機械研究與應用２０１２年第３期（總第１１９期）經驗交流
趙躍俊（中船重工第７１６研究所，江蘇連雲港
２２２０００）
摘要：薄板類零件在現代產品中的應用非常廣泛，針對使用傳統的加工工藝、加工裝置加工薄板類零件，易造成零
件變形的情況。先從薄板類零件變形的型別和原因著手分析，進而從加工工藝、加工技術條件、加工刀具、裝夾方法幾個方面研究薄板類零件加工變形的解決方法，從而達到減小加工變形的目的。
關鍵詞：薄板類零件；變形；工藝；技術條件；刀具；裝夾方法
中圖分類號：ｔｈ１６文獻標識碼：ｂ文章編號
１ 引言
在現代紛繁複雜的結構產品中，為實現某些功能將會使用到一些薄板類零件。本文所提到的薄板類零件是特指厚度在８ｒａｍ以下的板料，並且還要對其進行 、ｙ、ｚ三個方向的加工。由於薄板類零件的厚度較小，加工後變形明顯，甚至加工前就已存在一定圖１彎曲變形圖２扭曲變形
的變形。在現代軍事工業中，薄板類零件得到廣泛應用，此類零件的結構較複雜、精度要求高，在加工過程
殘餘應力是在原材料成形和熱處理過程中形成中極易因切削作用而產生「讓刀現象」，造成上厚下的，是產生變形的主要原因。厚度越大，工件的剛度薄和尺寸超差等現象。因此，針對此類零件的加工，越大，應力強度不足會使其變形；當厚度小時，變形就採用傳統的加工方法已無法滿足產品的精度要求。
不可避免。加工前，工件的殘餘應力處於自平衡狀２薄板類零件變形的型別及原因
態，隨著材料切除的進行，形成己（長度）向和ｄ（寬２．１變形型別
度）向殘餘應力的變化，沿深度方向變化情況如圖３
為解決薄板類零件的變形，要先識別其變形類所示。
型，才能針對性的提出解決辦法。常見的薄板類零件變形分為彎曲變形和扭曲變形兩種。
彎曲變形是指在荷載作用下其軸線由原來的直線變成曲線而形成的變形，如圖１所示；扭曲變形是指平面內的一根橫向軸線沿縱向運動時繞縱軸轉動而形成的變形，如圖２所示。
２．２變形的原因
圖３向和ｄ向殘餘應力變化曲線
薄板類零件變形的主要原因有以下幾方面：①毛坯原材料已有的變形；②已切削材料殘餘應力的釋３薄板類零件加工變形的解決方法
放；③刀具對工件的切削力以及切削熱導致的變形；
通常板料剪下下料後會導致原材料的變形；同時
④工件在切削加工時的裝夾條件。
表面產生壓應力，心部呈拉應力狀態，切削加工時，零
收稿日期
作者簡介：趙躍俊（１９８５一），男，江蘇泰興人，助理工程師，主要從事結構工藝研究方面的工作。
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經驗交流
件內應力將產生變化，很容易引起薄板類零件的翹曲變形¨ 。針對此現狀，提出以下解決方法。
３．１加工工藝的改進３．１．１熱處理
為避免加工後變形，通常需在原材料下料後、加工前進行熱處理工藝【２］。消除材料殘餘應力的熱處理方法：退後去應力、正火、時效處理、急熱急冷處理。
對結構複雜、精度要求較高的工件，在粗、精加工後安排熱處理的同時，可增加工件的半精加工和精加工後穩定化熱處理工序，防止工件在裝夾、安裝使用
過程中發生細微的尺寸變化。工序過程簡述如下：粗加工一熱處理一（半精加工一熱處理一穩定化熱處理）一精加工一（穩定化熱處理）。
３．１．２冷處理
現有的冷處理方法通常有校平和振動時效。校平是一種用來解決工件加工變形後的辦法，主要通過施加外力對工件變形進行校平並釋放內部殘
餘應力，通常由人工或校平機進行校平；冷校平可結
合熱處理工序同時進行，以達到更好的校平效果。
振動時效是通過振動的形式給工件施加乙個動
應力，當動應力與工件本身的殘餘應力疊加後，達到或超過材料的微觀屈服極限時，工件就會發生微觀或
