薄壁零件车削加工中热变形分析及对策

龙源期刊网

薄壁零件车削加工中热变形分析及对策

作者：容黎明

来源：《西部论丛》2018年第12期

摘 要：薄壁零件的车削是车削加工中的一个难点，这类零件在切削力作用下，容易引起热变形以及产生振动和受力变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。如何减少因“热”引起零件变形，保证薄壁零件质量？本文从切削用量、刀具的几何角度和切削液的选择三个方面对零件产生热变形的因素、解决办法作一些探讨和分析。

关键词：薄壁零件 变形 切削用量 刀具参数 切削液

薄壁零件的加工是车削中难度较大的，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中容易变形，使零件的形位误差增大，不宜保证零件的加工质量。为此，我结合多年的工作经验将薄壁零件从切削用量的选择、刀具的合理选用、切削液的使用等方面，进行分析和探讨。为以后更好地加工薄壁零件，保证质量，提供一些依据。

一、薄壁零件加工中产生温升的主要因素

切削热是切削过程中的重要物理现象之一。切削所消耗的能量，除了1%～2%用以形成新表面和以晶格扭曲等形式形成潜藏能外，有98%～99%转换为热能。大量的切削热使得切削温度升高，这将直接影响刀具前面上的摩擦因数、积屑瘤的形成和消退、刀具的磨损、工件加工精度和已加工表面质量等，所以研究切削产生的“热”是获得加工质量的重要内容。

被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前面、工件与后面之间的摩擦也要耗功，也产生大量的热量。因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前面接触区、后面与过度表面接触区。

切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性产生的热量百分比降低，而摩擦产生的热量百分比增高。切削脆性材料时，后面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。向周围介质直接传出的热量，在干切削（不用切削液）时，所占比例在1%以下。

龙源期刊网

薄壁零件车削加工中热变形分析及对策

作者：周友奎

来源：《信息技术时代·上旬刊》2019年第01期

摘要：薄壁零件的车削是车削加工中的一个难点，这类零件在切削力作用下，容易引起热变形以及产生振动和受力变形，影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。如何减少因“热”引起零件变形，保证薄壁零件质量？本文从切削用量、刀具的几何角度和切削液的选择三个方面对零件产生热变形的因素、解决办法作一些探讨和分析。

关键词：薄壁零件；变形；切削用量；刀具参数；切削液

一、薄壁零件加工中产生温升的主要因素

切削热是切削过程中的重要物理现象之一。切削所消耗的能量，除了1%～2%用以形成新表面和以晶格扭曲等形式形成潜藏能外，有98%～99%转换为热能。大量的切削热使得切削温度升高，这将直接影响刀具前面上的摩擦因数、积屑瘤的形成和消退、刀具的磨损、工件加工精度和已加工表面质量等，所以研究切削产生的“热”是获得加工质量的重要内容。

被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前面、工件与后面之间的摩擦也要耗功，也产生大量的热量。因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前面接触区、后面与过渡表面接触区。

切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性产生的热量百分比降低，而摩擦产生的热量百分比增高。切削脆性材料时，后面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。向周围介质直接传出的热量，在干切削（不用切削液）时，所占比例在1%以下。

切削热由切屑、刀具、工件及周围介质传出的比例，可举例如下：（1）车削加工时，切屑带走的切削热为50%～86%，车刀传出10%～40%，工件传出3%～9%，周围介质（如空气）传出1%。切削速度愈高或切削厚度愈大，则切屑带走的热量愈多。

薄壁零件的加工特点及工艺分析

机械加工肯定少不了薄壁零件的加工，而这类零件加工更需要仔细认真，所以了解其加工特点及工艺很有必要。以下是店铺为你整理推荐薄壁零件的加工特点及工艺分析，希望你喜欢。

薄壁零件的加工特点

1)易受力变形：因工件壁薄，在夹紧力的作用下

容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形

状精度;

(2)易受热变形：因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制;

(3)易振动变形：在切削力(特别是径向切削力)的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。

薄壁零件的加工工艺

薄壁零件加工精度的容易受到多方面因素的影响，归纳起来主要有以下三方面：

(1)受力变形;

