□ 吳必鋒 □ 王 靈

貴州航宇科技發(fā)展股份有限公司 貴陽(yáng) 550081

1 加工工藝重要性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)機(jī)械加工的各個(gè)行業(yè)也在以良好的勢(shì)頭向前發(fā)展,但是機(jī)械加工中零件變形的問(wèn)題還是困擾行業(yè)中的很多人。目前,有不少的產(chǎn)品最終以半環(huán)或扇形狀態(tài)交付。

目前多數(shù)半環(huán)或扇形零件的毛坯成形方式是鑄造,隨著社會(huì)的發(fā)展,科技不斷的進(jìn)步,對(duì)零件的整體性能要求也越來(lái)越高。鑄造出來(lái)的零件機(jī)械性能已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前對(duì)零件性能的要求,為此,我們需要改進(jìn)零件毛坯的成形方式和生產(chǎn)加工方式,進(jìn)而得到符合性能要求的零件。

零件的生產(chǎn)加工方法是指定生產(chǎn)的重要技術(shù)性工藝文件,直接關(guān)系到零件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及加工零件的經(jīng)濟(jì)效益,生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低,以及解決各種工藝問(wèn)題的方法和手段都要通過(guò)生產(chǎn)加工工藝來(lái)體現(xiàn),因此工藝規(guī)程編制的好壞是生產(chǎn)零件質(zhì)量的重要保證、重要依據(jù),在編制加工工藝時(shí)必須保證工藝的合理性、科學(xué)性和完善性。

2 半環(huán)或扇形零件毛坯種類(lèi)及加工方案

按鍛件的成形方式可以分為鑄件、自由鍛件、環(huán)軋件,按零件的加工方式可以分為單件加工、 組合件加工、整體式加工。根據(jù)零件的不同要求,可選擇不同加工方案。

鑄件工藝性不好,不能滿足鍛件的多種性能要求,所以對(duì)零件的成形方式應(yīng)該選用自由鍛件或環(huán)軋件。

自由鍛造成形,鍛件的性能要求可以得到滿足,但自由鍛件的毛坯加工余量大,原材料耗費(fèi)高,加工費(fèi)用高,不符合當(dāng)前的節(jié)材要求。

為降低零件的加工難度,通常都是將單個(gè)半環(huán)或扇形組合起來(lái)加工,即將毛坯按一個(gè)環(huán)形件生產(chǎn)加工,加工完成后再進(jìn)行切分。這樣的加工方式原材料耗費(fèi)低,加工工藝性較好,在生產(chǎn)中比較容易加工,加工費(fèi)用較低,使得零件的成形及加工成本都得到了很大程度的優(yōu)化。

綜合上述各種因素,得出半環(huán)零件的生產(chǎn)加工方案為:毛坯選擇自由鍛件或環(huán)軋件,加工方式選擇為組合件加工或整體式加工,鍛件切分最終獲得半環(huán)或扇形零件。但部分材料零件機(jī)加工完成,切割成半環(huán)或扇形零件后,會(huì)發(fā)生不同程度的變形,導(dǎo)致零件精度超差。為此,應(yīng)在半環(huán)或扇形零件的生產(chǎn)加工過(guò)程中,根據(jù)半環(huán)或扇形零件的材質(zhì)和形狀進(jìn)行分析,增加相對(duì)應(yīng)的機(jī)加工及去應(yīng)力處理工序來(lái)改善零件切分后的變形情況,通過(guò)優(yōu)化的生產(chǎn)加工方案,使切分后的零件變形情況得到改善。

3 零件變形原因分析

(1) 零件的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)。機(jī)械加工的過(guò)程中,零件的結(jié)構(gòu)與零件的材質(zhì)是影響零件變形的主要原因,變形零件數(shù)量的多少,以及零件的自身形狀的改變,都與加工零件的長(zhǎng)寬、零件壁的厚度有很大的關(guān)聯(lián),因此零件的材質(zhì)質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)挑選,在加工時(shí)零件的硬度也能夠影響零件的變形,這些都是我們需要了解并加以分析的主要原因。

