機(jī)械加工中工件變形的原因及預(yù)防措施探微

王帥 張超倫

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)發(fā)展速度驚人，機(jī)械制造水平迅猛提升，給人們的日常生產(chǎn)生活帶來極大的便利。在實(shí)際的機(jī)械生產(chǎn)制造中，受到加工工藝、環(huán)境、材料等多重因素的影響，工件變形的情況不可避免。在生產(chǎn)中，變形的工件只能按照報(bào)廢處理，這不僅加大了制造材料的浪費(fèi)，也對于生產(chǎn)的效率和進(jìn)度產(chǎn)生了不利影響。基于此，在機(jī)械制造生產(chǎn)領(lǐng)域，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)做好工件變形分析，是行業(yè)最普遍關(guān)注的重要問題之一。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；工件；變形；原因；預(yù)防措施

任何機(jī)械設(shè)備都是由眾多的加工工件組合而成的，任何一個(gè)工件出現(xiàn)故障或問題都會(huì)影響整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的正常使用。因此，要不斷提高機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與品質(zhì)，最可靠最基礎(chǔ)的路徑就是不斷提高工件加工的品質(zhì)與效率。

1機(jī)械加工工件變形原因

機(jī)械加工工藝中，影響工件變形的要素很多，常見的如工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、加工器具、熱處理等，通常有些變形不僅僅是單個(gè)要素作用的結(jié)果，可能是眾多要素聚合影響。正因如此，在機(jī)械加工工藝中，對加工人員的技術(shù)操作水平要求比價(jià)嚴(yán)格，因?yàn)樯杂锌刂撇划?dāng)，就會(huì)造成工件出現(xiàn)不同程度的變形。

（1）工件材質(zhì)與結(jié)構(gòu)。機(jī)械加工中，如使用的材質(zhì)可塑性差、強(qiáng)度低，作業(yè)時(shí)力度控制不當(dāng)，用力過大會(huì)導(dǎo)致工件變形，輕則留下質(zhì)量瑕疵，重則導(dǎo)致工件報(bào)廢。另外，機(jī)械加工零件結(jié)構(gòu)也會(huì)引起變形情況的發(fā)生，如工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，截面突變、過度圓角、結(jié)構(gòu)壁厚不均勻等導(dǎo)致工件內(nèi)部應(yīng)力過于集中，一旦去除加工器具，工件變會(huì)出現(xiàn)變形。

（2）加工器具。工件加工中應(yīng)用的加工器具較多，如加工人員對相關(guān)細(xì)節(jié)控制不當(dāng)容易導(dǎo)致工件變形。一方面，加工人員對工件硬度、強(qiáng)度把握不準(zhǔn)確，夾具位置選擇不合理或夾具力度控制不當(dāng)，導(dǎo)致工件變形。另一方面，工件切削作業(yè)時(shí)使用的刀具不合理或鋒利度不夠，導(dǎo)致工件因承受較大的作用力發(fā)生變形。

（3）加工摩擦。工件加工時(shí)進(jìn)給方向上的溫度不均勻，尤其工件單面因摩擦受熱，導(dǎo)致工件向上凸出，形成弓形。另外，加工面和工件之間也會(huì)因產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致工件的金屬流動(dòng)特性發(fā)生改變產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過工件承受程度時(shí)也會(huì)出現(xiàn)變形。

2機(jī)械加工工件變形的預(yù)防

機(jī)械加工過程中，工件變形給加工質(zhì)量造成的影響較為明顯。研究得知，工件變形原因較為復(fù)雜，既有單一因素引起，又有綜合因素引起，因此，加工人員應(yīng)提高認(rèn)識，總結(jié)以往工件加工經(jīng)驗(yàn)，分析影響工件變形的原因，及時(shí)采取針對性措施加以預(yù)防，保證工件加工作業(yè)保質(zhì)保量的完成。

（1）做好工件合理設(shè)計(jì)。為防止工件受材料及自身結(jié)構(gòu)影響發(fā)生變形，要求加工單位做好充分準(zhǔn)備，明確工件加工各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其應(yīng)嚴(yán)把工件設(shè)計(jì)關(guān)。具體應(yīng)注重以下內(nèi)容的落實(shí)：

一方面，加工單位應(yīng)要求加工人員認(rèn)真研究工件用途、工件所處的運(yùn)行環(huán)境，明確工件強(qiáng)度、韌性要求，從性能、經(jīng)濟(jì)角度對所用鋼材進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的鋼材。同時(shí)，做好鋼材性能研究，必要情況下對鋼材進(jìn)行熱處理，在保證鋼材性能的同時(shí)，降低變形出現(xiàn)機(jī)率。另一方面，設(shè)計(jì)工件結(jié)構(gòu)時(shí)，要求設(shè)計(jì)人員做好各工件各部分強(qiáng)度計(jì)算，在不影響工件使用性能的基礎(chǔ)上，保證結(jié)構(gòu)壁厚度一致，結(jié)構(gòu)合理。另外，使用專業(yè)軟件，對設(shè)計(jì)好的工件進(jìn)行受力仿真模擬，掌握工件運(yùn)行中的各種受力情況，設(shè)計(jì)時(shí)針對受力較大的部分，適當(dāng)進(jìn)行加固處理。