(2)受热变形;

(3)振动变形。

如果采用传统的数控加工工艺，很难加工出符合精度要求的薄壁零件，甚至使薄壁产生破裂。主要原因如下：

(1)在粗加工时，切削量较大，在切削力、夹紧力、残余应力和切削热的作用下，会使薄壁产生一定程度的变形。

(2)半精加工和精加工时，随着材料的去除，工件的刚度已降至非常低，薄壁部分的变形会进一步加剧。

因此，根据薄壁零件的结构特点和加工精度要求，对于薄壁零件，应尽可能选择高速切削技术来加工。采用高速切削技术，可有效地降低切削力和切削热，消除工件的残余应力，以提高薄壁零件的尺寸稳定性，同时要兼顾加工效率。

除采用高速切削技术外，薄壁零件的加工，还要合理安排加工顺序，尽可能保证内外轮廓线依次交叉切削加工。以进一步消除工件变形带来的尺寸误差。

薄壁零件的加工举例

1、工序的划分

本任务划分为两道工序，共分(1)工序一：薄壁加工;(2)工序二：铣凸台和椭圆槽。(3)工序三：孔加工。

其中工序一是难点。划分2个工步，具体加工顺序如下：(1)选择φ10 mm双刃键槽铣刀粗加工薄壁内外轮廓线，刀补值选8.3mm，留出半精加工余量，深度方向分层切削，留0.2mm余量;(2)换φ10 mm四刃立铣刀，采用高速切削技术半精加工薄壁内外轮廓线，刀补值选8.1 mm，深度方向分别留0.1mm余量;(3)用φ10 mm四刃立铣刀，采用高速切削技术，精加工薄壁两条轮廓线，并根据实际测量尺寸控制零件加工精度。

关于热处理零件变形的解决措施探讨

零件结构对热处理后的变形影响极大，严重时会出现裂纹等缺陷。因此在设计零件时，应在满足使用性能的条件下，从热处理的工艺角度出发，适当修改零件结构来改善热处理操作难度。本文对热处理零件变形的解决措施进行了分析。

标签： 热处理；零件变形；措施

热处理变形是指零件经热处理后其变形量超过了图样公差要求的一种物理现象。设计人员设计零件的主要任务是确定零件的几何形状、机械性能要求、尺寸精度和选定材料牌号等等。热处理目的是使零件获得所要求的机械性能和力学性能。当热处理零件出现破损、弯曲、变形、发裂等现象时，人们常从材料的质量、热处理工艺使用不当或其他实际情况寻找发生变形的原因；除此之外，还应该从设计人员开始设计零件时的零件结构设计、材料选择、制定热处理技术要求等方面寻找原因，减少热处理的困难，和造成废品、反修品和零件在使用中的失效的情况。因此设计人员必须在零件设计之初充分考虑零件结构在热处理中会不会引起变形或开裂等因素。

一、零件的结构分析

变形和开裂是由热应力与组织应力共同作用的结果。热应力是由于工件在加热和冷却时各部热胀冷缩不一致而产生；工件在加热时厚度大的传热较慢热胀也就慢，冷却时，厚度大的冷却也较慢冷缩也就慢，因此厚度大的结构限制了厚度薄的结构的热胀和冷缩。组织应力是由于加热和冷却时组织转变不同时而产生。同理，由于工件厚薄的差异，厚度较大的结构无论加热或冷却组织转变都滞后厚度较薄的结构，因此，引起体积膨胀或收缩也不一致。同样厚度较大的结构限制了其它结构的组织转变。明确了应力产生的原因与工件的结构有直接关系，零件设计，编制加工与工件的热处理变形有很大的关系，在零件设计时注意工件的截面积不宜过于悬殊，且截面形状尽量对称。如设计时无法调整，在工件热处理前采用工艺调整的方法预留较大的加工余量或预留工艺台，在热处理后去除预留结构；在工件结构较薄处加副结构。

二、从设计方面考虑