304不銹鋼超級風刀加工變形問題的解決方案探究

摘要：304不銹鋼作為一種常見的不銹鋼材料，具有優良的耐腐蝕性和機械性能，在工業制造領域中應用廣泛。在工業生產中，需要對304不銹鋼進行加工和塑造，以滿足各種產品的需求。近年來，風刀在工業領域中應用廣泛，通過對304不銹鋼超級風刀在加工過程中出現的變形問題進行深入分析和探究，針對變形問題的原因提出了相應的解決方案，為304不銹鋼超級風刀加工變形問題的解決提供參考性意見。

關鍵詞：304不銹鋼；超級風刀；加工變形；問題；解決方案

超級風刀的工作原理是經壓縮空氣進入風刀后，以一面厚度僅為0.03～0.05 mm的氣流薄片高速吹出成風幕。可以完成如吹除鋼板、鋁合金材料等平面上的灰塵、水分；吹除飲料瓶、包裝罐等瓶體表面的水分；吹除產品表面的雜質灰塵、殘液、外包裝上的水分以及傳送帶清理等工作任務，是一種高效率、高精度的工具。由于超級風刀應用環境復雜，為提高超級風刀的耐用性，通常以304不銹鋼為原材料進行制造。

然而，304不銹鋼超級風刀在實際加工過程中，常常會遇到加工變形的問題，這直接影響了產品的質量和加工效率。加工變形是指在加工過程中，工件的形狀或尺寸發生不可逆的改變，導致產品不符合設計要求或無法正常使用。這種變形可能是由于材料本身的特性不符、加工參數選擇不當、加工工藝安排不合理、加工環境控制不足等多種因素共同作用造成的。研究如何有效解決304不銹鋼超級風刀加工過程中的變形問題，對于提高產品質量、降低生產成本具有重要意義。

1304不銹鋼超級風刀加工的要點

304不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能，主要成分為18%的鉻和8%的鎳，這種成分使得304不銹鋼對氧化、酸性介質和鹽水具有較強的抵抗能力，不易生銹，適用于各種腐蝕性環境。304不銹鋼還具有良好的加工性能，塑性和韌性較強，可通過冷加工和熱加工等方式進行成形，適用于沖壓、彎曲、焊接等加工工藝，便于制作各種形狀和尺寸的零部件。此外，304不銹鋼還具有優良的機械性能。其抗拉強度高達520 MPa以上，屈服強度大于205 MPa，延伸率大于40%，硬度小于187 HB。這些性能保證304不銹鋼制品具有足夠的強度和耐久性。在實際加工過程中，304不銹鋼還具有良好的熱穩定性。它在高溫下仍保持較好的力學性能和耐腐蝕性，因此適用于高溫環境下的制造和加工。由于304不銹鋼所具備的這些性能，以其為原材料加工出的超級風刀也能適用于更廣闊的領域，并提高其耐用度。

304不銹鋼材料超級風刀加工過程中需要注意控制加工溫度，以防止過熱導致變形。刀具轉速、進給速度、切削深度等加工參數的選擇對于加工結果至關重要，合理的加工參數能夠有效控制加工溫度，預防變形，提高加工質量。對于304不銹鋼的超級風刀加工，由于尺寸較大，就更易發生切削應力變形，選擇合適的刀具也是關鍵。優質的刀具能夠提供更好的切削效果，減少加工過程中的振動和變形。此外，加工過程中的環境因素，如溫度、濕度、冷卻液等，都會影響加工結果。保持良好的加工環境能夠減少熱變形和其他形式的變形。針對不同形狀和尺寸的工件，需要采用合適的工藝來進行加工，以確保最大程度地減少變形問題，提高產品的加工精度和質量。

2304不銹鋼超級風刀加工變形問題

超級風刀對其零件的平面度和直線度要求較高，只有保證較高的平面度和直線度，才能在裝配完成后得到所需的均勻工作風幕。本次以610 mm長度304不銹鋼超級風刀作為加工探究產品，在超級風刀粗加工和半精加工后變形尤為明顯，主要包括以下幾個方面：

