机械零件加工变形的原因分析及其改进

刘增伟　史小园

摘 要：机械零件在加工过程中发生变形难以避免，同时也是机械加工行业中广泛关注的问题。由于机械零件加工中发生变形容易影响零件质量，因此，应尽可能减少由于变形而引起的质量问题。文章首先分析了机械零件加工变形的原因，然后寻找相应的改进策略，以期对机械零件加工变形的处理提供参考借鉴。

关键词：机械零件；加工变形；原因；改进

中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0090-02

机械加工过程中由于受到种种因素的影响，机械零件加工的变形问题一直层出不穷，变形的零件不仅给机械加工业带来了经济损失，而且还影响到了企业在社会上的信誉，产品质量不能得到保证，这样的发展现状不利于机械加工业的正常运营，所以必须找到机械零件加工变形的原因，从而寻求解决问题的办法，推进机械加工业的长期发展。

1 常见机械零件加工中变形的原因

1.1 由于内力的作用，零件加工精度改变

因为在车床加工的过程中，通常采用四爪卡盘卡紧零件，然后利用其向心内力的作用，对零件进行加工。并且在零件加工的过程中，也会受到内径向力的作用。如果没有很好的掌控这两种内力，会导致机械零件松动，进而导致零件加工变形现象的发生。另外，还应该注意如果机械零件的夹紧力减小，则机械的切削力也要随之而减小，相反机械零件夹紧力变大，机械的切削力也必须加大，只有这样才能保证所加工的零件受力均匀。但是在实际加工中所面临的问题是，加工后的机械零件的形状与需要形状并不匹配，其精确度已经出现了很大的出入，而出现这种状况的原因是加工不够细腻，导致质量不过关。

1.2 热处理后和加工后机械零件变形问题

一些比较薄的机械零件很容易变形，因为他们的长径比例较大，在加工或者热处理后会出现弯曲的状况，这种弯曲被称为草帽弯曲。这种弯曲会导致其平面变大，而长径比较小的机械零件经过热处理或是加工后也会出现变形，导致零件的直线度相对偏大。原因是零件本身就具有内应力，而这种内应力是相对平衡的状态，但经过热处理或加工之后，零件自身的内应力发生改变，从而导致零件的外观发生变形。

1.3 由于外力的作用，导致机械零件的变形

①如果在机械零件中含有薄片和悬臂，会很容易导致定位不当、装夹不合理等现象的发生，零件的硬度不够会使得零件很容易走形，无法达到图纸所要求的精确度。

②在切削机械零件的同时，零件的形状会在切削力的作用下发生弹性变形，这种现象就是所谓的“让刀”现象。它会使得机械零件的规格标准出现偏差，影响到产品的质量。

③机械零件的长径比较大，所以更容易受到切削力的作用，这样就会导致非夹紧的一侧更容易发生弹性变形，从而影响产品的质量。

2 机械零件加工变形的改进措施

2.1 减小夹紧力的措施

在刚性差的机械零件加工中，首先要通过增加辅助支撑来增加零件的刚性程度。在夹紧方面要注意夹紧点和零件之间的接触面积大小。夹持的方式要合理，在机械零件是长轴类的情况下，要注意夹持方式的合理，可以采用两端定位方式进行夹紧。对于薄壁套类零件加工中应该使用有弹性心轴装置来进行装夹，夹紧的位置应该是零件刚性比较强的部位。在加工长径比较大的零件时，要注意不能采用一端悬空一端夹紧的方式，要采用两端一起夹紧的方式从零件的顶端进行夹紧，另外，还可以采用前端的驱动力进行夹紧控制，这样就使其受力模型变成为简支梁模型，零件的刚性就会大大提高，减小了切削力引起的变形。另外，在铸铁件类零件加工中，应注意夹具设计的合理性，首先要注意夹具设计的原则：增加悬臂部分的刚性，另外，也可以使用近年来新研究的液压夹紧工具，以能够有效控制零件加工中由于夹紧变形而产生的质量问题。

2.2 减小切削力的措施

在对工件的加工条件进行研究之后，在切削加工时应根据加工要求，注意切削的角度，应尽量增大刀具的前角和主偏角，以促使刀锋锋利，减小切削力。同时在加工中应将粗细不同的加工零件分开进行加工，以能够有效降低切削力和切削温度对于整体机械零件的影响。在薄壁零件的车削中，合理的刀具对车削时切削力的大小产生的热变形、工件表面的微观都是至关重要的。前角的大小决定了刀具的锋利程度，如果前角大，则变形和摩擦力就会减小，但前角过大，会使刀具的楔角变小，强度减弱，散热情况差，磨损速度加快。所以薄壁零件加工时，所用高速的刀具，前角取6 ？觷～30 ？觷最佳，用硬质合金刀具，前角取5 ？觷～20 ？觷。后角大，摩擦变小，切削力也变减小，使刀具强度减弱，所以用高速钢车刀的时候，刀具后角取6 ？觷～12 ？觷，对于硬质合金的刀具，后角取4 ？觷～12 ？觷。在精车加工的时候时取较大后角，粗车时取较小后角。车薄壁零件内外圆时，首先选取大的主偏角。

