精密機(jī)械加工領(lǐng)域,熱變形是影響加工精度的關(guān)鍵因素之一。隨著加工精度要求不斷提升,有效控制熱變形成為保障產(chǎn)品質(zhì)量的核心任務(wù)。
熱變形產(chǎn)生的根源主要有切削熱和摩擦熱。切削過(guò)程中,刀具與工件間的劇烈摩擦?xí)a(chǎn)生大量切削熱,約占總熱量的 70%-80%。同時(shí),工件與夾具、刀具與刀桿等部件間的摩擦也會(huì)生成熱量。這些熱量使工件、刀具和機(jī)床部件溫度升高,進(jìn)而因熱脹冷縮效應(yīng)導(dǎo)致尺寸和形狀變化,引發(fā)加工誤差。
優(yōu)化加工工藝是控制熱變形的重要手段。首先,合理選擇切削參數(shù)。降低切削速度可減少單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱,適當(dāng)加大進(jìn)給量雖會(huì)增加切削力,但能使熱量更均勻分布在切屑中,被切屑帶走的熱量增多,從而降低工件受熱影響。例如,在加工鋁合金零件時(shí),將切削速度從 200m/min 降至 150m/min,同時(shí)適當(dāng)提高進(jìn)給量,可有效減少熱變形。其次,采用間斷切削方式。相比連續(xù)切削,間斷切削能使刀具周期性散熱,降低刀具和工件的溫度,減少熱變形積累。
選用合適的加工設(shè)備也至關(guān)重要。高精度機(jī)床通常具備更好的熱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。一些機(jī)床采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu),使機(jī)床各部件在受熱時(shí)的變形相互抵消。同時(shí),配備高精度的溫控系統(tǒng),可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)床關(guān)鍵部位溫度,通過(guò)冷卻系統(tǒng)或加熱裝置調(diào)節(jié),將溫度波動(dòng)控制在小范圍內(nèi)。例如,某些機(jī)床可將溫度控制在 ±0.1℃,大減少了熱變形對(duì)加工精度的影響。
冷卻措施在熱變形控制中不可或缺。切削液的合理使用能有效帶走切削熱。選擇具有良好冷卻性能和潤(rùn)滑性能的切削液,如乳化液、合成切削液等,可降低切削溫度,減少刀具磨損和工件熱變形。采用噴霧冷卻、低溫冷風(fēng)冷卻等冷卻技術(shù),可進(jìn)一步提高冷卻效果。噴霧冷卻利用壓縮空氣將切削液霧化后噴向切削區(qū)域,在氣化過(guò)程中吸收大量熱量;低溫冷風(fēng)冷卻則通過(guò)向切削區(qū)吹送低溫空氣,迅速帶走熱量,這些方法都能顯著降低熱變形程度。