（2）制定合理加工方案。制定合理的工件加工方案，不僅有助于提高加工作業(yè)效率，而且還能預(yù)防工件變形情況的發(fā)生，因此，要求加工人員做好各個(gè)加工環(huán)節(jié)研究，保證制定的加工方案可行、高效。

一方面，工件加工單位及時(shí)組織技術(shù)人員認(rèn)真分析工件加工需求，吃透加工工件設(shè)計(jì)圖紙，制定合理的加工方案。另一方面，要求加工人員總結(jié)以往加工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真研究工件結(jié)構(gòu)，明確加工流程，保證加工作業(yè)不能對已加工好的部分造成影響。同時(shí)，要求加工人員根據(jù)加工局部形狀，選擇合理的加工刀具，尤其認(rèn)真計(jì)算合理的切削參數(shù)，包括切削速度、進(jìn)給量、切削深度等。同時(shí)，為驗(yàn)證加工方案的可行性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)加工方案，正式加工前應(yīng)進(jìn)行試加工操作，發(fā)現(xiàn)變形，認(rèn)真分析原因，及時(shí)對加工方案進(jìn)行改進(jìn)。

（3）注重加工環(huán)節(jié)優(yōu)化。為預(yù)防工件加工作業(yè)中變形情況的發(fā)生，加工時(shí)應(yīng)注重加工環(huán)節(jié)的優(yōu)化，尤其應(yīng)注重加工參數(shù)的控制與優(yōu)化。

一方面，優(yōu)化切削作業(yè)。使用刀具時(shí)應(yīng)做好刀具鋒利程度檢查，使用鋒利且耐磨性能較好的刀具，尤其應(yīng)選擇合理的刃磨角度，防止讓刀導(dǎo)致工件變形。另外，切削作業(yè)時(shí)為防止摩擦熱量聚集，應(yīng)做好冷卻處理。如條件允許，可進(jìn)行高速切削加工，提高切削效率的同時(shí)，使產(chǎn)生熱量被切屑帶走，避免溫度過高。另一方面，減小切削應(yīng)力。減小加工中產(chǎn)生的應(yīng)力，是預(yù)防工件變形的重要方法，因此，加工時(shí)應(yīng)注重進(jìn)行對稱加工，避免加工應(yīng)力的出現(xiàn)。針對重要位置，加工人員應(yīng)先進(jìn)行粗加工處理，至應(yīng)力全部釋放后再進(jìn)行精加工操作。另外，如工件結(jié)構(gòu)不對稱或結(jié)構(gòu)壁較薄時(shí)，在制作毛坯的過程中注重采用反向變形措施，預(yù)防變形情況的出現(xiàn)，具體做法是：在工件可能發(fā)生變形的反方向留下合適的變形量，并認(rèn)真考慮加工時(shí)的各種影響變形的因素。

3結(jié)論

機(jī)械加工工件變形原因復(fù)雜，加工人員應(yīng)提高認(rèn)識，做好研究與分析，在工作中不斷的實(shí)踐、摸索，掌握不同工件的加工方法與規(guī)律，制定切實(shí)可行的方案加以預(yù)防。本文通過討論得出的結(jié)論有：

（1）工件加工專業(yè)性強(qiáng)，涉及的內(nèi)容多，其中做好工件變形控制是工作的重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，工件材料與結(jié)構(gòu)、加工器具、加工摩擦等會(huì)引起工件出現(xiàn)不同程度的變形，因此，應(yīng)通過嚴(yán)把工件設(shè)計(jì)關(guān)、制定合理加工方案、做好加工環(huán)節(jié)優(yōu)化等措施加以預(yù)防。

（2）工作實(shí)踐中，加工人員應(yīng)保持持續(xù)學(xué)習(xí)的態(tài)度努力提升自己的加工水平，一方面，圍繞“如何預(yù)防工件加工變形”這一問題，積極總結(jié)加工經(jīng)驗(yàn)、做好加工相關(guān)環(huán)節(jié)的優(yōu)化，注重自主學(xué)習(xí)，敢于大膽嘗試。另一方面，注重向經(jīng)驗(yàn)豐富的加工人員學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，針對不同的工件，尋找最優(yōu)的加工方法與加工方案，避免工件變形的同時(shí)，保證加工工作圓滿完成。

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