《机械制造工艺》课件-工件内应力对加工精度的影响

DINGWEIWUCHA工件内应力对加工精度的影响

内应力及其产生原因内应力（又称残余应力），是指当外部载荷去掉以后，仍残存在工件内部的应力。或者说是在没有外力作用时而存在于工件内部的应力。内应力内应力及其产生原因具有内应力的零件处于一种不稳定状态，它内部的组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在常温下，零件也会不断的缓慢地进行这种变化，直到残余应力安全松弛为止，在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。内应力的特点内应力及其产生原因在铸、锻、焊及热处理过程中，由于工件各部分不均匀的热胀冷缩以及金相组织转变时的体积改变，工件内部会产生很大的内应力。工件结构越复杂、壁厚相差越大、散热条件越差，内应力就越大。后续加工中再切去金属，工件内部的应力将重新分布，从而导致产生加工误差。01毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力内应力及其产生原因例图a是一个内外壁厚相差较大的铸件，浇注后，冷却过程如下：壁1、2较薄，散热容易，冷却快。壁3冷却慢，当1、2从塑性状态冷却到弹性状态时，3还处于塑性状态，这时1、2收缩时3不起阻挡变形的作用，铸件内部不会产生内应力。01毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力铸造内应力及其变形内应力及其产生原因当3冷却到弹性状态时，1、2的温度已经降低很多，收缩速度很慢，但3收缩快，所以受到1、2的阻碍，壁3受拉应力，1、2受压应力，以保持平衡。在2上开一小口，2上压应力消失，在1、2内应力作用力，内应力重新分布，达到平衡，工件翘曲。01毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力铸造内应力及其变形内应力及其产生原因例

机床床身铸件，为提高导轨面的耐磨性，采用局部激冷的工艺使其快速冷却，以获得高的硬度，但铸件内应力更大，导轨表面经粗加工刨去一层，引起内应力重新分布，产生弯曲变形，新平衡过程需较长时间，导轨精加工后除去大部分变形，但内部还在变化，合格的导轨面丧失原有的精度。01毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力内应力及其产生原因细长轴类零件加工时，通常采用冷校直的方法纠正弯曲变形。02冷校直带来的残余应力冷校直时产生内应力的过程a）弯曲工件；b）压直；c）反弯曲；d）校正后内应力及其产生原因在外力F的作用下，工件应力重新分布，轴心以上部分产生压应力，轴心以下部分产生拉应力。两条虚线间是弹性变形区域，虚线外是塑形变形区域。外力F撤销后，弹性变形恢复，而塑形变形不能恢复，残余应力重新分布，达到平衡。虽然弯曲减小了，但却处于不稳定状态，经过一定时间或再次切削加工，又会产生新的弯曲。02冷校直带来的残余应力冷校直时产生内应力的过程a）弯曲工件；b）压直；c）反弯曲；d）校正后内应力及其产生原因02冷校直带来的残余应力精度要求高的细长轴，不允许冷校直。而通过增加余量，多次切削和时效处理消除弯曲，或采用热校直。内应力及其产生原因03切削加工带来的残余应力工件表面在切削力、切削热的作用下，也会出现不同程度的塑性变形和由于金相组织的变化引起的体积改变，从而产生残余应力。这种残余应力的大小和方向是由加工时各种工艺因素所决定的。切削加工产生残余应力使工件加工后由于内应力重新分布而变形，从而破坏加工精度。内应力及其产生原因如图：在沿着切削表面的方向会有拉伸残余应力的产生。与此同时，刀具的后刀面会对已加工表面有进一步的挤压和摩擦，会使其表面发生塑性伸长而产生沿表面方向的压缩残余应力。03切削加工带来的残余应力内应力及其产生原因04金相组织转化不均匀产生的残余应力不同金相组织的密度不同，例如马氏体的密度小于屈氏体、奥氏体等。淬火时，奥氏体转变为马氏体，体积膨胀，这时如金相组织转化不匀，则转变为马氏体部分的体积膨胀受阻就会产生残余压应力（未转变部分则带有残余拉应力）。奥氏体板状马氏体内应力及其产生原因04金相组织转化不均匀产生的残余应力反之，回火时马氏体转变屈氏体，如金相组织转化不匀，则转变为屈氏体部分的体积收缩受阻，就会产生残余拉应力，未转变部分则产生残余压应力。奥氏体板状马氏体减少残余应力的措施减少残余应力例如：对铸、锻、焊接件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；对精度要求高的零件如床身、丝杠、箱体、精密主轴等在粗加工后进行时效处理。对一些要求极高的零件如精密丝杠、标准齿轮、精密床身等则要在每次切削加工后都进行时效处理。①安排热处理工序来消除毛坯和零件粗加工后产生的内应力，对于特别精密的零件，还要进行多次消除内应力的热处理工序。减少残余应力的措施常用时效处理方法（1）高温时效：一般适用于毛坯或粗加工后。（2）低温时效：一般适用于半精加工后。（3）热冲击时效：热冲击时效耗时少，一般只需几分钟，适用于具有中等应力的铸件。（4）振动时效：振动时效方便简单，没有氧化皮，因此一般适用于最后精加工前的时效工序。减少残余应力的措施粗精加工分开在不同工序中进行，使粗加工后有一定时间让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。在加工大型工件时，粗精加工往往在一个工序中完成，这时应在粗加工后松开工件，让工件有自由变形的可能，然后再用较小的夹紧力夹紧工件后进行精加工。再如焊接时工件先经预热以减少温差，并合理安排焊接顺序，也可减少残余应力的产