减少机械加工材料变形对品质的影响

摘 要:分析了加工中产品变形的原因,通过一些实例浅淡常用的一些解决方法。

关键词:机械加工 产品变形 减少变形

中图分类号:TQ153文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)06-040-02

随着各行业的迅速发展,对精密金属制品的要求也越来越高。其中大量薄壁工件机械加工中变形而导致的尺寸超差和一些因夹持变形而导致平行度或者平面度超差的问题也日益凸现出来。如何在加工中尽量消除变形对产品质量的影响。下面将详细剖析变形产生的原因。并用三个产品的加工实例从几个方面予于介绍。

通常工件产生变形的原因有三种。

1工件大量去除材料后工件内部应力释放导致工件变形,致使产品尺寸超差

有些长条状产品需要去除大量材料,当大量材料去除后,材料的内部结构被破坏,导致内部应力平衡改变,且在加工过程中受刀具切削力的部分影响,工件往往会产生较大的变形。在钢,铁,铝,铜常用材料中,以铜变形最为严重。以附图1所示产品浅谈如何减少应力变形对产品的影响。

该产品需去除大量材料,材质为CuZn39Pb3。长X宽X高=1563.9.15mm。尺寸公差为+/-0.05mm。来料尺寸为1594.5.5mm。批量生产。产品形状见图1

该产品用普通工艺加工,即先用虎钳夹持工件,将各台阶面加工到位,松开后发现工件应力释放严重变形,整个工件成拱桥形状。长度方向中间部位变形最严重,变形约0.5mm,尺寸无法保证。

后多次试验,确定工艺如下可减少应力变形,保证产品尺寸。

(1)用虎钳夹持来料,将各台阶面开粗,总高度在夹持状态保证>=8.2mm,其余余量为0.5~0.8mm,释放应力。

(2)将开粗后的工件回火,回火参数320，恒小时。释放残余应力。防止二次加工时变形。

(3)将回火后的工件用校料机校料。保证底面最高和最低点不超过0.2mm。

(4)将校料后的工件台阶面朝下,用虎钳夹持,加工底面大平面及。

(5)再次用虎钳夹持加工好的,精加工台阶面各尺寸到位。

加工好的工件经用CMM测量机测量,符合图纸要求。

对于内应力影响大的工件,一定要合理使用热处理,不单纯需要给定合理的热处理参数,什么时候使用热处理工艺也是十分有讲究的。在上述例子中,如果没有开粗首先热处理,那么在热处理后再大量去除余量,其结构破坏后残存的应力仍然足以导致产品有较大变形,使产品品质不符合要求。

2夹具的夹持力导致产品变形从而导致尺寸,平面度或者平行度超差

产品在机械加工中绝大部分都需要使用到夹具,而夹具所产生的夹持力也是产生产品变形的一个重要因素。尤其是需要大量去除材料。为减少机械加工的工时,需要用大的夹持力,以便加工时可以大余量切削而不会导致工件移位。随着材料的大量去除,夹持力的影响也越来越明显,工件变形也将逐渐显现。如何尽量减少夹具夹持对产品品质的影响。以附图二所示产品进行一下探讨。

该产品材质为AL6061,长宽146013mm。来料尺寸为152055mm,尺寸公差为+/-0.05,其中大平面平面度要求在0.04mm,产品批量生产。产品形状见下图2。

该产品直接用虎钳夹持,用 12mm立铣刀快速大吃刀量开粗,以提高生产效率。因为吃刀量大,所以工件受力大,为防止工件在加工中移位,虎钳必须大力夹持,随着材料逐渐被去除,工件变形随着结构变的单薄在虎钳大夹持力下逐渐明显。如果在此状态下加工完,那么当钳口松开后,产品的尺寸和位置度,平面度,平行度均无法保证。所以直接用虎钳一次加工完是不可取的,需要对工艺进行一下变动,以满足产品品质的要求。新工艺如下:

(1)用虎钳大力夹持工件,用 12mm立铣刀快速大吃刀量开粗。底部留余量0.3mm,各侧壁留余量0.15mm。 各槽及孔用合适的刀具开粗,各侧壁留余量0.15mm。

(2)工件松开反转加工反面,需要轻力夹持(如果可以最好用扭力虎钳扳手,力度8kg/f),然后加工底部大平面。

(3) 将工件再次松开反转精加工正面,用轻力装夹(如果可以最好用扭力虎钳扳手,力度8kg/f)然后精加工正面各尺寸。为减少工件受力,机床需用高转速,低进给。建议转速在8000转/分。进给在500mm/min。

(4) 上分度头(第四轴)加工侧面各孔。

加工好的工件经用CMM测量机测量,符合图纸要求。

对于因夹持力导致产品变形。通常有两种解决方法。一种是尽量在夹具设计时使夹持力与大平面相垂直。底部平板,用压板压其变形要远远小于直接用虎钳夹持。一种是因为加工需求或者其它原因需要用与大平面平行的力,例如上述例子中的虎钳或者其它的一些类似的装夹方式。在这种情况下,通常的解决方式是大力夹持,大余量切削,各处留余量,然后松开后重新用轻力或者用扭力板手轻压,通过|不同状态的力的改变来减少工件变形,在改变力的同时也要留意机床参数。大力夹持时保证机床大余量,高转速,高进给,提高机床效率,在轻力夹持时则需要小余量,高转速,低进给,防止工件被拉出。通过上述改变保证产品品质。

3产品的结构过于单薄导致工件加工时产品受加工力变形导致尺寸超差

有些产品因为产品结构要求,工件过于单薄,致使工件在加工中受刀具侧向和圆周切削力的影响产生变形和震动。导致工件表面粗糙,振纹,尺寸不符合要求等多种问题出现。这种因产品结构单薄而引起的加工问题是机械加工中常遇到的,也是比较难解决的。对于此问题如何解决,以图3-5所示产品进行探讨。

该产品材质为AL6061,长宽196483mm。来料为实体铝块。尺寸为205528mm。尺寸公差为+/-0.08mm。 壁厚为1.0mm,小批量生产(50件)产品形状见附图三。

该产品一面(正面)用虎钳直接夹持加工,内部虽然去除了大量材料,但因为还有大量材料没有去除,工件支撑力足够,所以虎钳夹持力所带来的变形很微弱。可忽略。但在加工第二面(反面)的时候,因为壁很薄,加工到最后的时候工件各平面在刀具力的作用下会发生振动导致工件变形,尤其在工件中间位置,因下方无任何支撑,所以振动而导致的变形也就最严重,加工出的工件存在表面振纹,级位,尺寸超差等诸多问题。为减少工件悬空问题,专门设计一个衬块来保证产品尺寸(见附图三衬块)。工艺如下:

(1)用虎钳夹持来料,加工产品一面(产品正面)。

(2)用夹具加工二面(产品反面),在加工好的一面腔内放置专用衬块。因为此面加工完后工件单薄,不能用虎钳夹持,否则工件在钳口夹持力的作用下会变形,按照第二点变形原因所述底部用大板,因四周都要加工,用更换压板的方式加工。

(3)上分度头(第四轴)加工四周各孔。

(4)上分度头(第四轴)加工各斜面孔。

加工好的工件经CMM测量机测量符合图纸要求。

对于单薄的工件,通常的解决方式是加衬块,合适的衬块可以增加产品加工时的强度,减少因振动引起的变形。有时候因为产品设计及其他要求不能增加衬块,则需要多次小余量加工,加工时为减少刀具转速过高引起的颤动,需要使用中,低转速,低进给加工,方能保证产品尺寸。

产品变形导致尺寸超差很多时候是有多种因素综合而成,对上述的几种方法要灵活运用,保证产品高效稳定生产。