精密机械加工领域,热变形是影响加工精度的关键因素之一。随着加工精度要求不断提升,有效控制热变形成为保障产品质量的核心任务。
热变形产生的根源主要有切削热和摩擦热。切削过程中,刀具与工件间的剧烈摩擦会产生大量切削热,约占总热量的 70%-80%。同时,工件与夹具、刀具与刀杆等部件间的摩擦也会生成热量。这些热量使工件、刀具和机床部件温度升高,进而因热胀冷缩效应导致尺寸和形状变化,引发加工误差。
优化加工工艺是控制热变形的重要手段。首先,合理选择切削参数。降低切削速度可减少单位时间内产生的切削热,适当加大进给量虽会增加切削力,但能使热量更均匀分布在切屑中,被切屑带走的热量增多,从而降低工件受热影响。例如,在加工铝合金零件时,将切削速度从 200m/min 降至 150m/min,同时适当提高进给量,可有效减少热变形。其次,采用间断切削方式。相比连续切削,间断切削能使刀具周期性散热,降低刀具和工件的温度,减少热变形积累。
选用合适的加工设备也至关重要。高精度机床通常具备更好的热稳定性设计。一些机床采用热对称结构,使机床各部件在受热时的变形相互抵消。同时,配备高精度的温控系统,可实时监测机床关键部位温度,通过冷却系统或加热装置调节,将温度波动控制在小范围内。例如,某些机床可将温度控制在 ±0.1℃,大减少了热变形对加工精度的影响。
冷却措施在热变形控制中不可或缺。切削液的合理使用能有效带走切削热。选择具有良好冷却性能和润滑性能的切削液,如乳化液、合成切削液等,可降低切削温度,减少刀具磨损和工件热变形。采用喷雾冷却、低温冷风冷却等冷却技术,可进一步提高冷却效果。喷雾冷却利用压缩空气将切削液雾化后喷向切削区域,在气化过程中吸收大量热量;低温冷风冷却则通过向切削区吹送低温空气,迅速带走热量,这些方法都能显著降低热变形程度。