(2) 零件加工裝夾點(diǎn)、裝夾方式造成變形。在機(jī)械加工時(shí),零件裝夾是需要倍加關(guān)注的環(huán)節(jié)之一,要正確選取裝夾點(diǎn)、裝夾方式,根據(jù)零件具體夾緊位置來(lái)選擇適當(dāng)?shù)膴A緊力度。否則在零件裝夾時(shí)就會(huì)很容易產(chǎn)生零件變形,零件的夾緊點(diǎn)和受力點(diǎn)不一致也是引起零件變形的主要原因。在加工時(shí),零件的夾緊力先后順序安排不當(dāng)會(huì)使夾緊力發(fā)揮作用受到極大的影響。

(3) 零件切削加工時(shí)造成變形。零件在切削加工過(guò)程中由于受到切削力的作用,致使受力點(diǎn)發(fā)生變形,會(huì)產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象。在對(duì)薄壁零件進(jìn)行切削時(shí),刀具的角度沒(méi)有掌握運(yùn)用好,在切削中會(huì)產(chǎn)生熱變形,同時(shí)零件表面的質(zhì)量會(huì)受到破壞。在切削加工時(shí)刀具與零件避免不了出現(xiàn)摩擦,摩擦后會(huì)產(chǎn)生一定的熱量,這種熱量也會(huì)致使零件發(fā)生變形。金屬發(fā)生熱變形時(shí),主要是內(nèi)部的區(qū)域組織發(fā)生了變化累積產(chǎn)生的結(jié)果,當(dāng)零件從高溫冷卻之后,零件材料內(nèi)部各組織體積會(huì)發(fā)生變化,互相影響的結(jié)果導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)。在加工時(shí)如果沒(méi)有正確合理地使用切削液,也是影響零件加工精度及質(zhì)量的重要原因。

(4) 零件加工后應(yīng)力變形。在零件加工后,零件自身存在有內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)零件在進(jìn)行熱處理后,零件自身的內(nèi)應(yīng)力就會(huì)發(fā)生變化,會(huì)使內(nèi)應(yīng)力失去平衡,不能夠保證零件外形尺寸的穩(wěn)定狀態(tài)。

(5) 斷面切割的物理性破壞應(yīng)力變形。實(shí)際上,整體式生產(chǎn)加工單環(huán)或扇形零件,以上幾種因素對(duì)零件變形的影響都沒(méi)有斷面切分所引起零件應(yīng)力變形的影響大,斷面切分是導(dǎo)致半環(huán)或扇形零件最終應(yīng)力變形的直接因素。

4 零件變形應(yīng)對(duì)方法

(1) 半環(huán)零件毛坯鍛造成形方式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)零件的材料確定后,零件毛坯的鍛造成形方式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)零件加工成形有很大的影響。毛坯到成品之間材料的去除量是導(dǎo)致鍛件內(nèi)應(yīng)力變形的主要因素,因此在零件毛坯的形狀設(shè)計(jì)時(shí),一定要考慮零件后續(xù)機(jī)械加工材料去除量的均勻性,這是保證鍛件內(nèi)部應(yīng)力平衡的重要保障。

(2) 選擇正確合理的機(jī)械加工方法及加工參數(shù)。在切削零件的過(guò)程中由于切削力的影響,使用合適的切削參數(shù),不僅可以降低零件與刀具之間的摩擦阻力,還可以使刀具切削時(shí)產(chǎn)生的熱量快速揮發(fā),從而降低零件的內(nèi)應(yīng)力。比如高速切削時(shí),切削的速度之快使大部分切削熱量被切屑帶走,有效降低了零件在切削時(shí)產(chǎn)生的熱變形,提高了零件的尺寸精度和品質(zhì)的穩(wěn)定性。

