劉新強,王士一,王恩雙
(中國人民解放軍駐一二〇廠軍事代表室,黑龍江 哈爾濱 150066)
在機械零件制造生產的過程中,受到各種因素的影響,會發(fā)生不同程度、不同形式的變形,影響到后續(xù)工作的進行,進而影響到品質安全、生產進度和經(jīng)濟效益。因此,我們要仔細分析機械零件加工中的變形原因,研究和探討解決的辦法。
機械零件加工中的變形,簡單來講,就是指在加工的過程中,機械零件不受控制地發(fā)生了形狀變化。通常情況下,機械零件加工中的變形,具體指形狀變化、尺寸變化、位置要素變化等等。
在對機械零件進行加工的過程中,變形是無法避免的。所以,我們要認真檢查機械設備的磨損,設備的加工能力,工裝夾具以及刀具是否選用合理,工藝文件是否齊全完備等,以達到減少因外力作用引起零件變形的目的。
在進行車床加工時,通常情況下,都會用車床的四爪卡盤,將零件卡緊,利用其向心內力的作用,對機械零件進行加工。同時,機械零件要加工的過程,也會受內徑向力作用。所以,為了確保機械零件不松動,在對其加工過程中,務必要保證機械的切削力小于其夾緊力。當切削力減小時,其夾緊力也減小,同時,若是切削力增大,則夾緊力也需要相應地增加,這樣,才能保持機械零件加工的受力穩(wěn)定。
但是,在卡爪松開之后,加工出來的機械零件,其幾何形狀與在機床上加工時的形狀已經(jīng)完全不同,而且偏差較大,通常情況下,會呈現(xiàn)多邊形,甚至呈橢圓形。
從某種角度來分析,這是由于加工過于粗糙所造成的。一般來講,這種情況下的形變是可以避免的,只需要將機械零件進行熱處理,就可以有效地消除。
可是,還有一個問題,因為在精車時,與粗加工相比,機械零件裝夾方式仍然與其相同,因此,對于精車時的機械零件的加工變形的控制,還必須要保留到磨削加工和精加工時進行。與此同時,在磨削加工時,其主要基于精車后變形后基準面的基礎上進行的,所以在這個加工過程中,新的變形的產生,就是必然的。
在后續(xù)工作過程中,比如:鏜床加工內孔這一階段,就會產生相應的偏差。因為,其是在磨削的基準面進行定位加工的,其最終的精鏜內孔必然不精確。很顯然,通過這樣的方法,其所加工的機械零件的幾何尺寸和精度,根本達不到圖紙的要求。基于此,我們需一起研究新的裝夾方式,改變其原始裝夾方式。以熱處理后的精車為入手點,在以后的每道加工工序時,采取有效的措施,保證裝夾時機械零件避免對徑向力的承受。比如:可以在專門在每道工序過程中設計專用的夾具,并要利用垂直軸向拉緊工件,進而有效地預防和解決由裝夾引起的機械零件變形。
通常情況下,對于那些薄片類的機械零件,由于其長徑比特別小,對其進行加工或者是熱處理完畢之后,將其放置一定的時間,這類機械零件就會發(fā)生草帽型彎曲的現(xiàn)象,具體表現(xiàn)為:
與四周相比,其一端的中間鼓出一部分,而且其形狀看起來就像一頂草帽,所以,稱這為草帽型彎曲。在經(jīng)過檢測后,與以前情況相比,會發(fā)現(xiàn)其平面會偏大;
而對于那些具有較大長徑比的零件來講,其在進行熱處理后,或者是在加工完畢之后,將其放置一段時間,機械零件就會發(fā)生一定程度的彎曲,在通過檢測之后,會清楚的發(fā)現(xiàn),與之前相比,其直線度會相對偏大;
這些情況的出現(xiàn),主要是由于零件內部本身存在內應力。這些內應力的分布本身,應該是一種相對平衡的狀態(tài),所以零件的外形相對穩(wěn)定。但是當加工完畢去除一些材料或熱處理完畢后,其內應力發(fā)生變化,需要重新分布于一種新的平衡狀態(tài),所以致使零件外形發(fā)生變化。
