薄壁零件装夹变形原因及控制
精密薄壁零件是目前制造业发展的一个重要方向,薄壁零件的装夹是其生产制
造中的一个重要环节,但由于工艺不合理,对薄壁零件认识不够等因素造成的装夹变形时有发生。该文分析了薄壁零件装夹变形的产生原因,并提出了一些控制对策。
薄壁零件,装夹变形,原因,对策
薄壁零件的加工变形,一直是机械加工制造业的一个难题,很多国内外学者都对薄壁零件的加工变形问题进行了分析了研究,使得薄壁零件的加工技术有了一定的突破。实际工作中,要想通过合理的对策解决薄壁零件的加工变形问题,就要首先认清产生变形的原因。
1.薄壁零件装夹变形的成因及区分
薄壁零件出现变形有很多的原因,在设计零件的过程中,不仅要考虑零件设计结构的工艺性,还要提高零件结构的刚性,防止在加工中出现变形,尽可能保证零件结构对称、薄壁厚度均匀,选择毛坯时,最好选择没有内应力的原材料。在制造系统中,零件加工变形的主要因素有,
工件的装夹条件。由于薄壁零件的刚性比较差,加工时不恰当的选择央紧力与
支承力的作用点,导致附加应力,夹、
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压的弹性变形会一定程度上影响零件表面的尺寸精度和形状、位置精度,导致
变形。
加工残余应力。在零件加工过程中,由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面
与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用,导致零件表层内部出现新的加工残余应力。由于不稳定的残余应力的存在,一旦零件受到外力作用,零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形,重新分配截面内的应力,去除外力作用
后,零件就会受到内部残余应力的作用出现变形。这种由于切削过程中残余应力的重新分布,造成的零件的变形,会严重影响加工质量。
切削力和切削热、切削振动。为了避免被加工材料产生弹性变形、塑性变形以及刀具与切屑和工件之间的摩擦,切削过程会产生切削力和切削热,在两者作用下,很容易导致零件振动和变形,进而影响零件的质量。另外,造成零件变形的影响因素还有机床、工装的刚度,切削刀具及其角度、切削参数和零件冷却散热情况等。其中造成零件变形的主要因素是切削力、夹紧力以及残余应力。
2.控制零件变形的工艺措施
由于零件的整体刚性在加工薄壁零件过程中随着零件壁厚逐渐减小,零件的刚性也会降低,进而导致加工零件的变形增大。因而,在对零件进行切削过程中,最大程度地利用零件的未加工部分,支撑正在切削部分,保证切削时处在最
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佳刚性状态。如,腔内有腹板的腔体类零件,在加工过程中,铣刀以螺旋线方式从毛坯中间位置下刀进而降低垂直分力对腹板的压力,从深度方向铣到尺寸,再从中间扩张到四周至侧壁。如果内腔深度很大,根据上面的方法进行多层加工。这种方式能够尽可能的降低切削变形,减少了由于零件刚性的降低而出现的切削振动现象。
采用辅助支撑。在加工薄壁结构的腔类零件过程中,控制零件的变形就要首先解决由于装夹力造成的变形。因而,可利用腔内加膜胎(橡胶膜胎或硬膜胎)的方式来增加零件的刚性,避免零件在加工过程中出现变形,另外,还可以采用填充法石蜡、低熔点合金等工艺方法,来增加零件的支撑,从而减小变形、提高零件的精度。
设计工艺加强筋,提高刚性。对于薄壁零件来说,为了减少变形,可以增加零件的工艺筋条,从而达到加强刚性的目的,这是工艺设计中避免变形的提高刚性常用的手段之一。如在加工长槽过程中,在圆支管右端上下二槽口留3mm加强筋,进行消除
零件内部应力处理,用线切割的方式去掉加强筋,最后利用心轴进行校形。这种方式加工的零件,能够最大限度的保证变形在可控制的设计精度范围内。
对称分层铣削。均匀释放应力,对称释放毛坯初始残余应力,是有效减小零件的加工变形的又一方法。在处理厚度两面都需要加工的板类零件,可以通过上下两面消除余量均
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等的原则,施行轮流加工处理,即在上平面去除一定的余量,然后在另一面中也去除相同的余量。在零件加工过程,遵循余量依次递减的原则,轮流的次数越多,其相应释放的应力就会越彻底,零件的变形程度就会越小。
刀具下刀方式的优化。刀具下刀方式能够直接影响零件的加工变形。如垂直进刀方式,对腹板有一定程度的向下的压力,会造成腹板的弯曲变形,而水平进刀方式,对侧壁有一定程度的挤压作用,如果刀具刚性不足就会造成让刀,影响加工精度。
总而言之,通过上文的分析,了解了造成薄壁零件变形的原因,即分为应力释放变形和受力释放变形。基于此,文章提出了有效的控制薄壁零件变形的方法—选择合理的防变形装夹技术以及数控高速加工优化工艺流程等。同时,还可以根据零件的结构,采用有效的工艺措施和方法,如工序的合理安排,走刀路线的优化等,有效的控制了薄壁零件的变形。
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薄壁零件装夹变形原因及控制 精密薄壁零件是目前制造业发展的一个重要方向,薄壁零件的装夹是其生产制 造中的一个重要环节,但由于工艺不合理,对薄壁零件认识不够等因素造成的装夹变形时有发生。该文分析了薄壁零件装夹变形的产生原因,并提出了一些控制对策。 薄壁零件,装夹变形,原因,对策 薄壁零件的加工变形,一直是机械加工制造业的一个难题,很多国内外学者都对薄壁零件的加工变形问题进行了分析了研究,使得薄壁零件的加工技术有了一定的突破。实际工作中,要想通过合理的对策解决薄壁零件的加工变形问题,就要首先认清产生变形的原因。 1.薄壁零件装夹变形的成因及区分 薄壁零件出现变形有很多的原因,在设计零件的过程中,不仅要考虑零件设计结构的工艺性,还要提高零件结构的刚性,防止在加工中出现变形,尽可能保证零件结构对称、薄壁厚度均匀,选择毛坯时,最好选择没有内应力的原材料。在制造系统中,零件加工变形的主要因素有, 工件的装夹条件。由于薄壁零件的刚性比较差,加工时不恰当的选择央紧力与 支承力的作用点,导致附加应力,夹、 1 压的弹性变形会一定程度上影响零件表面的尺寸精度和形状、位置精度,导致 变形。 加工残余应力。在零件加工过程中,由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面 与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用,导致零件表层内部出现新的加工残余应力。由于不稳定的残余应力的存在,一旦零件受到外力作用,零件就会在外力与残余应力的作用下产生局部塑性变形,重新分配截面内的应力,去除外力作用