2.3 减小内应力的措施

一方面，正火硬渡过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。金属的正火、退火以及在进行淬火之前的调质，都会对金属终极的变形量产生一定影响，直接影响到金属组织结构的变化。实践证明，在正火时采用等温淬火可有效地使金属组织结构趋于平均，从而使其变形量减小。另一方面，金属淬火后冷却过程对变形的影响也是很重要的一个变形原因。热油淬火比冷油淬火变形小，一般控制在100±20 ℃。油的冷却能力对变形也是至关重要的。淬火的搅拌方式和速度均影响变形。金属热处理冷却速度越快，冷却越不平均，产生的应力越大，模具的变形也越大。可以在保证模具硬度要求的条件下，尽量采用预冷；采用分级冷却淬火能明显减少金属淬火时产生的热应力和组织应力，是减少一些外形较复杂工件变形的有效方法；对一些特别复杂或精度要求较高的工件，利用等温淬火能明显减少变形。

2.4 其他措施

机械零件在精车时与粗加工相比，机械零件装夹方式仍然与其相同，前期的一些粗加工工序对后道也是有影响的，尽量避免野蛮手工操作，避免材料组织受力变形。对于机械零件加工变形更多的控制在后道，此外新的变形也会在磨削加工时期出现。此外，在后续工作中，镗床加工内孔这一阶段，就会产生相应的偏差。因为其是在磨削的基准面进行定位加工的，其最终的精镗内孔必然不精确。很显然，通过这样的方法，其所加工的机械零件的几何尺寸和精度，与图纸上的要求出入很大，所以必须采取一定的措施对其进行处理。例如：精车时控制磨削余量，特别是磨槽，余量过大容易圆角，砂轮磨损快；也可以改变传统的装夹方式，以热处理后的精车为入手点，在以后的每道加工工序时，采取有效的措施，保证装夹时机械零件避免对径向力的承受。还可以为每一环节设计专业夹具，在垂直轴的帮助下有效地防止机械零件的加工变形。此外，对于机械零件进行热处理或者加工后容易发生变形的状况，可以采取以下几种相应的措施来予以解决。

①对于一些粗加工的产品要进行精加工，尽量提升毛坯品质，需要渗碳的产品渗层尽量控制浅一点。机械零件中的残余应力要尽量的去除，可采用自然时效法、人工时效法，而人工时效法则有振动时效、热处理时效及超声冲击时效，避免这些内部应力对零件产生不良的影响，导致零件的加工变形。此外，还要及时对有问题的铸件进行合理的处理，以免平面和垂直度变大的铸件影响所生产的零件的质量。

②在机械零件加工并自然变形之后，利用专业的工具再将其进行修整，而这种方法是在零件变形之后，再进一步加工比较有效的方法。当机械零件出现热处理变形后，一般情况下淬火后要注意回火，因为淬火工件中或多或少地存在一定量的残余奥氏体，这些奥氏体在室温下的放置过程中会转变成马氏体，从而因发生体积膨胀而导致开裂。同时，淬火残余应力的存在会助长裂纹产生。这种裂纹是延迟发生的淬火裂纹，其形状与淬火裂纹相同。不良补救措施，全部回火注意保护避免表面脱碳氧化，重新整形，再次淬火。如：通过对每一个环节加以细化，使得机械零件加工变形的几率大大降低，更加符合生产要求，精准地把握图纸上的设计理念，减少经济损失，提升产品的质量和生产效率，确保实现机械加工的高效益。

3 在机械零件的加工中需要注意的方面

3.1 确保设计既科学又合理

在进行机械设计时，要加强机械零件的刚度，制定出有效的策略来调整生产结构，还要考虑到零件在加工过程中会不会发生变形，会不会受到其他外力或内力的作用，以及出现其他可能出现的问题。此外还要对零部件进行科学的布置，确保机械零件的受力情况正常，能够有效减轻机械零件的变形，尽量稳定热加工时的温度，从而有效避免由于温度而造成的机械零件变形的发生率。

3.2 零件加工的全过程要进行严格控制

在机械零件加工的过程中，要时刻注意变形问题，采取有效的措施减少机械零件的残余应力，尽可能控制机械零件的加工变形。

3.3 分工完成加工

要保证机械零件的加工经历两道工序，即粗加工和精加工，还要保证在加工过程中零件的精确性，不断提升产品的质量。这样不仅能够方便以后对机械零件进行维护检修，而且可以使得零件在加工过程中出现误差的机率大大降低。

3.4 做到自然或人工时效处理

重要零件在进行了精加工后，要通过自然或是人工时效处理才可以，从而减少机械零件加工后的应力和变形，提升产品的利用率，确保生产的高效性，不断完善生产结构，使其更加合理化、科学化。

4 结 语

常见的机械零件加工变形情况多种多样，而对于不同因素所引起的零件变形会有相应的措施予以解决，这需要更多的实践进行证明，要做好机械零件制造的每一个环节，确保生产过程的不断完善，尽可能减少因为零件加工变形问题而造成的经济损失，确保机械设备的正常运作，努力实现机械零件加工的高质量和高效率目标，增加机械加工业的经济收益和社会收益，使其能够走向更加广阔的市场。

参考文献：

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