机械加工中工件变形的原因及预防措施研究

发表时间:2019/8/22   来源:《建筑学研究前沿》2019年10期   作者:钟先逑 冯彬辉
[导读] 文章重点就机械加工中工件变形的原因及预防措施展开相关研究。

1浙江佳合文化科技股份有限公司  浙江杭州  310012;2杭州宇鹏建筑工程有限公司  浙江杭州  310000
        摘要:随着我国工业化进程的不断加快,机械加工行业也得到快速发展,机械加工产品日益增多,加工精度要求也越来越高。但是在机械加工过程中,受到一些因素影响,可能出现工件变形现象,严重影响到工件最终的加工质量。因此文章重点就机械加工中工件变形的原因及预防措施展开相关研究。
        关键词:机械加工;工件变形;原因;预防措施
       
        
        通常情况下,基于多种因素所影响,导致机械加工过程当中,工件出现形状不可控制,或者尺寸偏离了实际加工的需要,最终导致加工工件报废的现象。而工件变形是当前机械制造业在所难免的问题。尽管国内在机械加工方面技术相当成熟,但是最终还是难以解决这一技术难题。因此,只有在未来的机械加工过程中,不断深入对其进行探索,重点分析工件出现变形的原因,经过大量的反复实验才能够更好地控制这一问题,从而提高机械加工的整体生产水平,进而全面提升机械加工产品的质量。
        一、机械加工工件变形原因
        影响工件变形的因素较多,包括工件材质与结构、加工器具、热处理等,部分变形的产生是多种因素综合作用的结果,因此,加工作业中如加工人员对相关环节控制不当,容易造成工件出现不同程度的变形。
        (一)工件材质与结构
        机械加工中,如使用的材质可塑性差、强度低,作业时力度控制不当,用力过大会导致工件变形,轻则留下质量瑕疵,重则导致工件报废。另外,机械加工零件结构也会引起变形情况的发生,如工件结构复杂,截面突变、过度圆角、结构壁厚不均匀等导致工件内部应力过于集中,一旦去除加工器具,工件变会出现变形。
        (二)工件装夹
        在进行工件装夹的过程中,由于相关操作人员没有严格执行装夹操作流程,致使定位面与夹紧点选择方式欠妥,缺乏一定的科学性与合理性,导致加工工件出现变形的情况,甚至会出现报废的现象。尤其当工件抵御变形能力低于夹紧力时,致使工件在加工前出现变形。
        (三)加工摩擦
        工件加工时进给方向上的温度不均匀,尤其工件单面因摩擦受热,导致工件向上凸出,形成弓形。另外,加工面和工件之间也会因产生摩擦,导致工件的金属流动特性发生改变产生应力,当应力超过工件承受程度时也会出现变形。
        (四)内应力与残余应力
        基于物体外力产生变形的情况下,工件内部之间便会相互作用产生内力,并充分利用这种内力来对外因作用进行有效的抵抗,从而实现物体的复原目的。消除内应力的基本方式:其一,强化对零部件的高温处理;其二,振动时效;其三,自然时效。而所谓残余应力通常是指因外力消失而残留在工件上的内应力。通常情况下,基于外部环境所影响,一个不稳定的平衡失去了原有的平衡状态。由于残余应力实施再分配,致使工件出现变形的现象,同时也改变了原来零件的精度。残余应力的消除措施:其一,强化零件设计管理,合理设计零件内部结构;其一,实现对部件的热处理;其三,确保工艺过程安排的合理性。
        二、机械加工中工件变形的预防措施分析
        (一)合理选择工件材质与结构
        为了能够有效的预防控制工件加工变形等问题,则需要合理的选择工件的材质,科学的设计工件的内部结构。工件材质选择是否合理,在很大程度上影响着工件的正确使用。因此,在工件材质的选择过程当中,必须给予工件的应用场合、以及使用特点足够的重视。


