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当薄壁半圆件加工变形与对策

发布时间:2021-09-10 13:34:29 阅读: 来源:剪切机厂家

薄壁半圆件加工变形与对策

薄壁半圆环形结构的零件属断续加工,由于零件的刚性差,容易变形,加工较为困难。为解决零件的变形问题,必须在工艺上采取一些措施。

一、薄壁半圆件加工中遇到的问题

图1所示为薄壁半圆件的零件。壁厚∶直径=1∶26,零件材料为45钢,调质处理,精度要求较高。若单件加工,则比较困难。因为它不是一个整圆件,在车床上是断续切削,定位夹紧也很困难,需要复杂的夹具。而采用两件一起车削,即加工一个整圆,然后再分开的方法,可以解决断续车削及装夹的问题。根据这一方案,制定的工艺路线为:粗车整圆→热处理(调质)→半精车整圆→铣(切开)→磨(剖分面)。按照这种路线加工零件时发现,合格的整圆零件剖开分成两个薄壁半圆件后,在零件的两端口部向内缩,缩小量达0.5~1mm,如图2所示。因而在装配时,零件必须经过修锉,但修锉后的零件不符合图样要求。究其原因,是零件变形所致。

图1 薄壁半圆件

图2 剖开件端口向内收缩

二、变形原因分析

产生这种误差的原因主要是零件的内应力所致。而内应力是热处理和车削造成的。在热处理中,零件经加热,升温至780℃左右,再经快速冷却(水冷)和550~600℃高温回火,完成对零件的调质。由此可见,在调质过程中,热→冷→热→冷,零件受热膨胀,遇冷收缩。若零件结构不规则、厚薄不一,则受到的冷热程度、热胀冷缩的程度及受热和冷却速度不一。壁薄处热胀快,冷缩也快;壁厚处热胀慢,冷缩也慢。这种速度差,就会在零件的厚处与薄处的过渡区域内形成相互作用的内应力。内应力在整圆零件内部是相互平衡的。当零件被切开以后,内应力就要寻求新的平衡。这样,零件就会发生变形,而变形的大小,与其刚度有关。刚度大则变形小。对于薄壁件变形就比较大。该零件由于其中间有一段厚壁,在热处理冷却后,中间部分冷却速度慢,在其两端壁薄处,温度已降低了,而中间部分还在冷却收缩,则在两端壁薄处产生压应力,如图3所示。

图3 薄壁筒受力状态

精车和铣削也会产生内应力,是切削热引起的,相对来说较小,对零件变形影响不大。至于夹紧力,也会产生变形,但主要是圆度精度受影响,对零件开口影响不大。所以,当零件被铣开后,其压应力就在寻求新的平衡时,使零件开口处产生缩口现象。产生这种缩口变形误差的主要原因就是热处理产生的内应力。

三、解决问题的办法

要想解决这个问题,就要从消除内应力着手。一种办法是将工件在热处理后进行时效处理。另一种办法是先切开,再热处理,然后将两件点焊在一起加工。这两种办法,前一种工艺路线不变,只是加一道时效工序,由于时效处理内应力不可能完全被消除,故只能减少变形,但不能工业和信息化部在2012年1月制定了《新材料产业“1025”发展计划》完全消除变形。后一种工艺路线要进行比较大的改变。但这种方法能更有效地消除变形误差。现详述后一种办法。工艺路线改为:整圆粗车(留有较多的余量)→铣(分开)→热处理→点焊(合并)→半精车→钳(分开)→磨。这种改动关键在于先切开,再热处理。这样热处理时,工件可以充分变形。这是由于其形状是个半圆,而不是整圆,在这时内应力因零件已变形而会减少很多。而且用水冲洗留在筛上的碎石,在后续加工时,只是将其余量去除,本身结构不作大的变动(不像原来整圆切开),故其内应力的平衡也不会被打破,不会再因内应力而引起变形。热处理后,再将两件在自由状态下点焊在一起(合成一个圆),如图4所示。在点焊后,焊接点处会有焊接应力。由于焊后都是收缩,故在焊点处存在有拉应力。而零件的两端薄壁部分还会存在一定的压应力,两者可以抵消一些,从而使焊接应力对零件不会有什么影响。焊好的零件经车削加工后,焊接处仅剩很少一点焊缝,零件用手一掰,即可分开,再将剖分面磨光,便可得到完全合格(开口处基本无变形)的零件。如果要更精细些,则可在点焊后再加一道时效工序,效果会更好。即:粗车整圆→铣→热处理→点焊→时效→半精车→钳经过恰当的热处置工艺添加其力学功能→磨。

图4 两半圆环的焊接

综上所述,对于该零件,在工艺上主要采用了两件合一和先分开后热处理的办法,解决了加工问题和变形问题。因此,解决薄壁件、半圆件的加工问题,需根据不同情况加以分析,都会找到一条合适的工艺路线的。当然,本文所介绍的工艺路线比较复杂一些,如果进入2017年零件要求不高,就不妨采用时效工序,可以经济一些。(end)

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