一般而言,熱處理或加工完畢的撥叉類機械零件,叉腳會發(fā)生翹曲;但是鑄鐵件類機械零件,其平面變大,垂直度也會相應地變大。
一般來講,主要分為3種:
(1)由于機械零件結構中含有的薄片和懸臂,造成了對機械零件的定位不當、裝夾不合理。這樣,由于剛性不強,必然會出現(xiàn)變形現(xiàn)象,進而達不到圖紙的設計要求。
(2)在機械零件進行切削的過程中,零件會在切削力作用的影響下,會產生彈性形變,通常把這種現(xiàn)象俗稱為“讓刀”現(xiàn)象。
(3)在對長徑比較大的機械零件加工時,由于在切削力的影響下,非夾緊的一側,就會發(fā)生變形。
通過以上分析,我們可以看出,機械零件的變形情況各不相同,但是從其總的原因來講,就是在應對外力作用情況所引起的零件彈性變形。因此,要解決這個問題,較好的措施就是要盡可能使用專用工裝,減小裝夾變形,提高機械零件在加工過程中的抗干擾能力,而且要盡量選擇合理的加工參數(shù)和刀具。
另外,還需要注意的是,在對機械零件進行熱處理和加工后所產生的變形,可以采取以下應對措施:
(1)對于毛坯品質要盡量提高,對機械零件的內部殘余應力要盡量消除,并且要及時有效地處理鑄件;
(2)在機械零件加工完畢,保證機械零件的自然變形之后,再通過利用以上的方法,對其進行修整加工,可以說這是一種變形后再加工的方式;
(3)通過限型熱處理方式,增大機械零件的剛性,限制其變形,進而防止零件的過大變形。
為了有效地保證機械零件的加工品質,避免不必要的變形的產生,我們還需要注意以下問題:
(1)科學合理的設計。在進行機械零件設計時,一方面,要仔細分析實現(xiàn)機構動作的有效策略,充分考慮如何提高機械零件的強度;另一方面,還要全面分析在機械零件加工制造的過程中,零件的剛度會不會變化、變形會不會產生,甚至于裝配過程中會發(fā)生的問題。與此同時,還要對各種零部件進行合理地布置,使機械零件的受力情況得到改善,確保機械零件變形的減輕,盡量做到機械零件壁厚均勻,并且要采取有效措施減少熱加工時的溫度差異,進而避免機械零件變形。
(2)嚴格的過程控制。在進行機械零件的加工制造時,重視機械零件的變形問題,一定要采取準確有效的加工方法,安排足夠的消除內應力的工序,減少機械零件的殘余應力。
(3)要分工完成。在機械零件的加工過程中,一定要將其加工工序分為精加工和粗加工兩個工序,而且為了保證機械零件內部應力的消除,必須要在兩道工序之間,將機械零件存放一段時間;同時,還要保證在機械加工過程中工藝的基準性,這樣,一方面可以保證日后便于修理,另一方面,可以有效地避免和減少由于加工過程中基準不一而造成的誤差。
(4)自然時效處理和人工時效處理。在進行機械零件加工中,對于那些比較復雜或者是重要的零件,在完成精加工之后,其首要任務就是進行一次人工時效處理或者是自然時效處理,其最終目的就是為了減少機械零件在加工之后的應力和變形。
縱觀以上,在機械零件加工制造的過程中,會產生各種變形,因此,我們必須要嚴格按照相關的規(guī)定進行操作,在加工之前,做好各項準備工作,檢查各項機械設備運行是否正常,避免局部高溫現(xiàn)象,采取有效的措施,從而有效避免機械零件變形的發(fā)生。
[1]黃天銘.機械制造工藝學[M].重慶:重慶人民出版社,2009.
[2]王信義.機械制造工藝學[M].北京:北京理工大學出版社,2010.
[3]李亞松.機械零件加工中的變形與應對措施[M].重慶:重慶人民出版社,2011.
[4]計志孝.機械零件變形故障機理及其清除對策[M].北京:北京理工大學出版社,2011.
[5]王潤田.機械零件變形的危害及防護對策[M].北京:北京理工大學出版社,2012.