怎樣解決機(jī)械加工中的工件變形這個(gè)難題？

機(jī)械加工中的工件變形問題，是比較難以解決的問題。首先必須分析產(chǎn)生變形的原因，然后才能采取應(yīng)對(duì)的措施。

一、工件的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)會(huì)影響工件的變形

變形量的大小與形狀復(fù)雜程度、長寬比和壁厚大小，及材質(zhì)的剛性和穩(wěn)定性息息相關(guān)。所以在設(shè)計(jì)零件時(shí)盡可能的優(yōu)化這些參數(shù)，減小這些因素對(duì)工件變形的影響。

尤其在大型零件的結(jié)構(gòu)上更應(yīng)該做到結(jié)構(gòu)合理。在加工前也要對(duì)毛坯硬度、疏松等缺陷進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證毛坯質(zhì)量，減少其帶來的工件變形。

二、工件裝夾時(shí)造成的變形

工件裝夾時(shí)，首先要選擇正確的夾緊點(diǎn)，然后根據(jù)夾緊點(diǎn)的位置選擇適當(dāng)?shù)膴A緊力。因此盡可能使夾緊點(diǎn)和支撐點(diǎn)一致，使夾緊力作用在支撐上，夾緊點(diǎn)應(yīng)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(dāng)工件上有幾個(gè)方向的夾緊力作用時(shí)，要考慮夾緊力的先后順序，對(duì)于使工件與支撐接觸夾緊力應(yīng)先作用，且不易太大，對(duì)于平衡切削力的主要夾緊力，應(yīng)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)致其具有較低的剛性。這樣在裝夾施力的作用下，就會(huì)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(shí)的變形。如在銑削加工薄壁件時(shí)，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(shí)，無論是采用簡(jiǎn)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(shí)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(shè)計(jì)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(dǎo)致的工件彎曲變形。

三、工件加工時(shí)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(yīng)對(duì)此類變形在刀具上要采取相應(yīng)的措施，精加工時(shí)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(shí)的散熱能力，從而減少工件上殘余的內(nèi)應(yīng)力。

例如在銑削薄壁類零件的大平面時(shí)，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(yīng)用。

薄壁零件車削時(shí)變形是多方面的，裝夾工件時(shí)的夾緊力，切削工件時(shí)切削力，工件阻礙刀具切削時(shí)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(shí)，背吃刀量和進(jìn)給量可以取大些；精加工時(shí)，刀量一般在 0．2～0．5mm，進(jìn)給量一般在 0．1～0．2mm／r，甚至更小，切削速度 6～120m／min，精車時(shí)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(dá)減少零件變形的目的。

四、加工后應(yīng)力變形

粗加工后，零件本身存在內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力分布是一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，零件外形短期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，但是在熱處理后及精加工去除一些材料后內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，這時(shí)工件需要重新達(dá)到力的平衡，所以外形在一定時(shí)期內(nèi)就容易發(fā)生一定程度的變化。

這也是為什么部分工件在交付之后，在儲(chǔ)存期和服役期發(fā)生變形、開裂的典型原因。

在航空航天領(lǐng)域，“薄壁件”常為“加工后易變形，裝配后可以重新恢復(fù)幾何形狀的零件”。通常其主尺寸與壁厚之比不小于 50，滿足上述條件的“薄壁工件”或“薄壁狀態(tài)”的工件可以納入模態(tài)寬頻時(shí)效的處理范圍。

相對(duì)于傳統(tǒng)的熱時(shí)效，模態(tài)寬頻時(shí)效集殘余應(yīng)力仿真、模態(tài)動(dòng)應(yīng)力仿真、殘余應(yīng)力檢測(cè)、在線模態(tài)分析、工裝夾具設(shè)計(jì)為一體，對(duì)于解決產(chǎn)品交付后延遲變形、疲勞裂紋等問題作用明顯，能有效提高產(chǎn)品交付后穩(wěn)定性、可靠性。

模態(tài)寬頻時(shí)效所需時(shí)間短、節(jié)能，激振頻率范圍可達(dá)到 0－3000Hz，適用于中小型的板、盤、環(huán)、框等工件，對(duì)于剛性大、模態(tài)頻率高的零件也有較好的應(yīng)用效果。因其高頻率、動(dòng)應(yīng)力低的特點(diǎn)，對(duì)零件本身基本不產(chǎn)生直接影響，能夠應(yīng)用于解決小型、輕型薄壁工件去應(yīng)力難題，填補(bǔ)了薄壁件半精加后去應(yīng)力手段空白。

綜上所述，對(duì)于易變形的輕型薄壁件工件，在毛坯和加工工藝上都要采用相應(yīng)的對(duì)策，結(jié)合恰當(dāng)?shù)娜?yīng)力時(shí)效方法，最大程度避免成品后的內(nèi)應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免成品進(jìn)入存儲(chǔ)及服役階段的延遲變形及開裂問題。

審核編輯 黃昊宇