后,零件就会受到内部残余应力的作用出现变形。这种由于切削过程中残余应力的重新分布,造成的零件的变形,会严重影响加工质量。 切削力和切削热、切削振动。为了避免被加工材料产生弹性变形、塑性变形以及刀具与切屑和工件之间的摩擦,切削过程会产生切削力和切削热,在两者作用下,很容易导致零件振动和变形,进而影响零件的质量。另外,造成零件变形的影响因素还有机床、工装的刚度,切削刀具及其角度、切削参数和零件冷却散热情况等。其中造成零件变形的主要因素是切削力、夹紧力以及残余应力。 2.控制零件变形的工艺措施 由于零件的整体刚性在加工薄壁零件过程中随着零件壁厚逐渐减小,零件的刚性也会降低,进而导致加工零件的变形增大。因而,在对零件进行切削过程中,最大程度地利用零件的未加工部分,支撑正在切削部分,保证切削时处在最 2 佳刚性状态。如,腔内有腹板的腔体类零件,在加工过程中,铣刀以螺旋线方式从毛坯中间位置下刀进而降低垂直分力对腹板的压力,从深度方向铣到尺寸,再从中间扩张到四周至侧壁。如果内腔深度很大,根据上面的方法进行多层加工。这种方式能够尽可能的降低切削变形,减少了由于零件刚性的降低而出现的切削振动现象。 采用辅助支撑。在加工薄壁结构的腔类零件过程中,控制零件的变形就要首先解决由于装夹力造成的变形。因而,可利用腔内加膜胎(橡胶膜胎或硬膜胎)的方式来增加零件的刚性,避免零件在加工过程中出现变形,另外,还可以采用填充法石蜡、低熔点合金等工艺方法,来增加零件的支撑,从而减小变形、提高零件的精度。 设计工艺加强筋,提高刚性。对于薄壁零件来说,为了减少变形,可以增加零件的工艺筋条,从而达到加强刚性的目的,这是工艺设计中避免变形的提高刚性常用的手段之一。如在加工长槽过程中,在圆支管右端上下二槽口留3mm加强筋,进行消除
摘要： 本文系统设计了薄壁零件的数控车削加工工艺。通过探讨薄壁零件在加工中存在的易变形、零件尺寸精度、位置精度及表面粗糙度不易保证等技术问题，对加工难点进行分析，给出了加工工艺路线和加工方案，通过优化、完善夹具设计和切削参数，防止了薄壁零件加工变形、保证了较好的尺寸精度和位置精度，从而有效解决薄壁零件的车削加工难题。 由于薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，是零件的形位公差增大，不易保证零件的加工质量。因此对薄壁零件的装夹，切削加工过程中刀具的合理选用及切削量的选择，提出了严格要求。 在普通车床上加工形状较复杂、有一定精度要求、且需要多把刀具进行加工的批量零件时，不仅需要频繁换刀和装夹，花费大量的人力和时间，而且加工出来的零件质量取决于加工人员的技术水平, 产品质量得不到充分的保证。而运用数控车床，结合传统的加工工艺，不但能大大缩短加工时间、提高加工精度，而且成品率高、产品质量稳定。 所以，在运用数控机床加工过程中为保证被加工薄壁件的必要的精度，有同轴度要求的外圆柱面或有垂直度要求的外圆与端面，尽可能在一次装夹中完成；需要编制其加工路线、合理的选择个阶段的加工参数并编写高质量的数控加工程
序。为完全保证零件的形位公差需要设计其装夹的夹具，为此，对零件图纸、零件加工及时效处理等方面都认真地进行了分析和研究。 图1-1 由图1-1可看出，?64mm的外圆对?60mm的孔的同轴度，?64的外圆的圆度和表面质量以及孔尺寸精度的加工是该薄壁零件最主要的加工难点。因为该零件刚性差、强度弱，在加工中极易变形，表面质量、垂直度及同轴度难以保证。镗削孔时应一次装夹中加工出来，以保证该零件的尺寸精度。针对薄壁零件壁薄、刚性差、易变形的特点，可设计该薄壁零件专用夹具装夹，以保证零件的
浅谈薄壁环形件变形控制 薄壁零件的变形控制一直以来都是一个难题，在质量和效率之间更是难于取舍。文章主要介绍了一些简易的变形控制的方法。 标签：薄壁；变形；控制 实际加工中应结合具体条件选择不同的控制方法。简单易实现的主要有优化加工刀具、优化工艺方案、进给量局部优化、优化切削参数、优化装夹方案等，下面就从以下几方面介绍薄壁零件的变形控制。 1 变形控制对加工工艺的要求 1.1 粗加工、精加工分开 对加工精度要求较高的薄壁类零件，应分开粗加工、半精加工、精加工进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，压紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后由于内应力重新分布而引起的变形。其目的是为了保证零件的精度及稳定性。另外，粗、精加工分开，机床设备也可得到合理的使用，即粗加工设备充分发挥其效率，精加工设备可长期保持机床的精度。 1.2 增加时效去应力工序 内应力是引起零件变形的主要因素，为防止零件变形，除应严格地按照材料进行热处理，使零件具有较好的组织外，在粗、精加工之间，增加一道时效去应力工序，以最大限度地消除零件内部的应力。通常采用热时效和自然时效的方法。这两种方式却都存在弊端：自然时效周期需要达到半年或两年，周期过长；热时效费用高，耗能高，炉温控制难度大，零件易氧化，且易因受热不均导致裂纹，并在冷却过程中产生新的应力。振动时效是以金属零件固有频率，利用一受控振动能量对工件进行处理，使工件产生应变，达到消除零件残余应力的目的。 1.3 利用零件的整体刚性加工薄壁零件 随着零件壁厚的减小，其刚性降低，加工变形增大。因此，在切削过程中，尽可能地利用零件的未加工部分，作为正在切削部分的支撑，使切削过程处在刚性较佳的状态。下面举几个例子，如：铣“U”型槽时可以考虑先铣类似成“口”型，最后在把“口”上的横梁铣掉，该方法能有效地降低切削变形及其影响，降低了由于刚性降低而可能发生的切削振动。如：车加工薄壁时，可在有余量刚性较好时，先将内侧及内槽等加工到位，再加压盖加工外侧等多种灵活利用零件整体刚性的方法。 2 采用辅助支撑装夹方式增强工艺系统刚性
