易变形零件变形控制的工艺研究

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摘 要：本文从零件的设计结构、材料的选择、机加工艺编制及热处理工艺等方面进行预防易变形件变形的研究。提出了一些有效的措施，使易变形零件的变形得到有效的控制。

关键词：易变形；变形控制；工艺编制；热处理工艺

中图分类号：TG668 文献标识码：A

1 设计结构对零件变形的影响

零件设计结构要合理，厚薄不要太悬殊，形状要对称，在零件的厚薄交界处，尽可能采用平滑过渡等结构设计。对零件的形状大多结构上很复杂，因此淬火冷却需要均匀，因此结构上可以通过进行组合来进行保证。不合理的零件结构就会使得热处理后的零件在形变量上太大，如尖角、薄边以及沟槽和突变台阶以及厚薄不均等。 工件在形状上经常具有复杂的几何形状，并且截面大多也都不会对称，如：带有键槽的轴、键槽拉刀等，淬火冷却时，一个面散热快，冷却速度大：另一面散热慢，冷却速度小，也就是说截面形状不对称的工件淬火冷却是一种不均匀的冷却。

2 选材的常见问题

2.1 45不能代替40Cr（45易变形件）。

2.2 T8不能代替CrWMn（T8无法热校直）。

2.3 尽量不要用热处理温度高的材料代替热处理温度低的材料。

2.4 选择毛坯时，尽量选用消除了内应力的原材料。

3 原因

3.1 装夹条件。零件在刚性上受到零件的厚薄影响，薄壁刚性上差一些，因此在加工过程中的薄壁零件会因为夹紧力以及支承力的不恰当产生的附加应力而出现变形；受到弹性变形的影响，零件的表面在形状以及精度上都会受到不良影响。因此，欲保证工件质量，对于加工过程中的装夹以及定位设计的精度保证是必要因素之一。

3.2 残余应力。此种应力的产生是由于加工零件的过程中刀具对于工件的作用产生，由于刀具在工作中会因为挤压以及切割的作用，在零件的内部以及零件的表面出现应力，这种应力就是由于加工残余而产生。

3.3 切削力和切削热、切削振动。切削是零件的加工必不可少的供需，但是加工中由于切割动作，加工设备必须要克服材料的弹性形变以及塑性形变，除此之外，设备同材料之间由于相互作用力产生的摩擦也需要克服，而摩擦产生的内能造成的切削热也会影响到宫就爱你的变形与否，对工件质量造成影响。

3.4 设备的刚度。切削设备的角度以及各项参数和冷却同样也会对工件质量予以影响。

4 如何控制形变

4.1 整体利用

由于薄壁零件的变形量大，刚性地等特点，在切削加工的过程中，需要尽量的对零件没有加工的部位进行有效的利用，这样可以通过未加工点作为支撑，使得零件可以处于最佳的刚性状态。

4.2 采用辅助支撑

对于易变形零件加工，关键问题就是要解决由于装夹力引起的变形。为此可通过采用焊接支承，减少热处理变形，热处理后去掉支承。用低熔点合金填充法等工艺方法，加强支撑，进而达到减小变形、提高精度的目的。

4.3 设计工艺加强筋，提高刚性

对于易变形零件，增加工艺筋条，以加强刚性，是工艺设计常用的手段之一。

4.4 对称分层加工，让应力均匀释放

毛坯初始残余应力对称释放，可以有效减小零件的加工变形。

4.5 合理选择工件定位装夹方法

为控制加工变形，除进行工艺方法的优化外，还要合理选择工件装夹方法，减小夹紧力对变形的影响。当采用外圆定位、加工内型面的工艺方案时，夹紧力不宜集中于工件某一部分，应使其分布在较大面积上，使工件单位面积上所受夹紧力较小，从而减少变形。采用通用压板装夹板类零件的装夹要点，多个压板在机床工作台面上围绕毛坯的作用点分布，减小零件变形。磨削加工时，用磁力平台的磁力，吸住易变形零件端面，进行磨削，减小零件变形。易变形零件在加工过程中，因应力释放极易变形，工艺方法常采用粗、精加工分开进行，并在粗加工后进行去应力处理，即采用粗加工—去应力热处理—精加工的流程。

5 热处理变形的常见问题及控制方法

影响热处理变形的因素，除机械加工工艺路线对热处理变形的影响外，设计结构、热处理工艺编制及材料的选择等方面也影响巨大。设计与工艺有时需要考虑热处理变形，更改设计结构，尽量减少尖角薄边和薄厚不均现象；增加工艺孔槽、预留余量或者制作夹具减少热处理变形；进行热处理试验，改进工艺。实践表明，工件形状愈不对称，或冷却不均匀性愈大，淬火后变形也愈明显。对一些高碳合金工具钢，CrWMn、GCr15钢的球化等级对其热处理变形开裂和淬火后变形的校正有很大影响。对零件进行预先热处理，消除机械加工过程中产生的残余应力。合理选择加热温度，控制加热速度，采纳缓慢加热速度、预热和其它均衡加热的方法来减少零件热处理变形。在保证零件硬度前提下，尽量用预冷、分级冷却淬火或等温淬火工艺。条件许可情况下，采用真空加热淬火和淬火后的深冷处理。采用预先热处理、时效处理、调质处理来控制零件的变形。零件变形的原因：在机械加工过程中的残余应力和淬火后的应力叠加，增大了零件热处理后的变形。预防措施：粗加工后、半精加工前应进行一次去应力退火。降低淬火温度，减少淬火后的残余应力。采用等温淬火工艺可减少淬火残余应力。热处理加热工艺对零件变形的影响：加热速度较快，容易产生较大的变形。加热速度越快，零件表面与心部的温度差别越大，应力也越大，零件热处理后产生的变形也越大。由于零件各处薄厚不均或存在尖锐圆角，因此淬火时引起零件各部分之间的热应力和组织应力的不同，导致各部分体积膨胀的不同，零件淬火后产生变形。

零件变形原因是复杂的，易变形件变形控制则是机加工艺编制、热处理工艺编制的难点。需从零件设计结构、材料的选择、机加工艺编制及热处理工艺编制等方面考虑。我们只要掌握其变形规律，合理选择材料，采用最佳的设计结构及工艺措施，可有效控制易变形零件变形。通过分析产生变形原因，采用不同方法进行预防易变形件变形，变形是能减少的，也是能控制在合理范围内的。

参考文献

[1]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：辽机械工业出.

[2]蒋以忍.金属工艺学[M].沈阳：辽宁省出版局出版.