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薄壁半圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的零件屬斷續(xù)加工，由于零件的剛性差，容易變形，加工較為困難。為解決零件的變形問題，必須在工藝上采取一些措施。

一、薄壁半圓件加工中遇到的問題

圖1所示為薄壁半圓件的零件。壁厚∶直徑＝1∶26，零件材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，精度要求較高。若單件加工，則比較困難。因為它不是一個整圓件，在車床上是斷續(xù)切削，定位夾緊也很困難，需要復(fù)雜的夾具。而采用兩件一起車削，即加工一個整圓，然后再分開的方法，可以解決斷續(xù)車削及裝夾的問題。根據(jù)這一方案，制定的工藝路線為：粗車整圓→熱處理（調(diào)質(zhì)）→半精車整圓→銑（切開）→磨（剖分面）。按照這種路線加工零件時發(fā)現(xiàn)，合格的整圓零件剖開分成兩個薄壁半圓件后，在零件的兩端口部向內(nèi)縮，縮小量達(dá)0.5～1mm，如圖2所示。因而在裝配時，零件必須經(jīng)過修銼，但修銼后的零件不符合圖樣要求。究其原因，是零件變形所致。

圖 1　薄壁半圓件



圖 2　剖開件端口向內(nèi)收縮

二、變形原因分析

產(chǎn)生這種誤差的原因主要是零件的內(nèi)應(yīng)力所致。而內(nèi)應(yīng)力是熱處理和車削造成的。在熱處理中，零件經(jīng)加熱，升溫至780℃左右，再經(jīng)快速冷卻（水冷）和550～600℃高溫回火，完成對零件的調(diào)質(zhì)。由此可見，在調(diào)質(zhì)過程中，熱→冷→熱→冷，零件受熱膨脹，遇冷收縮。若零件結(jié)構(gòu)不規(guī)則、厚薄不一，則受到的冷熱程度、熱脹冷縮的程度及受熱和冷卻速度不一。壁薄處熱脹快，冷縮也快；壁厚處熱脹慢，冷縮也慢。這種速度差，就會在零件的厚處與薄處的過渡區(qū)域內(nèi)形成相互作用的內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力在整圓零件內(nèi)部是相互平衡的。當(dāng)零件被切開以后，內(nèi)應(yīng)力就要尋求新的平衡。這樣，零件就會發(fā)生變形，而變形的大小，與其剛度有關(guān)。剛度大則變形小。對于薄壁件變形就比較大。該零件由于其中間有一段厚壁，在熱處理冷卻后，中間部分冷卻速度慢，在其兩端壁薄處，溫度已降低了，而中間部分還在冷卻收縮，則在兩端壁薄處產(chǎn)生壓應(yīng)力，如圖3所示。

圖 3　薄壁筒受力狀態(tài)

半精車和銑削也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，是切削熱引起的，相對來說較小，對零件變形影響不大。至于夾緊力，也會產(chǎn)生變形，但主要是圓度精度受影響，對零件開口影響不大。所以，當(dāng)零件被銑開后，其壓應(yīng)力就在尋求新的平衡時，使零件開口處產(chǎn)生縮口現(xiàn)象。產(chǎn)生這種縮口變形誤差的主要原因就是熱處理產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

三、解決問題的辦法

要想解決這個問題，就要從消除內(nèi)應(yīng)力著手。一種辦法是將工件在熱處理后進(jìn)行時效處理。另一種辦法是先切開，再熱處理，然后將兩件點焊在一起加工。這兩種辦法，前一種工藝路線不變，只是加一道時效工序，由于時效處理內(nèi)應(yīng)力不可能*被消除，故只能減少變形，但不能*消除變形。后一種工藝路線要進(jìn)行比較大的改變。但這種方法能更有效地消除變形誤差。現(xiàn)詳述后一種辦法。工藝路線改為：整圓粗車（留有較多的余量）→銑（分開）→熱處理→點焊（合并）→半精車→鉗（分開）→磨。這種改動關(guān)鍵在于先切開，再熱處理。這樣熱處理時，工件可以充分變形。這是由于其形狀是個半圓，而不是整圓，在這時內(nèi)應(yīng)力因零件已變形而會減少很多。而且，在后續(xù)加工時，只是將其余量去除，本身結(jié)構(gòu)不作大的變動（不像原來整圓切開），故其內(nèi)應(yīng)力的平衡也不會被打破，不會再因內(nèi)應(yīng)力而引起變形。熱處理后，再將兩件在自由狀態(tài)下點焊在一起（合成一個圓），如圖4所示。在點焊后，焊接點處會有焊接應(yīng)力。由于焊后都是收縮，故在焊點處存在有拉應(yīng)力。而零件的兩端薄壁部分還會存在一定的壓應(yīng)力，兩者可以抵消一些，從而使焊接應(yīng)力對零件不會有什么影響。焊好的零件經(jīng)車削加工后，焊接處僅剩很少一點焊縫，零件用手一掰，即可分開，再將剖分面磨光，便可得到*合格（開口處基本無變形）的零件。如果要更精細(xì)些，則可在點焊后再加一道時效工序，效果會更好。即：粗車整圓→銑→熱處理→點焊→時效→半精車→鉗→磨。


圖 4　兩半圓環(huán)的焊接

綜上所述，對于該零件，在工藝上主要采用了兩件合一和先分開后熱處理的辦法，解決了加工問題和變形問題。因此，解決薄壁件、半圓件的加工問題，需根據(jù)不同情況加以分析，都會找到一條合適的工藝路線的。當(dāng)然，本文所介紹的工藝路線比較復(fù)雜一些，如果零件要求不高，就不妨采用時效工序，可以經(jīng)濟(jì)一些。