机械加工中工件变形的原因及预防策略初探

机械加工中工件变形的原因及预防策略初探

赵红蕾

山东省栖霞市大力矿山机械有限公司

摘要:加工过程中的变形是影响制品成材率的主要原因，而在加工过程中，工件最易发生变形，这将极大地影响机械加工的整体效率水平，进而使得企业的核心竞争力下降。因此，在机械加工过程中，如何预防工件的变形，提高制品的良品率，将需要基于工件变形的原因提出相应的预防策略。

关键词:机械加工；工件变形；原因；预防措施

引言

随着我国的现代化程度的提高，在大多数的机械制造过程中，都会发生工件变形问题，从而导致产品的质量下降，进而影响到产品的自动制造质量。从一定程度上来说，工件变形也将直接导致企业利润的减少，进而削弱企业发展的核心竞争力。因此，防止工件变形将需要不断的完善机器的工艺，让机器的生产达到自动化，从而提升工件生产制造的精准性，进而更大程度上防止工件出现变形问题。

1 对机械加工中工件变形的原因

根据当前的机械加工状况，在机械制造过程中，存在着许多的不良现象，这给企业带来了一定的损失。在本文中，工件的变形是一种非常普遍的现象，以下将对其产生的原因进行分析。

1.1 在具体的加工过程中产生的变形

在特定的加工工艺中，刀具在处理设备的表面时，会产生大量的热能，这些热能通过两个物体的相互传递和传递，从而将热量传递到工件的表面，进而引起相应的热应力，如果工件本身的承受力不够大，就会导致工件的变形，而如果工件本身的承受力比较大，那么在加工的时候，工件会受到更大的压力，从而造成工件的变形。

1.2 工件的材质和结构产生的变形

材质是影响其变形的最直接因素，如果其结构和强度都较高，则其在实际生产中不易产生变形。如果有一种结构和材质都不是具有良好性能的零件，那么在实际生产中，其质量将极易受到影响，从而造成加工过程中的变形。不能克服在加工过程中受到的阻力和各种应力的作用，从而导致工件本身的变形。通常情况下，如果一个工件发生了变形，这个零件就会被废弃，无法继续使用。因此，在加工的过程中将需要强化对影响零件变形的各种因素的认识，从而有效地防止了零件的报废，进而使得产品的生产率得到进一步的提高。

1.3 在工件的装夹过程中受到的影响

在装夹时，由于位置选择不当也将直接造成工件变形，进而导致整体零件无法正常工作。另外，夹持点的选取也会对成品的加工产生一定的影响。若不正确地选取了一个较弱的部位，则在夹持时将极易出现变形问题。而且，如果夹持力超出了工件本身的承受能力，那么它就会发生变形，从而造成零件的损坏。这种变形在没有得到及时的修补的同时，将直接造成工件无法正常使用，工作效率大打折扣。

1.4 应力释放

在加工之前，当工件的内部组织处于一个均衡的状态，则工件的外型尺寸将是相对稳定的。在制造过程中，由于受多种不利因素的影响，在工件上施加了大量的内应力，在完成加工后，由于内应力的存在，工件的内部结构发生了不均匀的变化，从而导致工件出现变形现象。

2 预防工件变形的措施

在加工过程中，工件会出现多种变形原因，其变形机制是非常复杂的，其中一些是无法避免的，一些变形可以通过采取有效的措施加以控制或消除，所以要根据具体的情况采取适当的措施来减小工件的变形。

2.1 工件加工时造成的变形

在加工时，工件因受力而发生弹性变形，称为“让刀”。对这种变形要采取适当的处理方法，在精加工中，刀具必须要锐利，这样既可以减小刀具与工件之间的摩擦，又可以增加刀具在切割时的热辐射，降低残留内应力。如对薄壁类零件进行大面积铣削时，采用单刃铣削，采用大主侧角和大前角度来减小切削阻力。该工具具有切削速度快、减小薄壁零件变形等优点，已被广泛用于生产。在汽车薄壁件的车削过程中，刀具的正确角度对车削过程中的切削力、车削过程中的热变形以及工件表面的显微质量起着决定性的作用。