‘壳盖’薄壁铝合金件加工工艺 “壳盖”薄壁铝合金件加工工艺分析中国航空工业集团公司航宇救生装备有限公司(湖北襄阳441002) 袁开波 “壳盖”零件是一个薄壁的铝合金零件，其形状及尺寸如图1所示.零件的主要特点就是壁薄，由于是铝合金件，其强度差，加工时容易变形，要高效率加工合格的零件，加工过程中编制好工艺路线，做好准确的装夹与定位，就至关重要，同时要控制由于切削对零件产生的变形。 图1“壳盖” 注:未注圆角，凸R1.8mm，凹R1mm，未注壁厚0.8mm. 一、工艺分析 考虑到此零件的内、外形均为圆环形状，其主要的加工方法为数车工序完成，数车工序为分别加工内、外形2个步骤。这里就要考虑加工完第一工序后，在进行第二工序加工时的装夹与定位问题。既要能准确装夹与定位，又要使第二工序的加工操作方便。在经过多次的工艺路线分析及相配合的夹具结构设计之后，确定了先加工内形面，并在其端面上制出装夹定位的位置，然后进行外形面的加工。 二、工艺路线
在加工零件的内形面之后，“壳盖”需要安装在一种辅助夹具上，才能进行第二工序的加工，如图2所示。 (a) 第一工序图 (b) 第二工序简图 图2 “壳盖”工艺路线简图 1.第一工序的加工 “壳盖”在第一工序中要完成如图2(a)所示的加工内容，注意保持各个孔与 M64×0.75螺孔的同轴度。由于“壳盖”壁薄，偏心更易使“壳盖”产生变形。 2. 第二工序的加工 如图2(b)所示，型腔口部的M64×0.75螺纹段位为装夹部分，用M64X0.75螺纹与辅助夹具进行定位与连接。其夹具的设计，如图2(b)所示。从图中可以看出，辅助夹具的设计，其型面尺寸与零件的内形面是一致的，零件扣在夹具上，并通过M64X0.75螺纹拧紧，以保证零件内形面与夹具相贴合，这样，在加工外形面时，零件不会产生变形。 3.安装在辅助夹具上“壳盖”切削时加紧状况的分析 零件在装夹后，车刀切削时，零件的状态是否会松动，可通过图3做一个装夹及切削的状况分析。
薄壁零件加工方法和工 艺分析 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
薄壁零件的工艺分析及加工方法 单位名称：陕西长岭电子科技有限责任公司 作者：安小康 2017年 3月 2 日 薄壁零件的工艺分析及加工方法 作者：安小康 职业技能鉴定等级：二级 单位名称：陕西长岭电子科技有限责任公司 单位地址：宝鸡市渭滨区清姜璐75号 2017年 3月 2 日 目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1工艺方案分析 (2) 薄壁零件图 (2) 零件图分析 (2) 确定加工方法 (2) 2工件装夹 (3) 定位基准选择 (3) 确定零件定位基准 (3) 装夹方式选择 (3) 确定装夹方式 (3)
3刀具和切削用量选择 (3) 4零件加工 (5) 5加工注意事项 (7) 安全文明生产 (7) 刀具的选择 (7) 削用量的要求 (7) 6影响薄壁加工因素及解决方法 (8) 受力变形 (8) 受热变形 (9) 振动变形 (9) 总结 (10) 参考文献 (11) 摘要 薄壁工件因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件 已日益广泛地应用在各工业部门。但薄壁零件的加工是比较棘手的，原 因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，不易保证零件的 加工质量。 薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的。薄壁件目前一般采 用数控车削的方式进行加工，为此要对工件的装夹、刀具几何参数、程 序的编制等工艺分析方面进行试验，合理的选择加工方法从而有效地克 服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证加工精度。
关键词：薄壁工件工艺分析程序编制加工方法 1工艺方案分析 薄壁零件图 零件图分析 该零件图是薄壁套类零件由外圆、内孔、外螺纹组成。尺寸标注完整，表面粗糙度为，选用毛坯是45号钢。毛坯尺寸Φ35mm×50mm,表面无热处理等要求。 确定加工方法 确定加工方法的原则是保证加工表面加工精度和表面粗糙度。薄壁类零件应按粗、精加工工序。薄壁件通常需要加工工件的内、外表面。内表面的粗加工和精加工都会导致工件变形，所以应按粗精加工分序。内外表面粗加工后，再内外表面精加工，均匀的去除工件表面多余部分，这样有利于消除切削变形。加工方法多种多样，应结合零件的形状，尺寸，位置，选择合理快捷的加工方法。尺寸公差要求较高，公差值较小。取其基本尺寸加工编程便可。 2工件装夹 定位基准选择 定位基准选择极为重要，他影响到工件加工的尺寸，位置精度从而影响到工件整体的加工质量。 确定零件定位基准 根据基准重合原则以工件左端面或者右端面作为定位基准 装夹方式选择
零件装夹变形分析与解决措施 零件变形主要表现在装夹变形；切削力、切削热使零件产生变形；加工方法和技巧不当使零件产生变形；材料应力释放零件原因导致的变形等。如果在生产过程中工件产生变形，那么肯定就会影响工件的形位精度，尺寸精度以及表面粗糙度，所以提高易变形零件加工质量和加工效率的关键就是装夹方法以及车削，铣削时的加工方法和技巧。 标签：装夹方法；刀具选择；切削用量 1 为什么会产生零件装夹变形 我们在加工生产中会遇到各种各样的问题，譬如在加工薄壁易变型零件时，就必须根据其不同的特点，找出薄弱环节，选用不同的工艺方法和夹紧方法来保证加工要求。很多时候我们要具体问题具体分析，找到切实可行的办法来应对遇到的实际问题。 1.1 工件装夹不当为什么会产生变形？ 在我们生产实际操作中，如果我们采用三爪卡盘夹紧薄壁外圆，就会由于夹紧面积过小，夹紧力不均匀分布，那么拆卸以后，被卡爪夹紧部分就可能因弹性变形而涨大，最终导致零件出现多角形变化。 1.2 相对位置调整时候偏差，产生壁厚不均的现象 经过多年的工作实践，我发现由于夹具、刀具，工件和机床主轴旋转中心的位置调整相对不准确，导致工件几何形状变化和壁厚不均匀现象。我们遇见很多薄壁零件对于均匀性要求非常高，但对其尺寸精度要求却不高这种现象。此时工件如果采用常规刚性定位，就会误差非常大，壁的厚度很容易超差。这样工件在装夹过程中，假设我们没有根据实际特性，也就是工件刚度较低（薄壁件），或者不注意夹紧力的方向和施力点，那么支撑点和压紧点不能够重合就形成力矩效应，最终会引起零件变形。 1.3 为什么要强调零件壁厚差重要性 有一部分薄壁零件对均匀性要求非常高，而对其尺寸精度要求却不高。这种工件和彩刚性定位，就会误差很大，壁厚非常容易超差。在装夹过程中的工件，假设刚度较低（薄壁件）或者夹紧力方向，施力点选择不恰当，支撑点与压紧点不重合必然形成力矩效应将会引起零件变形。 1.4 选用什么样的刀具至关重要 我们选择什么样的刀具，会直接影响零件精度以及表面粗糙度。比如我们在