（1） 熱導率和導熱系數：不銹鋼材料的熱導率較低，導熱系數也相對較小。這時需要控制加工參數，適當降低切削速度或增加冷卻液的使用，以減少局部熱量的積累，從而減少變形的發生。（2） 熱膨脹系數：不銹鋼的熱膨脹系數比一般的碳鋼要小，但仍然存在熱膨脹的情況。因此，需要在加工過程中考慮熱膨脹對工件的影響，尤其是對精密加工要求高的零件，在高速加工過程中，由于局部加熱，工件可能發生熱膨脹，導致尺寸變化和變形。（3） 冷卻性能：不銹鋼的冷卻性能一般較差，對冷卻液的依賴性較強。在超級風刀加工過程中，要確保選用合適的冷卻液進行充分的冷卻，以控制工件溫度并減少變形風險。（4） 晶粒結構：不銹鋼材料的晶粒結構對加工性能和變形也有一定影響。粗大的晶粒可能導致局部性能不均勻，加工時易發生變形。選擇合適的熱處理工藝和材料供應商，以獲得細小均勻的晶粒結構，有助于減少加工變形的發生。（5） 殘余應力：不銹鋼在加工過程中可能產生殘余應力，特別是對于復雜形狀或大尺寸工件。這些殘余應力會導致工件變形或翹曲，這也是長尺寸304不銹鋼超級風刀變形的最主要原因。合適的熱處理、冷卻和工藝控制可以幫助釋放或減少殘余應力，降低變形風險。

3304不銹鋼超級風刀加工變形問題的解決方案3.1優化加工參數

通過合理選擇刀具轉速、進給速度和切削深度等參數，可以有效控制加工過程中的熱量積聚、切削力和刀具摩擦力，從而降低材料變形的風險。對于304不銹鋼這種高塑性材料，在加工過程中需要控制刀具轉速，避免過高的轉速導致材料過熱軟化，引發變形問題。進給速度過快可能導致加工表面粗糙度增加、加工精度下降，同時也增加了加工溫度和切削力，容易造成變形。切削深度過大同樣會提高切削力和加工溫度，引發變形問題。因此，需要根據具體情況合理選擇進給速度和切削深度，保持在可控范圍內，確保加工過程中穩定性和精度。合理的加工參數應該根據具體工件材料、形狀和加工要求進行選擇，通常需要進行實踐驗證，找到最佳的加工參數范圍。本次304不銹鋼超級風刀加工設備采用VL850B加工中心，經實踐探究，主要加工變形工序工藝參數如表1：

3.2優化加工工藝

合理安排加工工藝可以在有效提高生產效率的前提下盡量減少因切削應力而引起的工件變形，或采用相應校形與熱處理工藝對變形零件進行消除內應力并校形。主要零件變形處理工藝如下：

（1） 為了提高生產效率，通常在粗加工的時候會在合理范圍內采用較大參數，這樣會使零件在加工過程中產生較大的切削應力從而引起零件發生較大變形。復雜形狀或者尺寸較大的工件，還需要考慮切削量分布均勻性的問題，過大或者不均勻的切削量容易造成局部應力集中，引發變形。因此，在加工這類工件時，可以采用分段加工、層疊加工等方式，控制切削量的分布，減少變形的發生。所以在保證超級風刀零件為下一道工序留有充足加工余量的前提下，盡量使切除材料均勻分布在零件易變形各側，必要時可采取中途松開夾具釋放應力的工藝方法，使其發生變形后再夾緊完成剩余加工以消除較大變形。

（2） 材料預處理是解決304不銹鋼超級風刀加工變形問題的關鍵之一。對于304不銹鋼這類高塑性材料，合理的材料預處理包括熱處理、固溶處理等工藝，可以有效消除材料內部應力和晶粒結構不均勻性。熱處理能夠調整材料的組織結構和硬度，減少加工過程中的切削力和變形風險。因此，在加工前，對材料進行適當的熱處理是非常重要的。固溶處理也是不銹鋼材料常用的處理方法之一，可以提高材料的耐腐蝕性和機械性能，也可以調整材料的晶粒結構和化學成分，減少材料的內部應力和變形傾向，從而提高加工質量和穩定性。在實際操作中，應根據具體加工要求和材料特性，選擇合適的處理方法和工藝，確保加工過程穩定可靠，達到預期的加工效果。

