应力变形规律在控制零件变形中的应用

【前言】应力变形规律在控制零件变形中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。在加工的过程中，工件的结构和所构成的材料是引发零件物理变形的主要原因，工件变形的程度和变形后的形状，都与这个工件的长宽、厚度都有着很大关系。有时候材质硬度在加工的时候也能直接影响到零件变形的程度而引发质量下降。所以加工工件的材质要进行严格地挑选，在...

【摘 要】在机械加工的过程中，工件的应力变形是无法避免的，而因为应力性变形而导致零件的加工精度不高的客观事实也确实是工艺人员一直以来难以解决的问题之一。在加工过程中的零件变形的原因，需要工艺人员去把握和分析，从而减少因为应力性变形而导致的零件质量不佳的问题。

【关键词】应力变形规律；变形的原因；工件变形

机械加工是指把一个零件的尺寸和外观进行加工处理，从而提高零件精度的物理改变的过程。但是在进行机械加工过程中，零件不可避免地会发生应力性的物理变形，变形也会直接影响到产品精确度和质量。

1 加工中引发变形的原因

1.1 工件的材质与工件变形

在加工的过程中，工件的结构和所构成的材料是引发零件物理变形的主要原因，工件变形的程度和变形后的形状，都与这个工件的长宽、厚度都有着很大关系。有时候材质硬度在加工的时候也能直接影响到零件变形的程度而引发质量下降。所以加工工件的材质要进行严格地挑选，在材质上无法进行加工的工件不予以加工。

1.2 工件装夹和工件变形

工件装夹是机械加工时我们最应该注意的环节，首先夹紧点要选择正确，然后根据夹紧点的位置来选择正确的夹紧力度，如稍有偏差，就会在工件装夹时引起工件的变形，另外，如夹紧点和受力点不一样也会引起工件的应力性变形。

在加工的时候夹紧力度的先后顺序如稍有不当会对夹紧力的作用产生影响，如遇到有特殊加工要求的工件，如相对轻薄的加工零件，在进行工件装夹的时候，方法和顺序的不当也会导致工件的应力性变形。

1.3 加工切削与工件变形

工件在进行切削加工时是受切削力作用的，受力点如果发生稍许变化，工件就会发生让刀现象，在对薄壁工件进行切削加工时，刀具的角度一定要合理把控，如果出现稍许偏差，在切削的时候就会产生大量的热量，并使工件表面被熔毁。由于刀具压强较大，刀具和工件发生摩擦的会产生一定的热量，这种热量会导致工件热变形，所以，在进行切削加工的时候有没有合理地使用切削液，也会对工件的质量和精密度产生很大影响。

2 工件的变形规律以及应对方法

2.1 变形的基本规律

当零件从高温冷却时，其外表层相对冷却的较快。以圆柱零件为例，它的端面棱角处先冷却下来，在冷却后会产生热收缩，但是由于芯部没有冷却，就会限制表面的收缩，导致圆柱零件的表层受拉应力，而中心却受压应力。从而产生棱边收缩，中心突出的现象，其长度缩短，直径增大。

变形的基本规律可以概括为：①单纯热应力产生的变形：使零件变形趋于球形，长度缩短、直径增大、表面和中部凸起，而零件的棱角变圆。②单纯组织应力产生的变形：使零件在最小尺寸方向收缩，在最大尺寸方向伸长，零件的表面内凸而内孔胀大，棱角变尖。由此可知，热应力能使零件内孔缩小，使零件的长度缩短。

2.2 使用应力变形规律避免工件加工时变形的方法

（1）保证材质和结构的合理

首先要减少因为设计上的失误从而导致工件在加工上的物理性变形，工件在设计时尽量保证长宽比、厚度、材质的坚韧性的合理与平衡，尤其在大型工件上的加工时更应该考虑好工件的结构合理性，严格控制工件的加工质量，减少应力性形变。

（2）工件装夹面积增大

增大工件与夹具间的接触面积，减少压强，能有效地降低在装夹时所引发的工件变形，首先夹紧点要选择正确，然后根据夹紧点的位置来选择正确的夹紧力度，找准受力点，把受力作用在合适的位置。这种方法在应对薄壁工件时尤其有效。

（3）高速切削

由于在切削工件时，因为摩擦会产生热应力，所以选取的刀具是非常锋利的，所以高速切削可以降低刀具和工具间的摩擦阻力，可以使摩擦时产生的热量快速挥发，从而降低了工件的内应力。例如在对薄壁工件进行铣削时进行单刃铣削法时，可以有效地减少切削时的阻力。在进行高速切削时，大部分的热量都被切屑带走，有效地降低了热形变对工件加工质量的影响。

正确使用切削液可以有效地减少刀具和工件之间摩擦力，同时也降低了由于摩擦力所产生的热变形，所以，正确使用切削液也是防止工件变形的一个重要手段之一。

3 零件应力变形规律的应用

利用热应力缩短零件的规律处理变形的零件，使零件起死回生，其主要措施如下：

3.1 缩短碱淬法

利用缩短碱淬法能有效的使零件的变形量得到压缩，如200mm和250mm的卡盘，其变形量可以降低到0.2mm。缩短碱淬法基本可以挽救变形零件，有效降低零件的报废率。

3.2 预变形法

预变形法也被称为预应力法，它是借助热应力使零件在淬火之前发生方向相反的预变形，从而缩短零件的变形量。如45钢，利用热应力变形规律使零件产生反方向的变形，达到压缩零件变形量的目的，其具体方法如下：①如果利用快速冷却，温度必须在相变温度Ac1以下，一般情况下都是在680℃～700℃之间，这样就可以保证零件在冷却的过程中不发生相变。②如果利用慢冷却，温度必须在Ac3以下，一般情况下为780℃，这样就可以保证零件在冷却的过程中不出现马氏体转变。③使用能使零件表现为以热应力为主的经淬火液处理已经变形的零件，如硝裕和碱浴等。硬度合格的零件可以直接进行淬火。

3.3 混合性材料的处理方法

市售45钢的部分钢材中含有很多合金铬，如用这种混合性材料制成250mm的卡盘，然后进行正常工艺热处理，结果发现，钢零件牙部的变形量从0.25mm增加至0.5mm，但是，有些部分产生开裂，变形量大于0.2mm的部分从2%快速增加至51%，严重的影响正常的使用。其主要原因是由于铬元素的存在使零件的淬透性提高，使马氏体的转变量增加，零件的组织应力增大，从而导致变形量增大。通过实验证明，可以利用热应力缩短零件长度的规律，来缩短已伸长的零件，从而达到使零件起死回生的目的。

4 结束语

虽然在机械加工过程中，工件的变形问题难以避免，但是随着应力变形规律在控制零件变形中的应用，使一些问题变得容易起来，在以后的机械加工工艺之中，我们还需要不断地去研究应力变形规律和零件变形之间的种种关系，并把这项技术应用在实践中，进一步降低工件在加工时的变形几率。

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