薄壁零件的工艺分析及加工方法 单位名称：陕西长岭电子科技有限责任公司 作者：安小康 2017年3月 2 日 薄壁零件的工艺分析及加工方法 作者：安小康 职业技能鉴定等级：二级 单位名称：陕西长岭电子科技有限责任公司 单位地址：宝鸡市渭滨区清姜璐75号 2017年3月2 日 目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1工艺方案分析 (2) 薄壁零件图 (2) 零件图分析 (2) 确定加工方法 (2) 2工件装夹 (3) 定位基准选择 (3) 确定零件定位基准 (3) 装夹方式选择 (3) 确定装夹方式 (3)
3刀具和切削用量选择 (3) 4零件加工 (5) 5加工注意事项 (7) 安全文明生产 (7) 刀具的选择 (7) 削用量的要求 (7) 6影响薄壁加工因素及解决方法 (8) 受力变形 (8) 受热变形 (9) 振动变形 (9) 总结 (10) 参考文献 (11) 摘要 薄壁工件因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门。但薄壁零件的加工是比较棘手的，原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，不易保证零件的加工质量。 薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的。薄壁件目前一般采用数控车削的方式进行加工，为此要对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等工艺分析方面进行试验，合理的选择加工方法从而有效地克服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证加工精度。
关键词：薄壁工件工艺分析程序编制加工方法 1工艺方案分析 薄壁零件图 零件图分析 该零件图是薄壁套类零件由外圆、内孔、外螺纹组成。尺寸标注完整，表面粗糙度为，选用毛坯是45号钢。毛坯尺寸Φ35mm×50mm,表面无热处理等要求。 确定加工方法 确定加工方法的原则是保证加工表面加工精度和表面粗糙度。薄壁类零件应按粗、精加工工序。薄壁件通常需要加工工件的内、外表面。内表面的粗加工和精加工都会导致工件变形，所以应按粗精加工分序。内外表面粗加工后，再内外表面精加工，均匀的去除工件表面多余部分，这样有利于消除切削变形。加工方法多种多样，应结合零件的形状，尺寸，位置，选择合理快捷的加工方法。尺寸公差要求较高，公差值较小。取其基本尺寸加工编程便可。 2工件装夹 定位基准选择 定位基准选择极为重要，他影响到工件加工的尺寸，位置精度从而影响到工件整体的加工质量。 确定零件定位基准 根据基准重合原则以工件左端面或者右端面作为定位基准 装夹方式选择
典型薄壁盘类零件的工艺方案及数控加工过程 2008-10-13 来源：中国机床商务网 近年来，随着数控技术的发展，性能良好的加工中心设备使许多零件的加工更为方便。利用这些设备如何能高效地加工出更为优质的零件，已成为企业关心的问题。本文以典型薄壁盘类零件为例，基于近年应用起来的高速加工制造技术的优势，利用工厂现有的数控设备，积极探索出加工该类零件的较好的工艺方案及数控加工过程。 1.数控加工的工艺分析 （1）零件的结构特点该零件材料为硬铝LY12，其切削性能良好，属于典型的薄壁盘类结构，外形尺寸较大，周边及内部筋的厚度仅为2mm，型腔深度为27mm。该零件在加工过程中如果工艺方案或加工参数设置不当，极易变形，造成尺寸超差，零件结构如图1所示。
（2）工艺分析该零件毛坯选用棒料，采用粗加工、精加工的工艺方案，具体工艺流程如下：毛坯→粗车→粗铣→时效→精车→精铣。 粗车：分别在外圆及端面预留1.5mm精加工余量，并预钻中心孔。 粗铣：分别在型腔侧面及底面预留余量1.5mm，并在φ12mm孔位处预钻工艺孔。时效：去除材料及加工应力。 精车：精车端面、外圆并镗工艺孔φ6mm，要求一次装夹完成，以便保证同轴度，为后序加工打好基础。
精铣：保证零件的最终要求，是本文论述的重点。 ①粗铣型腔粗加工主要是去除大余量，并为后序精加工打好基础，所以加工型腔时，选择低成本的普通数控铣床加工。该工序要求按所示零件结构图加工出内形轮廓，圆弧拐角为R5mm，所留精加工余量均匀，为1.5mm。而且本道工序还需要在φ12mm孔位处预先加工精加工所需的定位孔。 ②精铣型腔高速加工技术是近年应用起来的制造技术。在高速切削加工中，由于切削力小，可减小零件的加工变形，比较适合于薄壁件，而且切屑在较短时间内被切除，绝大部分切削热被切屑带走，工件的热变形小，有利于保证零件的尺寸、形状精度；高速加工可以获得较高的表面质量，加工周期也大大缩短，所以结合该类薄壁盘类零件的特点，精加工型腔时选用高速加工。 ③定位孔的加工该零件精加工选用中心孔φ6mm及φ12mm孔作为定位孔，所以精加工型腔前必须先将其加工到位。中心孔φ6mm在车工精车外圆 φ301.5mm时将其镗削为φ6H8；φ12mm孔由数控铣床钻、铰至φ12H8。 （3）精加工型腔时零件的定位与装夹为了使工件在机床上能迅速、正确装夹，而且在加工一批工件时不必逐个找正，所以此次加工采用一面两销的定位方式。以零件上已经存在的φ6mm及φ12mm孔作为定位孔，做简易工装，该工装采用一个圆柱销和一个扁形销作为定位元件。由于该零件属于薄壁件，容易变形，在夹紧工件时，压板应压在工件刚性较好的部位，分布尽可能均匀，以保证夹紧的可靠性，而且夹紧力的大小应适当，以防破坏工件的定位或使工件产生不允许的变形。其具体定位与装夹示意图见图2。此装夹方式完全符合加工中心的特点，一次装夹可以完成型腔及所有孔的加工。