尤其相对于受力大、易变性的工件而言,需要尽可能的选择那些钢度较强的合金钢材料,以此来保证工件在加工中的抗变形能力,进而达到工件的可使用需要。此外,在进行产品设计过程当中,设计人员需要合理优化设计组合,不断完善制造工艺流程,提升其设计的科学合理性,从而有效地预防工件因加工而出现变形等问题。
        (二)合理选择装夹方式
        工件在加工后的变形几率与工件装夹方式存在必然的关系,因此在定位面的选择时,需要重点加强基准重合原则考量,定位面尽可能的选择较大的接触面积,以此来保证其整体稳定性。同时,在夹紧点的选择过程当中,尽可能的保证其与定位支撑点相对应,通过此种设计有助于实现支撑力与作用力的相互抵消,致使工件不会产生内应力,同时也保证了夹紧力适度性。此外,在保证夹持可靠的基础上,需要合理的控制用力操作行为,避免出现工件变形等问题出现。在实际的夹紧过程当中,需要严格执行夹持力的夹持顺序。
        (三)制定合理加工方案
        制定合理的工件加工方案,不仅有助于提高加工作业效率,而且还能预防工件变形情况的发生,因此,要求加工人员做好各个加工环节研究,保证制定的加工方案可行、高效。一方面,工件加工单位及时组织技术人员认真分析工件加工需求,吃透加工工件设计图纸,制定合理的加工方案。另一方面,要求加工人员总结以往加工经验,认真研究工件结构,明确加工流程,保证加工作业不能对已加工好的部分造成影响。同时,要求加工人员根据加工局部形状,选择合理的加工刀具,尤其认真计算合理的切削参数,包括切削速度、进给量、切削深度等。同时,为验证加工方案的可行性,及时发现与改进加工方案,正式加工前应进行试加工操作,发现变形,认真分析原因,及时对加工方案进行改进。
        (四)减小内应力
        基于金属表面在实际的加工过程中受到挤压、摩擦等抗力,致使其产生了各种应力。基于此情况下,为了能够合理控制当前这种压力的产生,通常情况下主要运用对称加工方式进行相关作业,以此抵消加工过程的当中所产生应力的变化。确保相对应面产生均衡应力,从而实现稳定的状态。在加工关键部位工件过程中,可采用先粗放后精细的加工方式。相对于部分结构不对称的工件而言,可以采用反变形手段进行毛坯制造。即:将变形量预留在工件变形相反方向,同时需要重点加强工件变形因素考量,当完成金属加工后,便可降低工件变形。
        (五)减小切削力
        切削力与加工工件变形存在密切的联系,为了能够有效的减少切削力,则需要选择合理的刀具、以及且削用量。在此过程当中,刀具要保持充分锋利,并且要确保刀具结构的合理性,进而合理应对因刀具而引发的工具变形。因此,在工件的实际加工过程当中,要充分保证切削部位得到充分冷却,不但有助于带走切削产生的热能,而且还能够降低其热传导性。与此同时,基于工件的结构特点所决定,需要有针对性的选择切削参数。此外,在进行粗加工过程中,通过采用较大的切削用量,可以有效的提高切削效率。在精加工阶段,切勿采取较大的吃刀量。在工件的实际加工过程当中,如若不能够及时排除刀具与工件摩擦产生的热量,则必然会导致加工中的工件出现变形。因此,采用高速切削加工方式,不但可以以最短的时间完成切削工作,而且还有助于带走大部分切削热量。
        综上所述,在机械制造业发展的过程当中,机械加工中的工件变形问题一直以来是一项难攻破的难题。需要在实践中不断深入总结分析,才能够经过大量的经验总结出应对策略。因此,在机械制造业发展的同时,机械制造企业需要给予加工中工件变形足够的重视,同时要重点分析可能会引起工件出现变形的原因,根据其存在的原因进行入手,逐渐克服重重困难,解决当前机械加工存在的工件变形问题,进而全面提升机械加工产品的总体质量。
        参考文献
        [1]雍虎军,郭辉,张硕,姚志强.螺母类工件空间尾扣加工方法研究[J].机械工程师,2019(05)
        [2]张益博.机械加工质量与控制研究[J].科技经济导刊,2019,27(13)
        [3]梁显鹏.数控车床工件加工品质控制与优化方案研究[J].内燃机与配件,2019(07)
        [4]徐玉芬.提高数控车削工件加工精度方法的探讨[J].技术与市场,2019,26(04)

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