針對粗加工后因切削應力引起的較大變形不能繼續下一道工序的問題，需再安排校正與熱處理。通過實踐分析，本次對粗加工后的304不銹鋼超級風刀零件采用壓力機初步校形；再加熱到850～900 ℃并保溫6～8 h，隨后再隨爐冷卻進行退火消除內應力；最后再次校形的工藝處理方案。處理后可以得到直線度和平面度較為理想的零件。

（3） 在制定合理的加工順序和選用合理加工參數的前提下，半精加工要給精加工預留充足的余量以消除期間發生的變形，余量過多會使零件在精加工時因切除材料過多而產生較大切削應力引起較大變形，余量過少可能會使零件在精加工時不能消除因半精加工而產生的形變量。經探究得知，各表面均留0.3 mm余量并確保直線度在0.15 mm以內即可滿足精加工工序需求。

（4） 精加工是產品最終是否合格的直接工序，為了滿足0.03～0.05 mm的工作風幕需求，必須保證在精加工完成后，零件的變形量不能影響產品的質量。經實踐探究發現，在采用合適參數前提下，采用合理的走刀路線來減小切削應力集中引起的變形，如下圖。先用面銑刀對半精后的出風口表面沿長度方向加工，去除半精留下的多余余量并為最后表面成型工序留0.02 mm加工余量。而最后的成形工序采用D10的立銑刀沿出風口方向走刀加工，以此來減小因切削應力集中而引起的變形。

3.3選用高質量刀具

高質量的刀具具有更好的硬度、耐磨性和切削性能，能夠有效減少加工過程中的摩擦力、切削力和熱量積聚，從而降低材料變形的風險，提高加工質量。在實際操作中，應結合具體加工情況和要求，選擇合適的高質量刀具，并進行定期檢查和維護，以確保刀具的穩定性和使用壽命。

首先，高質量的刀具通常采用優質的材料制造，如硬質合金、高速鋼等。這些材料具有良好的硬度和耐磨性，在高速切削過程中能夠保持刀具的鋒利度，減少切削力和摩擦力，從而降低材料變形的風險。因此，選擇刀具時，應優先考慮刀具的材質和制造工藝。其次，刀具的設計和結構也影響著加工過程中的穩定性和切削效果。優質的刀具設計能夠有效分散切削力，降低加工過程中的振動和變形，提高加工精度和表面質量。在選擇刀具時，應考慮其結構設計、刃角設計、刃部涂層等因素，以確保刀具在加工過程中具有良好的切削效果和穩定性。在本次產品加工研究中，氣腔槽粗加工最易磨損刀具，因刀尖圓角較大的刀具可提高刀具耐用性和穩定性，故加工選用D6R0.5硬質合金立銑刀。最后，刀具的磨損情況也直接影響加工效果和變形情況。定期檢查和維護刀具，及時更換磨損嚴重的刀具，是保證加工質量和減少變形的重要措施之一。此外，對于特殊形狀或尺寸的工件，可以考慮定制專用刀具，以滿足加工需求并降低變形風險。

4結語

在304不銹鋼超級風刀加工的過程中，優化加工參數是減少變形的重要手段，合理選擇刀具轉速、進給速度和切削深度，可以有效控制加工過程中的熱量和切削力，降低材料變形風險。此外，選用高質量的刀具和材料預處理也能顯著減少變形問題，優質刀具能減少切削力和摩擦力，而良好的材料預處理能消除內部應力和提高材料的塑性，從而減少變形。與此同時，加強加工環境控制、優化工藝和提高操作技能也對減少變形問題有積極作用。綜合運用上述措施可以有效降低304不銹鋼超級風刀加工過程中的變形風險，提高加工質量和效率，推動制造業向更高水平發展。

參考文獻：

［1］程升.超大型環狀薄壁不銹鋼零件加工變形的控制［J］.裝備機械，2020（4）：4952.

［2］蔡韜.加工變形對304不銹鋼滲氮行為的影響［D］.大連：大連海事大學，2016.

［3］凌耀戶.數控加工中心熱變形問題的解決方案探究［J］.數字化用戶，2019（3）：90.

［4］李磊.金屬材料熱處理變形問題與開裂問題的解決方案探究［J］.中國金屬通報，2019（11）：184.

［5］韋紅星，熊亭超，殷東杰.不銹鋼濾器生產中的問題與解決措施［J］.信息化建設，2016（7）：351.