薄壁零件加工中 变形振动分析和消振措施 摘要：车削过程中，工艺系统由于受到各种力的作用，工件和刀具之间常会发生相对振动。它不仅使加工表面产生波纹，严重恶化加工精度和表面质量。特别是最后一刀精车，当切削速度提高，常常会发生刺耳的响声，使车削无法继续加工下去。所以，在加工薄壁零件中，不仅要考虑装夹中工件受力变形的问题，还要注意解决加工中振动问题 关键词：薄壁零件加工变形振动措施 车削薄壁零件在加工中很容易出现问题，如果我们在加工中善于总结经验，就能在加工中找出它的共性、个性和矛盾突出点。变被动为主动。从而才能够加工出合格的产品。要想解决薄壁零件加工中出现的问题，我想从以下几个方面来加以分析。 一、薄壁零件装夹分析 1、薄壁零件的加工特点 薄壁零件以日益广泛地应用个工业部门生产机器零件中，车削薄壁零件的关键是变形、振动问题。工件产生变形振动的原因大多是由于切削力、夹紧力、定位误差和弹性变形。其中影响最大的是切削力和夹紧力。 我们在实践过程中减小切削力和切削热主要采取方法是：合理地选择切削用量、合理地选择刀具几何角度、减小夹紧力引起的变形，主要改变和改善夹紧力对零件的作用。 2、车削薄壁零件时采用的装夹方式 以上讲的薄壁零件加工特点是车削中变形和振动问题。由于薄壁零件的刚性差，车削中容易变形。所以在装夹时要考虑到夹紧力的方向和着力点。夹紧力的方向应选择在有利于减小夹紧力的部位。如薄壁零件为套类，则可将径向夹紧力改为轴向夹紧力；薄壁零件为盘类，
则可该轴向夹紧力为径向夹紧力；当薄壁零件径向和轴向刚性都很差时，保证夹紧力方向与切削力方向一致，就能使较小夹紧力起到较大夹紧力的作用。还要夹紧力着力点应落在支承点正对面和切削力部位的附近以减小变形振动。 二、减小薄壁套装夹中变形的措施 1、合理确定夹紧力的大小、方向、作用点。 粗、精车加工分开，当粗精车加工使用同一夹具时，粗加工余量大，切削力大。因而需要较大的夹紧力。而精车时余量小，切削力小，所需要的夹紧力也就小。 1）改变夹紧力的作用方向。 也就是变径向夹紧力为轴向夹紧力。因为薄壁套轴向承载能力比径向大，在可能的情况下，尽可能是夹紧力与切削力的方向一致。这样可以减小夹紧力。 2）增大夹紧力的作用面积。 当我们加工薄壁套零件完毕时，卸下来时会发现零件发生变形。这是由于三爪夹紧力作用于工件受力面积太小而导致的结果。我们可以把工件小面积上局部受力变为大面积的均匀受力。就可以大大地减小工件夹紧力变形。在实际生产过程中，小批量生产我们都采用结构简单容易制作的扇形卡爪，开缝套来增大夹紧力作用面积以减小变形。 另外引起薄壁套零件在加工中除了夹紧力大小影响工件变形以为，我们还要关注在车削过程中，切削力和切削热对零件加工的影响。影响切削力大小和切削程度高低主要因素是切削用量选择和刀具几何角度选择。 3）切削用量中对切削力影响最大的是背吃刀量。 对切削热影响最大的是切削速度和刀具锋利状况。因此车削薄壁套零件应减小背吃刀量和适当降低切削速度，同时应适当增大进给量。 4）车刀几何角度中对切削力影响最大的是主偏角、前角和刃倾角。增大前角使车刀锋利，排屑顺利，减小切屑与前刀面之间的摩擦，减小切削力和切削热。
铝合金薄壁件加工中变形的因素分析与控制方法 一般认为，在壳体件、套筒件、环形件、盘形件、轴类件中，当零件壁厚与内径曲率半径（或轮廓尺寸）相比小于1：20时，称作为薄壁零件。这一类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。薄壁零件因其制造难度极大，而成为国际上公认的复杂制造工艺问题。 一、薄壁件加工变形因素分析 薄壁件由于刚度低，去除材料率大，在加工过程中容易产生变形，对装夹工艺要求高，使加工质量难以保证。薄壁类零件在加工中引起变形的因素有很多，归纳总结有以下几个方面： 1、工件材料的影响 铝合金作为薄壁件最理想的结构材料，与其他金属材料相比，具有切削加工性好的特点。但由于铝合金导热系数高、弹性模量小、屈强比大、极易产生回弹现象，大型薄壁件尤为显著。因此，在相同载荷情况下，铝合金工件产生的变形要比钢铁材料的变形大，同时铝合金材料具有硬度小、塑性大和化学反应性高等性质，在其加工中极易产积屑瘤，从而影响工件的表面质量和尺寸精度。 2、毛坯初始残余应力的影响 薄壁件加工中的变形与毛坯内部的初始残余应力有直接的关系，同时由于切削热和切削力的影响，使工件和刀具相接触处的材料产生不能回弹的塑性变形。这种永久性的变形一旦受到力的作用就会产生残余应力，而在加工过程中，一旦破坏了毛坯的残余应力，工件内部为达到新的平衡状态而使应力重新分布，从而造成了工件的变形。 3、装夹方式的影响 在加工中夹具对工件的夹、压而引起的变形直接影响着工件的表面精度，同时如果由于夹紧力的作用点选择不当而产生的附加应力，也将影响工件的加工精度。其次，由于夹紧力与切削力产生的耦合效应，也将引起工件残余应力的重新分布，造成工件变形。 4、切削力和切削热的影响 切削力是影响薄壁件变形的一个重要因素。切削力会导致工件的回弹变形，产生不平度，当切削力达到工件材料的弹性极限会导致工件的挤压变形。在切削加工过程中，刀具与工件之间的摩擦所作的功，材料在克服弹性、塑性变形过程中所做的功绝大部分转化为加工中的切削热，从而导致工件的各部分的温度差，
薄壁零件的工艺分析及加工方法 单位名称：南京交通技师学院 作者：陈晓 2014年10月25 日
薄壁零件的工艺分析及加工方法 作者：陈晓 职业技能鉴定等级：二级 单位名称：南京交通技师学院 单位地址：中山门外马群狮子坝168号 指导老师：赵亲云 2014年10月25 日
