半環與扇形零件的生產加工

□ 吳必鋒 □ 王 靈

貴州航宇科技發展股份有限公司 貴陽 550081

1 加工工藝重要性

隨著我國經濟的快速發展,我國機械加工的各個行業也在以良好的勢頭向前發展,但是機械加工中零件變形的問題還是困擾行業中的很多人。目前,有不少的產品最終以半環或扇形狀態交付。

目前多數半環或扇形零件的毛坯成形方式是鑄造,隨著社會的發展,科技不斷的進步,對零件的整體性能要求也越來越高。鑄造出來的零件機械性能已經無法滿足當前對零件性能的要求,為此,我們需要改進零件毛坯的成形方式和生產加工方式,進而得到符合性能要求的零件。

零件的生產加工方法是指定生產的重要技術性工藝文件,直接關系到零件的質量、生產率及加工零件的經濟效益,生產規模的大小、工藝水平的高低,以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過生產加工工藝來體現,因此工藝規程編制的好壞是生產零件質量的重要保證、重要依據,在編制加工工藝時必須保證工藝的合理性、科學性和完善性。

2 半環或扇形零件毛坯種類及加工方案

按鍛件的成形方式可以分為鑄件、自由鍛件、環軋件,按零件的加工方式可以分為單件加工、 組合件加工、整體式加工。根據零件的不同要求,可選擇不同加工方案。

鑄件工藝性不好,不能滿足鍛件的多種性能要求,所以對零件的成形方式應該選用自由鍛件或環軋件。

自由鍛造成形,鍛件的性能要求可以得到滿足,但自由鍛件的毛坯加工余量大,原材料耗費高,加工費用高,不符合當前的節材要求。

為降低零件的加工難度,通常都是將單個半環或扇形組合起來加工,即將毛坯按一個環形件生產加工,加工完成后再進行切分。這樣的加工方式原材料耗費低,加工工藝性較好,在生產中比較容易加工,加工費用較低,使得零件的成形及加工成本都得到了很大程度的優化。

綜合上述各種因素,得出半環零件的生產加工方案為:毛坯選擇自由鍛件或環軋件,加工方式選擇為組合件加工或整體式加工,鍛件切分最終獲得半環或扇形零件。但部分材料零件機加工完成,切割成半環或扇形零件后,會發生不同程度的變形,導致零件精度超差。為此,應在半環或扇形零件的生產加工過程中,根據半環或扇形零件的材質和形狀進行分析,增加相對應的機加工及去應力處理工序來改善零件切分后的變形情況,通過優化的生產加工方案,使切分后的零件變形情況得到改善。

3 零件變形原因分析

(1) 零件的結構與材質。機械加工的過程中,零件的結構與零件的材質是影響零件變形的主要原因,變形零件數量的多少,以及零件的自身形狀的改變,都與加工零件的長寬、零件壁的厚度有很大的關聯,因此零件的材質質量要進行仔細挑選,在加工時零件的硬度也能夠影響零件的變形,這些都是我們需要了解并加以分析的主要原因。

(2) 零件加工裝夾點、裝夾方式造成變形。在機械加工時,零件裝夾是需要倍加關注的環節之一,要正確選取裝夾點、裝夾方式,根據零件具體夾緊位置來選擇適當的夾緊力度。否則在零件裝夾時就會很容易產生零件變形,零件的夾緊點和受力點不一致也是引起零件變形的主要原因。在加工時,零件的夾緊力先后順序安排不當會使夾緊力發揮作用受到極大的影響。

(3) 零件切削加工時造成變形。零件在切削加工過程中由于受到切削力的作用,致使受力點發生變形,會產生讓刀現象。在對薄壁零件進行切削時,刀具的角度沒有掌握運用好,在切削中會產生熱變形,同時零件表面的質量會受到破壞。在切削加工時刀具與零件避免不了出現摩擦,摩擦后會產生一定的熱量,這種熱量也會致使零件發生變形。金屬發生熱變形時,主要是內部的區域組織發生了變化累積產生的結果,當零件從高溫冷卻之后,零件材料內部各組織體積會發生變化,互相影響的結果導致內應力的出現。在加工時如果沒有正確合理地使用切削液,也是影響零件加工精度及質量的重要原因。

