機械加工造成工件變形的原因

1、工件的材質(zhì)和結構影響工件變形

變形量的大小與形狀復雜程度、長寬比和壁厚大小成正比，與材質(zhì)的剛性和穩(wěn)定性成正比。所以在設計零件時盡可能的減小這些因素對工件變形的影響。

尤其在大型零件的結構上更應該做到結構合理。在加工前也要對毛坯硬度、疏松等缺陷進行嚴格控制，保證毛坯質(zhì)量，減少其帶來的工件變形。

2、工件裝夾時造成的變形

工件裝夾時，首先要選擇正確的夾緊點，然后根據(jù)夾緊點的位置選擇適當?shù)膴A緊力。因此盡可能使夾緊點和支撐點一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點應盡可能靠近加工面，且選擇受力不易引起夾緊變形的位置。

當工件上有幾個方向的夾緊力作用時，要考慮夾緊力的先后順序，對于使工件與支撐接觸夾緊力應先作用，且不易太大，對于平衡切削力的主要夾緊力，應作用在最后。

其次要增大工件與夾具的接觸面積或采用軸向夾緊力。增加零件的剛性，是解決發(fā)生夾緊變形的有效辦法，但由于薄壁類零件的形狀和結構的特點，導致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會產(chǎn)生變形。

增大工件與夾具的接觸面積，可有效降低工件件裝夾時的變形。如在銑削加工薄壁件時，大量使用彈性壓板，目的就是增加接觸零件的受力面積；在車削薄壁套的內(nèi)徑及外圓時，無論是采用簡單的開口過渡環(huán)，還是使用彈性芯軸、整弧卡爪等，均采用的是增大工件裝夾時的接觸面積。這種方法有利于承載夾緊力，從而避免零件的變形。采用軸向夾緊力，在生產(chǎn)中也被廣泛使用，設計制作專用夾具可使夾緊力作用在端面上，可以解決由于工件壁薄，剛性較差，導致的工件彎曲變形。

3、工件加工時造成的變形

工件在切削過程中由于受到切削力的作用，產(chǎn)生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說的讓刀現(xiàn)象。應對此類變形在刀具上要采取相應的措施，精加工時要求刀具鋒利，一方面可減少刀具與工件的摩擦所形成的阻力，另一方面可提高刀具切削工件時的散熱能力，從而減少工件上殘余的內(nèi)應力。

例如在銑削薄壁類零件的大平面時，使用單刃銑削法，刀具參數(shù)選取了較大的主偏角和較大的前角，目的就是為了減少切削阻力。由于這種刀具切削輕快，減少了薄壁類零件的變形，在生產(chǎn)中得到廣泛的應用。

在薄壁零件的車削中，合理的刀具角度對車削時切削力的大小，車削中產(chǎn)生的熱變形、工件表面的微觀質(zhì)量都是至關重要的。刀具前角大小，決定著切削變形與刀具前角的鋒利程度。前角大，切削變形和摩擦力減小，但前角太大，會使刀具的楔角減小，刀具強度減弱，刀具散熱情況差，磨損加快。所以，一般車削鋼件材料的薄壁零件時，用高速刀具，前角取6°～30°，用硬質(zhì)合金刀具，前角取5°～20°。

刀具的后角大，摩擦力小，切削力也相應減小，但后角過大也會使刀具強度減弱。在車削薄壁零件時，用高速鋼車刀，刀具后角取6°～12°，用硬質(zhì)合金刀具，后角取4°～12°，精車時取較大的后角，粗車時取較小的后角。車薄壁零件的內(nèi)外圓時，取大的主偏角。正確選擇刀具是應對工件變形的必要條件。

加工中刀具和工件摩擦產(chǎn)生的熱量也會使工件變形，因此在很多時候選擇高速切削加工。在高速切削加工中，由于切屑在較短時間內(nèi)被切除，絕大部分切削熱被切屑帶走，減少了工件的熱變形；其次，在高速加工中，由于切削層材料軟化部分的減少，也可減少零件加工的變形，有利于保證零件的尺寸、形狀精度。另外，切削液主要用來減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液對提高刀具的耐用度和加工表面質(zhì)量、加工精度具有重要作用。因此，在加工中為防止零件變形必須合理使用充分的切削液。

加工中采用合理的切削用量是保證零件精度的關鍵因素。在加工精度要求較高的薄壁類零件時，一般采取對稱加工，使相對的兩面產(chǎn)生的應力均衡，達到一個穩(wěn)定狀態(tài)，加工后工件平整。但當某一工序采取較大的吃刀量時，由于拉應力、壓應力失去平衡，工件便會產(chǎn)生變形。

薄壁零件車削時變形是多方面的，裝夾工件時的夾緊力，切削工件時切削力，工件阻礙刀具切削時產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，使切削區(qū)溫度升高而產(chǎn)生熱變形。所以，我們要在粗加工時，背吃刀量和進給量可以取大些；精加工時，刀量一般在0.2～0.5mm，進給量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精車時用盡量高的切削速度，但不易過為高。合理選擇好切削用量，從而到達減少零件變形的目的。

4、加工后應力變形

加工后，零件本身存在內(nèi)應力，這些內(nèi)應力分布是一種相對平衡的狀態(tài)，零件外形相對穩(wěn)定，但是去除一些材料和熱處理后內(nèi)應力發(fā)生變化，這時工件需要重新達到力的平衡所以外形就發(fā)生了變化。解決這類變形可以通過熱處理的方法，把需要校直的工件疊成一定高度，采用一定工裝壓緊成平直狀態(tài)，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據(jù)零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時間。熱校直后，工件內(nèi)部組織穩(wěn)定。此時，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現(xiàn)象得到消除，更便于零件的進一步精加工。鑄件要做到時效處理，盡量消除內(nèi)部的殘余應力，采用變形后再加工的方式，即粗加工-時效-再加工。

對于大型零件要采用仿形加工，即預計工件裝配后的變形量，加工時在相反的方向預留出變形量，可有效的防止零件在裝配后的變形。

綜上所述，對于易變形工件，在毛坯和加工工藝上都要采用相應的對策，需根據(jù)不同情況加以分析，都會找到一條合適的工藝路線的。當然，上述的方法只是進一步減小工件變形，如果想得到更高精的工件，還需要不斷的學習、探討和研究。