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1工艺方案分析 (2) 1.1薄壁零件图 (2) 1.2零件图分析 (2) 1.3确定加工方法 (2) 2工件装夹 (3) 2.1定位基准选择 (3) 2.2确定零件定位基准 (3) 2.3装夹方式选择 (3) 2.4确定装夹方式 (3) 3刀具和切削用量选择 (3) 4零件加工 (5) 5加工注意事项 (7) 5.1安全文明生产 (7) 5.2刀具的选择 (7) 5.3削用量的要求 (7) 6影响薄壁加工因素及解决方法 (8) 6.1受力变形 (8) 6.2受热变形 (9) 6.3振动变形 (9)
总结 (10) 参考文献 (11)
摘要 薄壁工件因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门。但薄壁零件的加工是比较棘手的，原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，不易保证零件的加工质量。 薄壁零件的加工问题，一直是较难解决的。薄壁件目前一般采用数控车削的方式进行加工，为此要对工件的装夹、刀具几何参数、程序的编制等工艺分析方面进行试验，合理的选择加工方法从而有效地克服了薄壁零件加工过程中出现的变形，保证加工精度。 关键词：薄壁工件工艺分析程序编制加工方法
1工艺方案分析 1.1薄壁零件图 1.2零件图分析 该零件图是薄壁套类零件由外圆、内孔、外螺纹组成。尺寸标注完整，表面粗糙度为1.6，选用毛坯是45号钢。毛坯尺寸Φ35mm×50mm,表面无热处理等要求。 1.3确定加工方法 确定加工方法的原则是保证加工表面加工精度和表面粗糙度。薄壁类零件应按粗、精加工工序。薄壁件通常需要加工工件的内、外表面。内表面的粗加工和精加工都会导致工件变形，所以应按粗精加工分序。内外表面粗加工后，再内外表面精加工，均匀的去除工件表面多余部分，这样有利于消除切削变形。加工方法多种多样，应结合零件的形状，尺寸，位置，选择合理快捷的加工方法。尺寸公差要求较高，公差值较小。取其基本尺寸加工编程便可。
薄壁零件加工及如何减少变形 摘要:金属零件,尤其是薄壁零件在加工过程中由于材质本身的状态及加工过程中热应力等因素的影响,变形是不可避免的。本文就此讨论如何减少薄壁零件的加工过程中的变形。实践证明,通过选择合理的装夹方式、刀具的几何角度、切削用量、冷却液等,是完全可以减少薄壁零件在加工过程中的变形,保证零件的加工质量的。 关键词:变形热应力切削用量切削液几何角度数铣 1 概述 零件在加工过程中由于各种因素导致变形是无法消除的,零件在加工中变形的大小除与零件本省材质、结构有关外,也与加工中零件的装夹方式、刀具选用、切削用量及冷却也的选择等有很大的关系。材质、结构与其用途有关,有时是无法取代的。但作为工艺员在零件材料一定的情况下,我们就必须从加工中想办法。我们知道,采用正确的装夹方式、合理选用刀具、切削用量、冷却液是减少零件变形的关键之所在。其中又尤以薄壁零件变形最大,最难控制,主要原因是薄壁零件刚性差、强度弱,在加工中极易产生变形,使零件的形位误差增大,不易保证零件的加工质量。薄壁零件也因为重量轻、节约材料、结构紧凑,应用极为广泛。为此,对薄壁零件加工以及加工过程中零件的装夹,刀具的选用、切削用量、冷却液的选用等作一些探讨和分析,为今后更好的加工薄壁零件,保证零件的加工质量提供一些建议。 2 工艺分析 2.1 零件材料的组成 该零件材料为ZL1,他的成分见表1 2.2零件结构分析 零件总体结构比较简单,但属于薄壁类形腔零件,大部分壁厚仅有3㎜。加工中要去除大部分材料,加工中会产生大部分铣削热量,从而,导致零件产生热变形,这一点是我们制定工艺方案前必须考虑的。 2.3工艺流程的分析 钳:按零件外形及内腔尺寸,单面放1.5㎜划外形、内腔线为下一道工序提供依据 铣:参照钳工划线,单面留余量1.5㎜余量铣外形及内腔、铣厚度二面,本工序加工中去掉大部分材料,因此,余量放得多,保证后序加工由于变形不能保证加工
薄壁零件加工方法研究 【摘要】在实际生产加工中，薄壁零件由于其刚性差、易变形等特点，导致其尺寸精度、形位精度及表面质量难以得到保证，给加工增加了不少难度。本文对切削加工中常见问题进行分析，提出相应方案加以解决改善，并对几种新型的切削加工方法进行了简单介绍。 【关键词】薄壁零件；加工变形；工艺措施；误差补偿；高速切削 薄壁零件通常也叫薄壳零件，这类零件的壁厚和它的轴向或径向尺寸比较相差很悬殊，一般认为零件的壁厚与零件最大尺寸比值小于1/20时，就属于薄壁零件。由于这类零件具有重量轻，节省材料，结构紧凑，占空间位置少等特点，因此在机械、航空航天、船舶等很多领域中有较广泛的应用。当然这类零件的加工方法有多种，例如车削、冲压、焊接、滚压等，但对于一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求又比较高的薄壁零件，经常采用车削的方法来加工，因此车床上车削加工薄壁零件是一种很重要很普遍的加工方法。 在实际车削加工过程中，由于薄壁零件的毛坯刚性差、强度弱，所以容易发生变形，导致零件的几何精度、位置精度、表面质量等受到影响，易保证零件的加工质量，给车削加工带来一定的困难。因此如何提高薄壁零件的加工精度，减少加工变形，保证产品合格率是业界内越来越关心的话题。因此对薄壁零件切削过程中的常见问题及解决方法作如下讨论。 1.工件装夹不当产生变形 薄壁零件在夹紧力的作用下容易产生变形，影响工件的尺寸精度和形状精度。车削时为了方便，常采用三爪自定心卡盘装夹工件，如图所示，用三爪自定心卡盘装夹薄壁圆柱零件外圆加工内孔时的示意图。当卡爪夹紧工件时，由于卡爪和工件外圆表面间的接触面太小，导致夹紧力分布不均匀，在夹紧力的作用下，工件与卡爪接触的部位产生弹性变形，使零件呈现出三棱形如图1。三棱形内孔经过车削加工为圆柱孔后，不松开卡爪测量孔的尺寸，完全能符合零件图所规定的尺寸要求如图2。但由于内孔的加工是在工件已产生弹性变形的状态下车出来的，加工完毕松开卡爪后，卸下的工件外圆因弹性变形恢复成圆形，而已加工出的圆柱孔则变成三棱形，如图3所示。 同理用一般三爪卡盘的卡爪涨紧薄壁件的内孔加工外圆表面时，也会出现类似的变形情况。 为避免出现这种情况，可用措施如下： 1.1采用开口过渡环 根据工件的外径做一个开口过渡环，将其装配在工件在外面，三爪卡盘直接
