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。

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