巨集觀的區域性、整體的彈性塑性變形，同時降低並均化工件內部的殘餘應力，最終達到防止工件變形，穩定
工件尺寸和幾何精度的目的。相比較熱處理工藝，具
有節能、生產周期短、生產費用低等優點，振動時效處理後的工件機械效能和可加工工藝性顯著提高。
３．１．３改進加工方法
針對薄板類零件的加工，在長期的加工過程中積累了一些好的加工方法，可有效控制加工後工件的變形問題。
（１）加工薄板類零件四周邊時，可將一定數量的毛坯料（可５塊、１ｏ塊一摞）採取四角點焊成一塊整體，避免或減小單件加工時裝夾、切削力導致的工件變形。
（２）加工厚度方向時，可採用兩面餘量均分加工
兩面的方法，在加工餘量定的情況下，單面每次切削量越少，反轉加工的次數越多，則切削加工後的變形量越小 ｊ。
（３）加工的過程中盡量使用冷卻液，並且要經常
更換按比例配製好的冷卻液，可有效減小因切削熱導致的加工變形。（４）針對薄板類零件加工時，可根據形狀變換裝夾位置或增加裝夾點來有效的控制加工變形。如圖
４所示，加工周邊外形時可在周邊周圈處黑點位置適當增加裝夾位置，加工異形方孔時更換裝夾位置到異
】４８２０１２年第３期（總第１１９期）機械研究與應用
形孔周圈的黑點處，加工長圓孔時更換裝夾位置到長圓孔周圈的黑點處。
圖４異形安裝板
３．２加工技術條件的改善
現代機械行業發展迅猛，已出現了很多代替傳統
機械工業的加工技術，可利用這些先進的加工技術解
決加工變形。先進的加工技術之所以能夠較好的解決加工變形的問題，主要是先進的加工技術和傳統的
加工技術相比有效地解決了零件加工過程中的切削力、切削熱和夾緊力的問題。
（１）線切割技術電火花切割簡稱線切割，是在
電火花穿孔、成形加工的基礎上發展起來的，分為慢
走絲和快走絲。尤其適合薄板類零件周邊及內部複雜形狀的加工，圖４所示零件用線切割技術加工便
捷、幾乎無變形。
（２）高速切削技術高速切削加工作為製造加工中重要的一項先進製造技術－４ｊ，是集高效、優質、低耗於一身的先進製造技術，已成為國際製造工藝中的主流。高速切削加工的小量快速使切削力減少，切削的高速排除，阻隔了工件的切削力和熱應力，可有效的減小薄板類零件切削加工的變形。高速切削加工具有以下優勢：
提高加工速度；提高加工生產效率；可獲得高質量的加工表面；簡化加工工序；加工變形較小，很適合薄板類零件的加工。
（３）雷射技術雷射是２ｏ世紀６０年代的新光
源。由於雷射具有方向性好、亮點高、單色性好等特
點而得到廣泛應用。與其他加工方法相比，雷射加工是非接觸加工，對零件無直接衝擊，加工過程中無切削力作用於零件，基本無變形。
（４）其他的先進技術除以上先進的加工技術
外，還有其他非接觸加工的加工辦法。比如，超聲波
加工技術、水射流加工技術、等離子體加工技術、離子束加工技術【５］。這些加工辦法都具有加工變形小的
特點。３．３選用高效能加工刀具
隨著化學氣相沉積（ｃｖｄ）工藝開發的純聚晶金
剛石材料的出現，其作用在刀具的塗層，有效的增強了刀具的耐磨層，在曾經不可能達到的標準上提高了
（下轉第１５０頁）
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２０１２年第３期（總第１１９期）枕翻院與應用
同軸度要求由固定板１ｏ的台階來保證。
構十分複雜。因此，在考慮方案時，要求製件幾何形
狀不要過分複雜，材料不宜過厚，通常用於料厚小於２ｍｍ 的中小沖件。
（２）由於模具刃口分布密集，當材料較厚時，衝
裁力較大，因此設計模具的結構時要注意零件的強度
和剛度，要適當增加導柱的尺寸和模板的厚度，並採取措施減小衝裁力，如採用斜刃或將上模設計成階梯型凸模。
（３）在考慮模具結構時要便於裝拆，便於調整間
