DINGWEIWUCHA工件內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響

內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因內(nèi)應(yīng)力（又稱殘余應(yīng)力），是指當(dāng)外部載荷去掉以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。或者說是在沒有外力作用時而存在于工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因具有內(nèi)應(yīng)力的零件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，它內(nèi)部的組織有強烈的傾向要恢復(fù)到一個穩(wěn)定的沒有應(yīng)力的狀態(tài)，即使在常溫下，零件也會不斷的緩慢地進行這種變化，直到殘余應(yīng)力安全松弛為止，在這一過程中，零件將會翹曲變形，原有的加工精度會逐漸喪失。內(nèi)應(yīng)力的特點內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因在鑄、鍛、焊及熱處理過程中，由于工件各部分不均勻的熱脹冷縮以及金相組織轉(zhuǎn)變時的體積改變，工件內(nèi)部會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。工件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、壁厚相差越大、散熱條件越差，內(nèi)應(yīng)力就越大。后續(xù)加工中再切去金屬，工件內(nèi)部的應(yīng)力將重新分布，從而導(dǎo)致產(chǎn)生加工誤差。01毛坯制造和熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因例圖a是一個內(nèi)外壁厚相差較大的鑄件，澆注后，冷卻過程如下：壁1、2較薄，散熱容易，冷卻快。壁3冷卻慢，當(dāng)1、2從塑性狀態(tài)冷卻到彈性狀態(tài)時，3還處于塑性狀態(tài)，這時1、2收縮時3不起阻擋變形的作用，鑄件內(nèi)部不會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。01毛坯制造和熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力及其變形內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因當(dāng)3冷卻到彈性狀態(tài)時，1、2的溫度已經(jīng)降低很多，收縮速度很慢，但3收縮快，所以受到1、2的阻礙，壁3受拉應(yīng)力，1、2受壓應(yīng)力，以保持平衡。在2上開一小口，2上壓應(yīng)力消失，在1、2內(nèi)應(yīng)力作用力，內(nèi)應(yīng)力重新分布，達到平衡，工件翹曲。01毛坯制造和熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力鑄造內(nèi)應(yīng)力及其變形內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因例

機床床身鑄件，為提高導(dǎo)軌面的耐磨性，采用局部激冷的工藝使其快速冷卻，以獲得高的硬度，但鑄件內(nèi)應(yīng)力更大，導(dǎo)軌表面經(jīng)粗加工刨去一層，引起內(nèi)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生彎曲變形，新平衡過程需較長時間，導(dǎo)軌精加工后除去大部分變形，但內(nèi)部還在變化，合格的導(dǎo)軌面喪失原有的精度。01毛坯制造和熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因細長軸類零件加工時，通常采用冷校直的方法糾正彎曲變形。02冷校直帶來的殘余應(yīng)力冷校直時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的過程a）彎曲工件；b）壓直；c）反彎曲；d）校正后內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因在外力F的作用下，工件應(yīng)力重新分布，軸心以上部分產(chǎn)生壓應(yīng)力，軸心以下部分產(chǎn)生拉應(yīng)力。兩條虛線間是彈性變形區(qū)域，虛線外是塑形變形區(qū)域。外力F撤銷后，彈性變形恢復(fù)，而塑形變形不能恢復(fù)，殘余應(yīng)力重新分布，達到平衡。雖然彎曲減小了，但卻處于不穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過一定時間或再次切削加工，又會產(chǎn)生新的彎曲。02冷校直帶來的殘余應(yīng)力冷校直時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的過程a）彎曲工件；b）壓直；c）反彎曲；d）校正后內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因02冷校直帶來的殘余應(yīng)力精度要求高的細長軸，不允許冷校直。而通過增加余量，多次切削和時效處理消除彎曲，或采用熱校直。內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因03切削加工帶來的殘余應(yīng)力工件表面在切削力、切削熱的作用下，也會出現(xiàn)不同程度的塑性變形和由于金相組織的變化引起的體積改變，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力的大小和方向是由加工時各種工藝因素所決定的。切削加工產(chǎn)生殘余應(yīng)力使工件加工后由于內(nèi)應(yīng)力重新分布而變形，從而破壞加工精度。內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因如圖：在沿著切削表面的方向會有拉伸殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。與此同時，刀具的后刀面會對已加工表面有進一步的擠壓和摩擦，會使其表面發(fā)生塑性伸長而產(chǎn)生沿表面方向的壓縮殘余應(yīng)力。03切削加工帶來的殘余應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因04金相組織轉(zhuǎn)化不均勻產(chǎn)生的殘余應(yīng)力不同金相組織的密度不同，例如馬氏體的密度小于屈氏體、奧氏體等。淬火時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積膨脹，這時如金相組織轉(zhuǎn)化不勻，則轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體部分的體積膨脹受阻就會產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力（未轉(zhuǎn)變部分則帶有殘余拉應(yīng)力）。奧氏體板狀馬氏體內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生原因04金相組織轉(zhuǎn)化不均勻產(chǎn)生的殘余應(yīng)力反之，回火時馬氏體轉(zhuǎn)變屈氏體，如金相組織轉(zhuǎn)化不勻，則轉(zhuǎn)變?yōu)榍象w部分的體積收縮受阻，就會產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，未轉(zhuǎn)變部分則產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。奧氏體板狀馬氏體減少殘余應(yīng)力的措施減少殘余應(yīng)力例如：對鑄、鍛、焊接件進行退火或回火；零件淬火后進行回火；對精度要求高的零件如床身、絲杠、箱體、精密主軸等在粗加工后進行時效處理。對一些要求極高的零件如精密絲杠、標(biāo)準齒輪、精密床身等則要在每次切削加工后都進行時效處理。①安排熱處理工序來消除毛坯和零件粗加工后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，對于特別精密的零件，還要進行多次消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序。減少殘余應(yīng)力的措施常用時效處理方法（1）高溫時效：一般適用于毛坯或粗加工后。（2）低溫時效：一般適用于半精加工后。（3）熱沖擊時效：熱沖擊時效耗時少，一般只需幾分鐘，適用于具有中等應(yīng)力的鑄件。（4）振動時效：振動時效方便簡單，沒有氧化皮，因此一般適用于最后精加工前的時效工序。減少殘余應(yīng)力的措施粗精加工分開在不同工序中進行，使粗加工后有一定時間讓殘余應(yīng)力重新分布，以減少對精加工的影響。在加工大型工件時，粗精加工往往在一個工序中完成，這時應(yīng)在粗加工后松開工件，讓工件有自由變形的可能，然后再用較小的夾緊力夾緊工件后進行精加工。再如焊接時工件先經(jīng)預(yù)熱以減少溫差，并合理安排焊接順序，也可減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)