工件残余应力对加工精度的影响及其控制.pdf

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1、机械制造技术 工件残余应力对加工精度的影响及其控制 残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。残余应力是 由于金属内部宏观或微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的。其外 界因素来自热加工和冷加工。有残余应力的零件处于一种不稳定状态。一 旦其内应力的平衡条件被打破，内应力的分布就会发生变化，从而引起新 的变形，影响加工精度。 1、内应力的来源及特点 工件残余应力对加工精度的影响及其控制 （1）毛坯制造中产生的残余应力 在铸、锻、焊接以及热处理等热加工过程中，由于工件各部分厚度不均，冷却 速度和收缩程度不一致以及金相组织转变时的体积变化等，都会使毛坯内部产 生残余应力，而且毛坯结构越

2、复杂、壁厚越不均，散热的条件差别越大，毛坯 内部产生的残余应力也越大。具有残余应力的毛坯暂时处于平衡状态，当切去 一层金属后，这种平衡便被打破，残余应力重新分布，工件就会出现明显地变 形，直至达到新的平衡为止。如图所示就是铸件因内应力而引起变形的例子。 如图所示的铸件在1、2位置存在压应力，在3位置存在拉应力。这是因为浇铸 后，1、2部分的冷却速度比3部分的冷却速度快造成的。如果在2部分开一缺 口，应力重新分布，工件则会发生如图所示的弯曲变形。 铸件因内应力而引起的变形 （2）冷校直带来的残余应力 对于一些刚度低、容易变形的零件，如细长轴、曲轴和丝杠等，常采用冷校直 方法进行校直。校直的方法是

3、在弯曲的反方向加外力，如图所示。在外力F的作 用下，工件的内部残余应力的分布如图所示，在轴线以上产生压应力(用负号表 示)，在轴线以下产生拉应力(用正号表示)。在轴线和两条双点划线之间是弹性 变形区域，在双点划线之外是塑性变形区域。当外力F去除后，外层的塑性变形 区域阻止内部弹性变形的恢复，使残余应力重新分布，如图所示。这时，冷校 直虽然减小了弯曲，但工件却处于不稳定状态，如再次加工，又将产生新的变 形。因此，高精度丝杠的加工，不允许冷校直，而是用多次人工时效来消除残 余应力。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 冷校直引起的内应力 （3）切削加

4、工产生的残余应力 加工表面在切削力和切削热的作用下，会出现不同程度的塑性变形 和金相组织的变化，也会产生内应力，并在加工后引起工件变形。 2、消除或减少内应力的措施 为了提高和保证工件的加工精度，应注意减小和消除内应力。 （1）合理设计零件结构，尽量减少零件各部分之间尺寸的差值，以减小 毛坯在制造过程中产生的内应力。 （2）合理安排工艺过程，将粗、精加工分开在不同工序中进行，使粗加 工后有足够的时间变形，让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。 对于粗、精加工需要在一道工序中来完成的大型工件，也应在粗加工后松 开工件，让工件的变形恢复后，再用较小的夹紧力夹紧工件，进行精加工。 有缘学习更多+

5、 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） （3）安排消除内应力的工序。 一是对毛坯或在大型工件粗加工之后，让工件在自然条件下停留一段时 间再加工，利用温度的自然变化使之多次热胀冷缩，进行自然时效。二 是通过热处理工艺进行人工时效，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 或精密主轴等，在粗加工后进行低温回火，甚至对丝杠、精密主轴等在 精加工后进行冰冷处理等。三是对一些铸、锻、焊接件以振动的形式将 机械能加到工件上，进行振动时效处理，引起工件内部晶格蠕变，使金 属内部结构状态稳定，消除内应力。 提高和保证加工精度的途径 1直接消除和减少误差法 例如车细长轴的三条措施： 采用反向走刀（进给）切削 采用大进给量和大主偏角（9093）车刀 2误差补偿法 人为地制造出一种新的或者利用原有的一种原始误差去抵 消另一种原始误差 例如预加载荷精加工磨床床身导轨；用校正机构提高丝杆 车床传动链精度 3误差平均法 例如，将误差较大的前道工序尺寸进行分组，再不提高前道 工序精度和本工序能力的条件下，就可保证加工精度。 4误差转移法 将工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等转移到不影响加 工精度的方向去。 谢谢观看