隙，便於維修。刃口與刃口間的位置度與同軸度盡可
圖３墊片復合衝裁模
能用台階定位來保證。
１．上模座２．墊板３．推件杆４．推闆５．模炳６．打料杆
（４）由於該類模具同時將幾隻零件或廢料同時
７．旋入式推件杆８．沖孔凸模９．上凸凹模
１０．固定板
推出模具，因此模具的卸料裝置和打料機構必須有足
ｌ１，１２．推件板
ｌ３．凹模
１４。１５．凸凹模
ｌ６．卸料板
１７．卸料板
夠的強度與剛度，某些薄弱部位要通過強度計算決定ｌ８．卸料橡皮１９．固定板２ｏ．墊板２１．卸料螺釘２２．頂桿其結構尺寸，保證定位可靠。
２３．下模座２４．螺桿２５．導柱２６．定位銷２７．導套
（５）因模具結構複雜、製造困難，因此要盡可能下模的工作刃口由零件ｌ４、１５構成。零件１４的
提高模具的使用壽命。上、下模要選用強度高、韌性
外圓為ｂ墊圈落料凸模，內圓是ｂ墊圈衝孑ｌ凹模；零
好的材料，或在模具的刃口部位進行表面強化處理。
件１５的外圓為ａ墊圈落料凸模，內圓是ａ墊圈沖孔
５ 結論
凹模；兩件凸凹模之間的同軸度是由零件ｌ４和零件
用該模具製造的產品特點是材料利用率高，經計
ｌ５本身的配合來保證。衝裁時，條料從右向左送進，
算材料利用率高達６２％。如果不用套料進行衝裁，
由導料銷導向（圖中未畫）；步距控制由固定擋料銷
其材料利用率只有４３％左右；在生產率方面，由於壓
２６實現。衝裁時，由卸料板１６和１７壓緊坯料，保證
力機一次衝裁可得到兩個以上的零件。因此，用套料
製件斷面平整。衝裁完成後，留在條料上的廢料和模
聯合衝裁模比普通復合模具生產率提高幾乎一倍以
具內部環形廢料，分別由卸料板１６和１７實現卸料。
上。另外由於模具數量減少，模具成本也有所降低，
兩隻製件都停留在上模內，當上模回程時，由打棒６，
節約了零件的成本，提高了經濟效益。
通過推件杆３帶動推件板ｌ２、推闆４和旋人式推桿７參考文獻：
帶動推件板１１將內外兩個製件向下推出。墊圈ａ內［１］李碩本．沖壓工藝學［ｍ］．北京：機械工業出版社，１９８２．孑ｌ中的廢料從模具的下面的孔中漏下。
［２］王孝培．沖壓設計資料修訂本［ｍ］．北京：機械工業出版社
４模具設計要點
１９９０．
（１）由於該衝裁模要同時沖製幾種零件，模具結
（上接第１４８頁）
高；先進的加工技術所需裝置需要前期投人大量的資刀具的效能。純聚晶金剛石（ｐｃｄ）刀具材料，具有很金，可結合本單位的實際情況，選用一些適合的加工高的硬度和耐摩性，可磨出鋒利的刀刃，還有很好的技術解決薄板類零件加工變形問題。導熱性，線膨脹係數小，摩擦因素也小。
刀具表面與
參考文獻：
金屬親和力小，刀具一般拋光成鏡面，不易產生積屑，［１］李華．機械製造技術［ｍ］．北京：機械工業出版社，２０００．加工尺寸穩定，加工變形問題可得到有效的解決。
［２］孟少龍．機械加工工藝手冊［ｍ］．北京：機械工業出版社，１９９１．
３．４裝夾方法
［３］艾
興，肖詩綱．切削用量手冊［ｍ］．北京：機械工業出版社，
傳統的裝夾方法已不太適合對薄板類零件進行１９８５
加工［６】，可採取真空吸盤的裝夾方法，以此避免零件［４］陳家方．實用金屬切削加５１２３２藝手冊［ｍ］．上海：上海科學技術
在加工過程中由於裝夾壓應力造成的變形。
出版社，２０１１．
［５］劉戰強，黃傳真，郭培全．先進切削加工技術及應用［ｍ］．北京：
４結論機械工業出版社，２０１１．
通過改進薄板類零件加工工藝，零件的加工變形［６］浦林祥．技術切削工具機夾具設計手冊【ｍ］．北京：機械工業出版
能夠得到有效的控制，零件的尺寸精度也能夠得到提
社，１９９５．】５０
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