(4) 零件加工后應力變形。在零件加工后,零件自身存在有內應力,當零件在進行熱處理后,零件自身的內應力就會發生變化,會使內應力失去平衡,不能夠保證零件外形尺寸的穩定狀態。

(5) 斷面切割的物理性破壞應力變形。實際上,整體式生產加工單環或扇形零件,以上幾種因素對零件變形的影響都沒有斷面切分所引起零件應力變形的影響大,斷面切分是導致半環或扇形零件最終應力變形的直接因素。

4 零件變形應對方法

(1) 半環零件毛坯鍛造成形方式與結構設計。當零件的材料確定后,零件毛坯的鍛造成形方式與結構設計對零件加工成形有很大的影響。毛坯到成品之間材料的去除量是導致鍛件內應力變形的主要因素,因此在零件毛坯的形狀設計時,一定要考慮零件后續機械加工材料去除量的均勻性,這是保證鍛件內部應力平衡的重要保障。

(2) 選擇正確合理的機械加工方法及加工參數。在切削零件的過程中由于切削力的影響,使用合適的切削參數,不僅可以降低零件與刀具之間的摩擦阻力,還可以使刀具切削時產生的熱量快速揮發,從而降低零件的內應力。比如高速切削時,切削的速度之快使大部分切削熱量被切屑帶走,有效降低了零件在切削時產生的熱變形,提高了零件的尺寸精度和品質的穩定性。

(3) 增加適當的熱處理工藝。零件自身就存在內應力,在加工時,內應力的平衡會受到破壞,零件會在加工時發生變形,也會在加工完成放置一段時間后發生變形,從而達到另一種平衡狀態。因此,要解決這類問題,需要在粗加工到精加工過程中增加一次或多次的半精加工和去應力熱處理,從而來減小或消除零件內部的殘余應力。優化的工藝為粗加工,時效,再粗加工,時效,半精加工,時效,精加工。采用這種優化加工方式,可以降低或減小零件在加工過程中的變形量。

(4) 制訂準確合理的生產加工工藝路線。不同材質的零件,內部應力是不同的,因此我們要熟悉各種類型材料的特性,針對相應的材料特性設計準確合理的生產加工工藝路線。

大部分材質的半環或扇形零件的生產加工工藝路線為環形毛坯取樣理化測試,粗加工,探傷,鍛件切分,精加工,以此獲得合格的半環或扇形零件。

部分材質的半環或扇形零件的生產加工工藝路線為環形毛坯取樣理化測試,粗車,探傷,粗加工,去應力熱處理,鍛件切分,加工,以此獲得合格的半環或扇形零件。

特殊材質的半環或扇形零件的生產加工工藝路線為環形毛坯,車加工,沿徑向線切割一個切口,去應力熱處理,取樣理化測試,粗加工,探傷,去應力熱處理,鍛件切分,加工,以此獲得合格的半環或扇形零件。

綜合上述分析可知,若使用相同的生產工藝路線,不同材質零件在同一生產工步或不同的生產工步、零件毛坯不同的直徑大小、不同的截面形狀、不同的材料去除率,在加工過程中都會出現不同差異變形。因此,為了準確掌握各類材質半環或扇形零件的加工性能,還需要做更多的工藝試驗,進行深入的探索與研究。

5 注意事項

想要獲得合格的半環或扇形零件,在設計工藝方案時需要注意以下四點:

(1) 設計合理毛坯結構、鍛造成形方案與機械加工方案;

(2) 在零件加工成形的過程中增加適當的、科學的粗加工工序、時效工序和去應力熱處理工序,可以減小零件的應力變形;

(3) 機械加工時在加工余量不變的情況下,采用少量多次,減小加工時的背吃刀量,增加進刀次數的加工原則進行加工,可以減小因進給量過大或切削溫度過高而導致的零件應力變形;

(4) 制訂合理的生產加工工藝流程,可以減小零件的變形量,保證鍛件尺寸及形狀的穩定性。

6 結束語

總之,半環或扇形零件生產加工工藝過程中,在毛坯的選擇上和生產加工工藝上都要有相應的對策,需要根據零件的實際情況加以分析,找到一條最優、最科學的工藝路線。本文所述只是眾多方法中的冰山一角,想要獲得更加科學的工藝方案,需要我們繼續不斷學習、探討和研究。