半环与扇形零件的生产加工

□ 吴必锋 □ 王 灵

贵州航宇科技发展股份有限公司 贵阳 550081

1 加工工艺重要性

随着我国经济的快速发展,我国机械加工的各个行业也在以良好的势头向前发展,但是机械加工中零件变形的问题还是困扰行业中的很多人。目前,有不少的产品最终以半环或扇形状态交付。

目前多数半环或扇形零件的毛坯成形方式是铸造,随着社会的发展,科技不断的进步,对零件的整体性能要求也越来越高。铸造出来的零件机械性能已经无法满足当前对零件性能的要求,为此,我们需要改进零件毛坯的成形方式和生产加工方式,进而得到符合性能要求的零件。

零件的生产加工方法是指定生产的重要技术性工艺文件,直接关系到零件的质量、生产率及加工零件的经济效益,生产规模的大小、工艺水平的高低,以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过生产加工工艺来体现,因此工艺规程编制的好坏是生产零件质量的重要保证、重要依据,在编制加工工艺时必须保证工艺的合理性、科学性和完善性。

2 半环或扇形零件毛坯种类及加工方案

按锻件的成形方式可以分为铸件、自由锻件、环轧件,按零件的加工方式可以分为单件加工、 组合件加工、整体式加工。根据零件的不同要求,可选择不同加工方案。

铸件工艺性不好,不能满足锻件的多种性能要求,所以对零件的成形方式应该选用自由锻件或环轧件。

自由锻造成形,锻件的性能要求可以得到满足,但自由锻件的毛坯加工余量大,原材料耗费高,加工费用高,不符合当前的节材要求。

为降低零件的加工难度,通常都是将单个半环或扇形组合起来加工,即将毛坯按一个环形件生产加工,加工完成后再进行切分。这样的加工方式原材料耗费低,加工工艺性较好,在生产中比较容易加工,加工费用较低,使得零件的成形及加工成本都得到了很大程度的优化。

综合上述各种因素,得出半环零件的生产加工方案为:毛坯选择自由锻件或环轧件,加工方式选择为组合件加工或整体式加工,锻件切分最终获得半环或扇形零件。但部分材料零件机加工完成,切割成半环或扇形零件后,会发生不同程度的变形,导致零件精度超差。为此,应在半环或扇形零件的生产加工过程中,根据半环或扇形零件的材质和形状进行分析,增加相对应的机加工及去应力处理工序来改善零件切分后的变形情况,通过优化的生产加工方案,使切分后的零件变形情况得到改善。

3 零件变形原因分析

(1) 零件的结构与材质。机械加工的过程中,零件的结构与零件的材质是影响零件变形的主要原因,变形零件数量的多少,以及零件的自身形状的改变,都与加工零件的长宽、零件壁的厚度有很大的关联,因此零件的材质质量要进行仔细挑选,在加工时零件的硬度也能够影响零件的变形,这些都是我们需要了解并加以分析的主要原因。

(2) 零件加工装夹点、装夹方式造成变形。在机械加工时,零件装夹是需要倍加关注的环节之一,要正确选取装夹点、装夹方式,根据零件具体夹紧位置来选择适当的夹紧力度。否则在零件装夹时就会很容易产生零件变形,零件的夹紧点和受力点不一致也是引起零件变形的主要原因。在加工时,零件的夹紧力先后顺序安排不当会使夹紧力发挥作用受到极大的影响。

(3) 零件切削加工时造成变形。零件在切削加工过程中由于受到切削力的作用,致使受力点发生变形,会产生让刀现象。在对薄壁零件进行切削时,刀具的角度没有掌握运用好,在切削中会产生热变形,同时零件表面的质量会受到破坏。在切削加工时刀具与零件避免不了出现摩擦,摩擦后会产生一定的热量,这种热量也会致使零件发生变形。金属发生热变形时,主要是内部的区域组织发生了变化累积产生的结果,当零件从高温冷却之后,零件材料内部各组织体积会发生变化,互相影响的结果导致内应力的出现。在加工时如果没有正确合理地使用切削液,也是影响零件加工精度及质量的重要原因。