第三章材料力学的基本概念 第六节杆件变形的基本形式 有下列说法，________是错误的。 A．杆件的几何特征是长度远大于横截面的尺寸 B．杆件的轴线是各横截面形心的连线 C．杆件的轴线必是直线 D．A+B+C 下列说法________是正确的。 A．与杆件轴线相正交的截面称为横截面 B．对于同一杆件，各横截面的形状必定相同 C．对于同一杆件，各横截面的尺寸必定相同 D．对于同一杆件，各横截面必相互平行 下列说法________是正确的。 A．与杆件轴线相平行的截面称为横截面 B．对于同一杆件，各横截面的形状必定相同 C．对于同一杆件，各横截面的尺寸不一定相同 D．对同一杆件，各横截面必相互平行 不管构件变形怎样复杂，它们常常是由________种基本变形形式所组成。 A．3 B．4 C．5 D．6 不管构件变形怎样复杂，它们常常是轴向拉压、________、扭转和弯曲等基本变形形式所组成。 A．位移 B．错位 C．膨胀 D．剪切 不管构件变形怎样复杂，它们常常是轴向拉压、剪切、________和________等基本变形形式所组成。 A．错位/膨胀 B．膨胀/弯曲 C．弯曲/扭转 D．扭转/位移 在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生伸长变化的变形，称为________。 A．弯曲变形 B．扭转变形
C．轴向拉伸变形 D．剪切变形 在一对大小相等、方向相反的沿杆件轴线的外力作用下使杆件产生缩短变化的变形，称为________。 A．弯曲变形 B．扭转变形 C．轴向压缩变形 D．剪切变形 受拉压变形的杆件，各截面上的内力为________。 A．剪力 B．扭矩 C．弯矩 D．轴力 轴力的单位是________。 A．牛顿 B．牛顿/米 C．牛顿·米 D．牛顿/米2 关于轴力，下列说法中________是正确的。 ①轴力是轴向拉压杆横截面上唯一的内力；②轴力必垂直于杆件的横截面；③非轴向拉压的杆件，横截面上不可能有轴向力；④轴力作用线不一定通过杆件横截面的形心。 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 受拉压变形的杆件，各截面上的应力为________。 A．正应力 B．扭应力 C．剪应力 D．弯应力 受拉压变形的杆件，各截面上的内力为________。 A．正应力 B．剪应力 C．拉压应力 D．轴力 受拉压变形的杆件，各截面上的应力为________。
薄壁零件装夹变形的有限元分析 摘要：本文应用分析软件ABAQUS的接触功能，从薄壁零件装夹简化模型面—面接触模型入手，建立了三维接触模型，进行了有限元分析，并以薄壁零件的变形量为评价指标，得出有限元分析结果，以全面了解和掌握精密薄壁零件装夹变形情况，为实际加工过程提供参考依据。 关键词：薄壁零件；精车夹具；装夹变形；有限元分析 目前对装夹技术的研究主要集中在装夹方案的理论分析和装夹过程的误差分析，而工程技术人员在进行具体工装设计时，主要依靠设计人员的经验进行定位和夹紧方案的设计[1]。由于经验设计所取安全系数比较大，造成夹具材料消耗多，夹紧变形大，设计周期长。随着轻量化设计技术的推广，有限元分析工具在产品工装设计中的应用将越来越广。薄壁零件是一类生产中常见的典型零件，其结构特点是刚性差，对夹紧力要求非常严格，既要保证夹紧可靠，同时又要保证夹紧变形小。为实现薄壁零件加工夹具的快速设计和轻量化设计，本文以某薄壁舱体精车夹具为例，应用有限元方法，分析了双锥涨簧夹具机构的夹紧力、夹紧变形，为薄壁类回转零件的夹具设计提供了参考依据。 2.加工夹具设计 [2]根据零件形状特征及精车要求，内孔dl采用双锥涨簧结构定位夹紧，右端内孔d2采用单锥涨簧结构定位夹紧，如图2所示。两套涨簧全线支承薄壁加工零件内孔，使零件加工处于正确的理想尺寸状态。根据大直径薄壁件刚性弱的特点，为保证零件1.8mm的壁厚均匀，达到加工零件的同轴度Ф0.06 mm 设计要求，涨簧设计采用全圆柱面接触，以增加零件整体加工刚性。如图3所示为螺母旋紧带动活动锥体挤压双锥涨簧、涨簧变形而夹紧工件的过程。1.轴2固定锥本3.销 4.双锥涨簧 5.活动锥体Ⅰ 6.导向键7单锥涨簧8.活动锥体Ⅱ9.螺母 3.装夹变形接触问题分析中有限元方法的应用 在机械结构设计中，零件间的接触和配合是很常见的。对于精密薄壁零件的装夹过程而言，螺母旋紧带动活动锥体挤压双锥涨簧、涨簧变形而夹紧工件的过程即是典型的接触问题。目前，在解决接触问题方面已广泛采用有限元方法来确定接触表面上的应力、变形以及接触区域的大小。分析过程是：首先假设接触状态和可能的接触区域，然后按这些状态所对应的边界条件，依照两接触体间的接触面积和压力分布随外载荷变化而变化的特点来建立方程并求解；其结果应满足假定接触状态对应的判定条件，否则需要修改接触状态，继续求解，直到满足相应的判定条件为止。所以接触问题的求解是一个迭代求解过程，需要较大的计算资源，为进行有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
如何减少薄壁零件加工变形 作者：夹具侠 金属零件，尤其是薄壁零件在加工过程中由于材质本身的状态及加工过程中热应力等因素的影响，变形是不可避免的，主要原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极易产生变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。 在加工以及加工过程中，选择合适的夹具夹持薄壁零件并且根据零件的加工工艺要求改进夹具结构能够有效改善这一问题。本文将介绍一款薄壁零件夹具以及一位热心用户在设计薄壁零件夹具过程中对夹具改进的分享。夹具侠网站 ▲铝制薄壁类零件 外抱式静压膨胀夹具是一种超高精度夹具，夹持回转精度可以达到≤3μm; 尤其适合于夹持薄壁工件，解决高精度加工中的夹持难题。 一、外抱式静压膨胀夹具结构原理