(3) 增加適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?。零件自身就存在?nèi)應(yīng)力,在加工時(shí),內(nèi)應(yīng)力的平衡會(huì)受到破壞,零件會(huì)在加工時(shí)發(fā)生變形,也會(huì)在加工完成放置一段時(shí)間后發(fā)生變形,從而達(dá)到另一種平衡狀態(tài)。因此,要解決這類(lèi)問(wèn)題,需要在粗加工到精加工過(guò)程中增加一次或多次的半精加工和去應(yīng)力熱處理,從而來(lái)減小或消除零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。優(yōu)化的工藝為粗加工,時(shí)效,再粗加工,時(shí)效,半精加工,時(shí)效,精加工。采用這種優(yōu)化加工方式,可以降低或減小零件在加工過(guò)程中的變形量。

(4) 制訂準(zhǔn)確合理的生產(chǎn)加工工藝路線。不同材質(zhì)的零件,內(nèi)部應(yīng)力是不同的,因此我們要熟悉各種類(lèi)型材料的特性,針對(duì)相應(yīng)的材料特性設(shè)計(jì)準(zhǔn)確合理的生產(chǎn)加工工藝路線。

大部分材質(zhì)的半環(huán)或扇形零件的生產(chǎn)加工工藝路線為環(huán)形毛坯取樣理化測(cè)試,粗加工,探傷,鍛件切分,精加工,以此獲得合格的半環(huán)或扇形零件。

部分材質(zhì)的半環(huán)或扇形零件的生產(chǎn)加工工藝路線為環(huán)形毛坯取樣理化測(cè)試,粗車(chē),探傷,粗加工,去應(yīng)力熱處理,鍛件切分,加工,以此獲得合格的半環(huán)或扇形零件。

特殊材質(zhì)的半環(huán)或扇形零件的生產(chǎn)加工工藝路線為環(huán)形毛坯,車(chē)加工,沿徑向線切割一個(gè)切口,去應(yīng)力熱處理,取樣理化測(cè)試,粗加工,探傷,去應(yīng)力熱處理,鍛件切分,加工,以此獲得合格的半環(huán)或扇形零件。

綜合上述分析可知,若使用相同的生產(chǎn)工藝路線,不同材質(zhì)零件在同一生產(chǎn)工步或不同的生產(chǎn)工步、零件毛坯不同的直徑大小、不同的截面形狀、不同的材料去除率,在加工過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)不同差異變形。因此,為了準(zhǔn)確掌握各類(lèi)材質(zhì)半環(huán)或扇形零件的加工性能,還需要做更多的工藝試驗(yàn),進(jìn)行深入的探索與研究。

5 注意事項(xiàng)

想要獲得合格的半環(huán)或扇形零件,在設(shè)計(jì)工藝方案時(shí)需要注意以下四點(diǎn):

(1) 設(shè)計(jì)合理毛坯結(jié)構(gòu)、鍛造成形方案與機(jī)械加工方案;

(2) 在零件加工成形的過(guò)程中增加適當(dāng)?shù)摹⒖茖W(xué)的粗加工工序、時(shí)效工序和去應(yīng)力熱處理工序,可以減小零件的應(yīng)力變形;

(3) 機(jī)械加工時(shí)在加工余量不變的情況下,采用少量多次,減小加工時(shí)的背吃刀量,增加進(jìn)刀次數(shù)的加工原則進(jìn)行加工,可以減小因進(jìn)給量過(guò)大或切削溫度過(guò)高而導(dǎo)致的零件應(yīng)力變形;

(4) 制訂合理的生產(chǎn)加工工藝流程,可以減小零件的變形量,保證鍛件尺寸及形狀的穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之,半環(huán)或扇形零件生產(chǎn)加工工藝過(guò)程中,在毛坯的選擇上和生產(chǎn)加工工藝上都要有相應(yīng)的對(duì)策,需要根據(jù)零件的實(shí)際情況加以分析,找到一條最優(yōu)、最科學(xué)的工藝路線。本文所述只是眾多方法中的冰山一角,想要獲得更加科學(xué)的工藝方案,需要我們繼續(xù)不斷學(xué)習(xí)、探討和研究。