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--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日，中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》（科協辦函普字【2020】158號），江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優秀科普活動。
機械加工中哪些因素會造成工件變形？
時間：2020/7/16 14:38:57 瀏覽次數：3290
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機械加工中的工件變形問題，是比較難以解決的問題。首先必須分析產生變形的原因，然后才能采取應對的措施。
01、工件的材質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，與材質的剛性和穩定性成正比。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，保證毛坯質量，減少其帶來的工件變形。
變形量的大小與形狀復雜程度、長寬比和壁厚大小成正比，與材質的剛性和穩定性成正比。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，保證毛坯質量，減少其帶來的工件變形。
02、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，然后根據夾緊點的位置選擇適當的夾緊力。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；在車削薄壁套的內徑及外圓時，無論是采用簡單的開口過渡環，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。
工件裝夾時，首先要選擇正確的夾緊點，然后根據夾緊點的位置選擇適當的夾緊力。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；在車削薄壁套的內徑及外圓時，無論是采用簡單的開口過渡環，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。
03、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，產生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說的讓刀現象。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，車削中產生的熱變形、工件表面的微觀質量都是至關重要的。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，使相對的兩面產生的應力均衡，達到一個穩定狀態，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生的彈性變形和塑性變形，使切削區溫度升高而產生熱變形。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。
工件在切削過程中由于受到切削力的作用，產生向著受力方向的彈性形變，就是我們常說的讓刀現象。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，車削中產生的熱變形、工件表面的微觀質量都是至關重要的。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，使相對的兩面產生的應力均衡，達到一個穩定狀態，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生的彈性變形和塑性變形，使切削區溫度升高而產生熱變形。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。
04、加工后應力變形
加工后，零件本身存在內應力，這些內應力分布是一種相對平衡的狀態，零件外形相對穩定，但是去除一些材料和熱處理后內應力發生變化，這時工件需要重新達到力的平衡所以外形就發生了變化。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，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時間。熱校直后，工件內部組織穩定。此時，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現象得到消除，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。
加工后，零件本身存在內應力，這些內應力分布是一種相對平衡的狀態，零件外形相對穩定，但是去除一些材料和熱處理后內應力發生變化，這時工件需要重新達到力的平衡所以外形就發生了變化。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，然后把工裝和工件一起放入加熱爐中，根據零件材料的不同，選擇不同的加熱溫度和加熱時間。熱校直后，工件內部組織穩定。此時，工件不僅得到了較高的直線度，而且加工硬化現象得到消除，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。