前角的尺寸直接影响到切削变形和前角的锐度。前角度大，可降低切削变形，减少摩擦，但是，过大的前角会降低刀具的楔角，削弱刀具的强度，降低刀具的散热状况，加速磨损。因此，普通车削薄壁钢制品时，采用高速工具，前角为6-30度，采用硬质合金工具，前角度为5-20度。较大的后角会降低切割力，但较大的后角会削弱刀具的强度。用高速钢车刀对薄壁件进行车削，车刀后角度为6-12度，使用硬质合金工具，后角度为4-12度，精车时采用大后角，粗车时采用小后角。在汽车薄壁件的外圆周上，采用较大的主倾角。在处理工件的变形时，必须选用合适的工具。

在加工过程中，由于刀具与工件之间的摩擦所产生的热也会导致工件的变形，所以许多情况下都采用高速切削。在高速切削过程中，由于切屑在很短的时间内被切断，大部分的切削热量都被切去，从而降低了零件的热变形；此外，切削液的作用是减小切削时的摩擦力，降低切削温度。合理地应用切削液是改善刀具耐用性、加工表面质量、加工精度的关键。所以，为了避免工件的变形，应合理地使用足够的切削液。

在加工过程中，合理的切削用量对确保工件的精度至关重要。对于具有高精度要求的薄壁类零件，通常采用均匀的对称加工方法，以平衡两侧的应力，使其达到一种稳定的状态，从而使加工后的工件变得光滑。但是，在一个加工过程中，由于拉应力和压应力的失衡，使工件发生了变形。在加工过程中，由于工件的装夹、切削时的切削力、由于工件阻挡而引起的弹性和塑性变形，导致了加工区域的温度升高，从而导致了加工过程中的热变形。因此，我们在粗加工时，可以选择较大的后刀量和进料。精加工时，刀具量通常为0.2-0.5毫米，进给量通常为0.1-0.2毫米/秒或更低，切割速度为6-120米/分，精车时采用最大的切削速度，但不能太高。合理地选用合适的切削量，以达到降低工件变形的目的。

2.2 选择合理的材质与结构

材质的选用对保证工件的正常使用起着重要作用，因此，选用材质时要充分考虑材质的用途和用途，尤其是受力较大、变形较大的工件，选用具有较高的强度和耐冲击韧性的合金钢，以增强其在加工中的变形性能，达到其使用的目的。在产品设计中，要注重结构的优化组合和生产过程的合理，避免由于结构的原因而产生的加工变形。对于一些大型铸件和锻件，在内部应力完全消除之前，将需要充分关注其时效性。

2.3 选择合理装夹方式

工件的夹具是否恰当直接影响到加工后的变形，在选用定位表面时，应注意基准重合原理，尽量选用接触面积大的工作面，以提高其稳定性和可靠性；其次，夹具位置应尽量与定位点相匹配，以消除力和支撑力，避免产生内应力，同时夹紧力的大小要保证夹持可靠，不会因用力太大而导致工件在未加工之前发生变形。尤其是夹具，如可定芯轴、弹性夹头等，亦是防止工件变形的一种有效方法。

2.4 减小内应力

在工件的加工过程中，由于受到挤压、摩擦等因素的影响，在工件表面总是存在着各种内应力。为减小该应力，应尽可能采用对称的方法，以消除加工过程中的应力，使相应工作面的均匀应力保持在一个较稳定的位置。对重要零件，可以先进行粗加工，待应力消除后，再进行精加工。对于一些薄壁件和非对称件，在生产过程中，可以采取反向变形的方法，在工件的变形方向上保留一定的变形，这样可以减少工件的变形。

3 结语

总而言之，加工过程中的变形现象是一个长期困扰着制造企业的技术问题，期间将需要通过实践的方式进行不断地探索和总结。在防止工件变形的过程中，将需要密切关注其加工过程、工件材质以及热处理细节，以此更好地防止工件出现变形问题出现，进而提升工件生产的质量水平。

参考文献

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