图1是外抱式静压膨胀夹具的结构示意图。在夹具主体与夹紧孔薄内壁之间有一个环形封闭油腔。当拧紧胀紧螺钉时，油腔内油压升高，使夹紧孔薄内壁承受均匀外压，向中心均匀收缩而抱紧被夹持工件的外圆柱面; 当松开胀紧螺钉时，油腔内油压回落，夹紧孔薄内壁在弹性回复力的作用下回复到原始直径而松开被夹持工件。夹具侠网站 图1 外抱式静压膨胀夹具的结构示意图 二、外抱式静压膨胀夹具应用 在机床上常用卡盘夹持工件外圆，例如在车床、磨床上用卡盘夹持工件。但是当工件是薄壁件或者要求夹持精度≤10μm时，卡盘就难以满足要求，此时静压膨胀夹具就可以显示出它的优越性。 图2是一种用于车床的外抱式静压膨胀夹具，夹具直接与车床主轴连接，被夹持工件是一种薄壁轴套，轴套上的二个外圆柱面是一次装夹加工出来的。 夹持优点： ①在二处外抱夹持外圆柱面，解决了过定位夹持问题； ②夹持力均匀，被夹持工件变形小，适合于薄壁工件的夹持； ③夹具的回转精度高，加工后工件内孔对被夹持外圆的径向跳动≤6μm。
构件的基本变形与强度练习题 构件的基本变形与强度练习题 一.填空题 1. --------------------------------------------------------- 杆件的基本变形有----------------------------- --------------------- 四种。 2.轴向拉伸与压缩的受力特点是： 变形特点是 --------- O 3?杆件所受其他物体的作用力都称为外力。它包括------------- 和 --------------- 杆件内 部由于外力的作用而产生的相互作用力称为
---------- ，在某一范围内随外力的增大而4.单位面积上的内力称为 5?工程中一般把------------- 作为塑性材料的 极限应力，对于脆性材料，则把------------ 作为材料的极限应力。 6. -------------------------------------------- 安全系数反应了-------------------------- 。 7.对于重要的构件和哪些如果破坏会造成重大
事故的构件，应将安全系数取 &当细长杆所受压力达到某个极限时，就会突然 变弯而丧失工作能力，这种现象称为 ------------- ,简称 ----------------- ----------------- , 变形特点是 10?构件发 生剪切变形的同时往往在接触的作用 面之间发生 -------------------------- -------------------- 。变形特点是 12?圆轴扭转时，横截面上只有 --------------- 应力，而没有 ------------- 应力。 13 弯曲变形的受力特点是 ------------------- ,变形特点是 15?根据支 撑方式不同，梁分为 ,三种形式。 9 11 轴扭转的受力特点是
材 料 力 学 ·198 · 第9章 构件/组合变形 9.1 概 述 前面章节讨论了杆件在拉伸（压缩）、剪切、扭转和弯曲等基本变形形式下的应力和位移的计算等问题。工程实际中的许多构件往往发生两种或两种以上基本变形，称为组合变形。例如，钻探机钻杆（图9.1（a ））上端受到来自动力机械的力螺旋（力+力偶）作用引起的轴向压缩变形，下部受到来自泥土的分布力螺旋作用引起的扭转变形；蓄水堤（图9.1（b ））受自重引起的轴向压缩变形，同时还有水平的水压引起的弯曲变形；又如机械中齿轮传动轴（图9.1（c ））在啮合力作用下，将同时发生扭转变形以及在水平和竖直平面内的弯曲变形；再如厂房中支撑吊车梁的立柱（图9.1（d ））在由吊车梁传来的不通过立柱轴线的竖直载荷作用下，引起的偏心压缩变形，它可看成是轴向压缩和纯弯曲的组合变形。 图9.1 组合变形实例 对于组合变形下的构件，在线弹性范围内，小变形条件下，可按构件的原始形状和尺寸进行计算。因而，可先将载荷化为符合基本变形外力作用条件的外力系，分别计算构件在每一种基本变形下的内力、应力或变形。然后，利用叠加原理，综合考虑各种基本变形的组合情形，以确定构件的危险截面、危险点的位置及危险点处的应力状态，并据此进行强度计算。 利用叠加原理进行组合变形构件的强度分析计算过程可概括为： （1）按引起的变形类型分解外力。通常是将载荷向杆件的轴线和形心主惯轴简化，把组合变形分解为几个基本变形。
第9章 构件/组合变形 ·199 · （2）分别绘出各基本变形的内力图，确定危险截面位置，再根据各种变形应力分布规律，确定危险点。 （3）分别计算危险点处各基本变形引起的应力。 （4）叠加危险点的应力。叠加通常是在应力状态单元体上的进行。然后选择适当的强度理论进行强度计算。 若构件的组合变形超出了线弹性范围，或虽在线弹性范围内但变形较大，则不能按其初始形状或尺寸进行计算，必须考虑各基本变形之间的相互影响，此时不能用叠加原理。 本章主要讨论在实际工程中常见组合变形：拉（压）弯组合、弯扭组合、斜弯曲等。 9.2 轴向拉伸（压缩）与弯曲的组合 杆件受轴向拉伸（压缩）与弯曲的组合作用有两种情况：一种是轴向载荷与横向载荷的联合作用，另一种是偏心拉伸或压缩。 若杆受到轴向载荷作用的同时，又在其纵向平面内受到横向载荷的作用，这时杆件将发生轴向拉伸（压缩）与弯曲的组合变形。对于弯曲刚度较大的杆件，由于横向力引起的挠度与横截面的尺寸相比很小，原始尺寸原理可以使用，轴向力因弯曲变形而产生的弯矩可以省略不计。这样，轴向力就只引起压缩变形，外力与杆件内力和应力的关系仍然是线性的，叠加原理就可以使用。可分别计算由横向力和轴向力引起的杆横截面上的正应力，按叠加原理求其代数和，即得在拉伸（压缩）与弯曲组合变形下杆横截面上的正应力。 下面以图9.2所示的简支梁为例，说明杆受轴向载荷与横向载荷联合作用下的应力及强度计算方法。该简支梁承受轴向载荷F 与横向均布载荷q 的联合作用。轴向载荷F 使梁产生轴向伸长，引起各横截面的轴力均为F N =F （图9.2（c ））；横向载荷q 使梁发生在xy 平面 内的弯曲，跨中截面C 的弯矩最大，其值为2max /8C M M ql ==（图9.2（d ））。显然，截面C 是危险截面（剪力引起的切应力通常忽略不计），如图9.2（b ）所示。 在危险截面上，由轴力F N 引起的正应力N F σ为 N N F F A σ= 纵坐标为y 处，弯矩C M 引起的弯曲正应力M σ为 max M z M y I σ= 应用叠加原理，可得危险截面上任一点处的正应力 （9.1） 上式表明，正应力沿截面高度呈线性变化，且中性轴不通过截面形心。截面底部边缘和顶部边缘处的正应力分别为 （9.2）