不均勻，在進行切削加工或者受到夾具力的作用時會產生變形。③引起復雜零件變形的其他原因還包括用于進行零件加工的原材料內應力沒有徹底消除、已經加工好的零件在淬火處理時產生變形等。

2　減少或者消除變形的措施

在機械生產中，對于復雜零件的變形控制通常是在加工階段進行適當的熱處理，通過熱處理與機械加工結合，改善加工工藝，去除工件內部應力，減少變形。

（1）對工件進行時效處理。時效處理是工件在低溫回火和精加工之前，將工件進行高溫加熱到100～150°，并保持這個溫度6～10h。加熱和保溫的過程中，材料的原子活動程度增加，晶格畸變消失，工件在加工時產生的內應力減小。工件內部穩定程度增加，尺寸穩定性提高，又由于熱處理對材料改性的優點，材料的強度和硬度等力學性能保持穩定。

（2）復雜零件在進行加工時應合理的選擇切削用量，在保證切削力的要求下選擇盡量小的切削速度。在選擇刀具角度時盡量保持適當的前角，并刀具幾何角度合理控制，盡量減小切削力。質量要求較高的零件采用高速切削或者利用硬質合金刀具進行高速硬切削，從而保證切削的表面質量和加工精度。

（3）對于特殊零件如空心、薄壁、非對稱零件，應注意夾具、零件硬度等問題。夾具盡量不要對易變形的部位加緊，對空心薄壁類零件應利用低熔點的合金進行填充澆筑，完成澆筑后采用內部填充的固定方式進行加工。如果零件的硬度較低，小于HRC45，在進行切削加工之前需要進行淬火處理，而對于硬度較高的零件應在淬火熱處理進行后進行磨削加工，還可以采用高速切削加工的方式進行精加工。

3　復雜零件工藝設計原則

（1）工藝路線制定原則。為減小應力變形，消除零件在機械加工過程中的尺寸、形狀變化，將粗加工與加工工序分開，在進行精加工之前必須對零件進行去應力處理，如果零件的加工精度要求較高，需要在精加工完成之后增加一步穩定時效處理。在粗加工時，應去除大部分的加工余量，尤其是容易引起較大的應力變形的形體單元，加大實體材料的去除。注意粗精加工的銜接，只要粗加工工序即可完成的加工部分，應在進行時效處理之后進行機械校正，減少因為變形過大造成精度不能滿足要求，同時也是為精加工工序留足加工余量。對于一些合金鋼材料的零件，需要進行調質處理，大型復雜零件可以在半成品時進行調質處理。

（2）加工余量及熱處理溫度的確定原則。由于粗精加工分開，粗加工是應盡可能的去除大部分實體材料，最大限度的去除大部分余量。加工余量的大小是通過正常工序設計時的余量加上零件變形量確定的，加工余量的具體計算可以通過試驗測量，也可以根據加工經驗進行估算。正常狀態下，對于鋁質材料的變形量相對較大，需要進行熱處理的零件變形量相對較大，對于實體厚度變化較大的零件或者尺寸較大的大型零件，變形量均較大，這樣在進行加工余量的確定時可以將粗精加工余量控制在合理的范圍內。另外對于不同材料，性能要求不同的零件，保證零件具有足夠的強度和塑性的情況下，應調整零件加工溫度，在較高的溫度下進行加工，在最大限度上降低零件的參與應力。對于鋁質材料的零件，加工溫度不能高于材料工作溫度，應首先考慮零件人工時效處理的溫度。

4　結語

易變形復雜零件的特殊性和技術要求的復雜性使得這類零件具有特殊的加工工藝。易變形復雜零件在加工時產生變形的主要原因是內應力，為了減少變形，加工人員需要將零件的粗加工與精加工工序分開，并在粗精加工之間進行熱處理工序，這樣可以降低熱應力引起的零件變形。對于熱加工難以控制的變形問題可以通過高速切削或者硬質合金刀具進行有效控制。這樣的工藝設計可以解決一些難加工復雜零件變形控制問題，為工藝設計開拓了設計思路。

［1］自立.解決復雜零件生產的4軸加工［J］.世界制造技術與裝備市場，2002，（3）.

［2］李素麗.小型復雜零件成形工藝研究及試驗驗證［J］.熱加工工藝，2012，（15）.

［3］曾向彬，何鏡奎，楊騰智.多曲面多角度復雜零件的工藝編排與加工［J］.模具制造，2012，（1）.

Study on Process of Easily Deformed Complex Parts

SANG Jian-guo
（Nantong Secondary Specialized Schools，Nantong，Jiangsu 226011，China）

Easily deformed complex parts has special structure，which requires to improve process route when the processing technical requirement is high in order to realize valid control on deformation of the complicated parts.The paper analyzes the characteristics of easily deformed complex parts and the reasons for deformation and puts forward corresponding measures，which is to control deformation by separating rough and fine finish machining process，and carrying out appropriate heat treatment process，as well as improving cutting tool materials and cutting speed.Finally it illustrates design principles of reducing deformation route，to provide the reference for machining process design personnel.

easy to deformation；complex parts；the processing technology；design principles

TH162

A

2095-980X（2016）07-0074-01

2016-06-08

桑建國（1975-），男，江蘇南通人，工程師，主要研究方向：機械加工的數控新技術應用。