機加工中的殘余應(yīng)力
在機加工過程中由于機械、熱或化學(xué)因素會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，也可能會降低疲勞壽命，因此應(yīng)對其進(jìn)行分析和控制。
機加工是車、銑、鉆、刨、磨的總稱。這些應(yīng)用的共同點是在切削過程因為摩擦而加熱材料表面形成切屑。下圖顯示了機加工過程中形成殘余應(yīng)力的工藝步驟。
一、機加工操作 |
二、彈性/塑性變形 |
三、非均勻相變 |
四、工件中的殘余應(yīng)力 |
由于機械、熱或化學(xué)因素，零件現(xiàn)有的殘余應(yīng)力狀態(tài)可能會發(fā)生變化。機加工因素是材料去除過程本身，熱因素是摩擦所做的功，化學(xué)因素是切削液可能引起的反應(yīng)。機加工過程的機械效應(yīng)會改變表面光潔度和微觀結(jié)構(gòu)，也能觀察到材料的塑性變形。該過程會產(chǎn)生熱效應(yīng)，位錯密度和分布的變化以及表面完整性的改變。此外，冷卻壓和溫度是對形成殘余應(yīng)力是一個很重要的影響。
X射線殘余應(yīng)力分析儀
這些影響結(jié)合其他加工參數(shù)可能會導(dǎo)致零件表面形成裂紋，裂紋是塑性變形和可能的相變形成的殘余應(yīng)力的結(jié)果。相變是由局部加熱引起的，由于加工時的摩擦和其他的磨損效應(yīng)造成了局部熱量的增加，因而在局部形成了殘余拉應(yīng)力。機加工殘余應(yīng)力影響著零件使用的可靠性和服役壽命。機加工殘余應(yīng)力受熱和機械因素的影響。通常，零件表層和近表層受熱和機械因素的影響，而次表層僅受機械因素的影響。
銑削是機加工中另一種常見的切屑形成工藝，它會在工件上產(chǎn)生殘余應(yīng)力。總之，當(dāng)以不同方式銑削普通碳鋼時，所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的深度分布可能會有所不同，具體取決于銑削方式。同樣，切削速度的變化也會改變殘余應(yīng)力的深度分布。通常，zui低的切削速度會產(chǎn)生zui低的殘余應(yīng)力，而導(dǎo)致刀具和工件之間溫度升高的最高切削速度會在工件上產(chǎn)生最高的殘余應(yīng)力。
機加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會導(dǎo)致疲勞壽命降低，因此應(yīng)對其進(jìn)行分析和控制。 還應(yīng)該注意的是，在實際中可以聯(lián)合使用各種機加工操作，盡管不同的工藝會在工件上產(chǎn)生各自不同的殘余應(yīng)力分布，但最后一次加工操作產(chǎn)生的殘余應(yīng)力分布通常會占主導(dǎo)地位。