(4) 零件加工后应力变形。在零件加工后,零件自身存在有内应力,当零件在进行热处理后,零件自身的内应力就会发生变化,会使内应力失去平衡,不能够保证零件外形尺寸的稳定状态。

(5) 断面切割的物理性破坏应力变形。实际上,整体式生产加工单环或扇形零件,以上几种因素对零件变形的影响都没有断面切分所引起零件应力变形的影响大,断面切分是导致半环或扇形零件最终应力变形的直接因素。

4 零件变形应对方法

(1) 半环零件毛坯锻造成形方式与结构设计。当零件的材料确定后,零件毛坯的锻造成形方式与结构设计对零件加工成形有很大的影响。毛坯到成品之间材料的去除量是导致锻件内应力变形的主要因素,因此在零件毛坯的形状设计时,一定要考虑零件后续机械加工材料去除量的均匀性,这是保证锻件内部应力平衡的重要保障。

(2) 选择正确合理的机械加工方法及加工参数。在切削零件的过程中由于切削力的影响,使用合适的切削参数,不仅可以降低零件与刀具之间的摩擦阻力,还可以使刀具切削时产生的热量快速挥发,从而降低零件的内应力。比如高速切削时,切削的速度之快使大部分切削热量被切屑带走,有效降低了零件在切削时产生的热变形,提高了零件的尺寸精度和品质的稳定性。

(3) 增加适当的热处理工艺。零件自身就存在内应力,在加工时,内应力的平衡会受到破坏,零件会在加工时发生变形,也会在加工完成放置一段时间后发生变形,从而达到另一种平衡状态。因此,要解决这类问题,需要在粗加工到精加工过程中增加一次或多次的半精加工和去应力热处理,从而来减小或消除零件内部的残余应力。优化的工艺为粗加工,时效,再粗加工,时效,半精加工,时效,精加工。采用这种优化加工方式,可以降低或减小零件在加工过程中的变形量。

(4) 制订准确合理的生产加工工艺路线。不同材质的零件,内部应力是不同的,因此我们要熟悉各种类型材料的特性,针对相应的材料特性设计准确合理的生产加工工艺路线。

大部分材质的半环或扇形零件的生产加工工艺路线为环形毛坯取样理化测试,粗加工,探伤,锻件切分,精加工,以此获得合格的半环或扇形零件。

部分材质的半环或扇形零件的生产加工工艺路线为环形毛坯取样理化测试,粗车,探伤,粗加工,去应力热处理,锻件切分,加工,以此获得合格的半环或扇形零件。

特殊材质的半环或扇形零件的生产加工工艺路线为环形毛坯,车加工,沿径向线切割一个切口,去应力热处理,取样理化测试,粗加工,探伤,去应力热处理,锻件切分,加工,以此获得合格的半环或扇形零件。

综合上述分析可知,若使用相同的生产工艺路线,不同材质零件在同一生产工步或不同的生产工步、零件毛坯不同的直径大小、不同的截面形状、不同的材料去除率,在加工过程中都会出现不同差异变形。因此,为了准确掌握各类材质半环或扇形零件的加工性能,还需要做更多的工艺试验,进行深入的探索与研究。

5 注意事项

想要获得合格的半环或扇形零件,在设计工艺方案时需要注意以下四点:

(1) 设计合理毛坯结构、锻造成形方案与机械加工方案;

(2) 在零件加工成形的过程中增加适当的、科学的粗加工工序、时效工序和去应力热处理工序,可以减小零件的应力变形;

(3) 机械加工时在加工余量不变的情况下,采用少量多次,减小加工时的背吃刀量,增加进刀次数的加工原则进行加工,可以减小因进给量过大或切削温度过高而导致的零件应力变形;

(4) 制订合理的生产加工工艺流程,可以减小零件的变形量,保证锻件尺寸及形状的稳定性。

6 结束语

总之,半环或扇形零件生产加工工艺过程中,在毛坯的选择上和生产加工工艺上都要有相应的对策,需要根据零件的实际情况加以分析,找到一条最优、最科学的工艺路线。本文所述只是众多方法中的冰山一角,想要获得更加科学的工艺方案,需要我们继续不断学习、探讨和研究。