機(jī)械社區(qū)

一、什么是殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力、也稱內(nèi)應(yīng)力，是指當(dāng)外部載荷去掉以后，仍存留在工件內(nèi)部的應(yīng)力。殘余應(yīng)力是由于金屬內(nèi)部組織，發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。具有內(nèi)應(yīng)力的工件，是處在一種不穩(wěn)定狀態(tài)之中，其內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈地恢復(fù)到?jīng)]有內(nèi)應(yīng)力的穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。工件的形狀逐漸改變（如翹曲變形）從而喪失其原有精度。如果把存在內(nèi)應(yīng)力的工件裝配到機(jī)器中，則會因其在使用中的變形而破壞整臺機(jī)器的精度。

二、殘余應(yīng)力的來源( q; i8 I  A  `8 g6 y& w% G

外力使零件變形，其中引起塑性變形的外力作的功，以零件內(nèi)部材料變形而存貯在零件內(nèi)。當(dāng)外力消除以后，應(yīng)力不均勻的能量要釋放出來，引起了零件緩慢地變形，即殘余應(yīng)力作功，直到能量全部釋放出來為止。在機(jī)械制造中，各種工藝過程往往都會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。但是，如果從本質(zhì)上講，產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因可以歸結(jié)為：

（1）不均勻的塑性變形；

（2）不均勻的溫度變化；

（3）不均勻的相變。

三、殘余應(yīng)力對機(jī)械零部件的影響

（1）引起物體尺寸和形狀的變化。當(dāng)在變形物體內(nèi)存在殘余應(yīng)力時，則物體將會產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形或晶格畸變。若此殘余應(yīng)力因某種原因消失或其平衡遭到破壞，此相應(yīng)的變形也將發(fā)生變化，引起物體尺寸和形狀改變。

（2）使零件的使用壽命縮短。因殘余應(yīng)力本身是相互平衡的，所以當(dāng)具有殘余應(yīng)力的物體受載荷時，在物體內(nèi)有的部分的工作應(yīng)力，為外力所引起的應(yīng)力與此殘余應(yīng)力之和，有的部分為其差，這樣就會造成應(yīng)力在物體內(nèi)的分布不均。此時工作應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時，物體將會產(chǎn)生塑性變形；達(dá)到材料的斷裂強(qiáng)度時，物體將會產(chǎn)生斷裂，從而縮短了零件的使用壽命。

（3）降低了金屬的塑性、沖擊韌性。當(dāng)具有殘余應(yīng)力的物體繼續(xù)進(jìn)行塑性加工時，由于殘余應(yīng)力的存在可加強(qiáng)物體內(nèi)的應(yīng)力和變形的不均勻分布，使金屬的變形抗力升高，塑性降低。

（4）降低金屬的耐蝕性以及和疲勞強(qiáng)度等。由于零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其處于高能量狀態(tài)，易與氧化介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用，造成腐蝕，即應(yīng)力腐蝕，從而降低了零件的耐蝕性，殘余應(yīng)力還改變了材料表面受載時的應(yīng)力分布，降低疲勞強(qiáng)度。

四、殘余應(yīng)力對零件切削加工影響

對切削加工過程的影響車削零件的毛坯，一般為鑄件、鍛件、型材和經(jīng)過熱處理的半成品，由于毛坯在形成的過程中，有過溫度的劇烈變化及受力變形，因此內(nèi)部具有殘余應(yīng)力，在切削時形狀發(fā)生變化，原應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，導(dǎo)致了切削過程的變形。

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4.1產(chǎn)生切削殘余應(yīng)力

金屬的切削，實(shí)質(zhì)上是工件受刀具的擠壓和摩擦，使工件表面產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，切屑從母體分離的過程。在切削過程中，工件受到切削力，產(chǎn)生切削熱而使切削溫度上升，切削完成后，工件的已加工表面即產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，使工件在以后的使用中發(fā)生變形，精度降低，使用性能和下降，使用壽命縮短。

4.2影響殘余應(yīng)力的因素

（1）切削用量。切削速度———切削速度提高，工件溫度上升，殘余應(yīng)力增加；走刀量和切削深度———走刀量和切削深度越大，切削力就越大，殘余應(yīng)力也越大。

（2）刀具角度。增大刀具的前角，刃傾角，可使刀具鋒利，減小切削力。

（3）切削液。切削液具有潤滑和冷卻作用，在加工中使用切削液，可減小切削力和降低切削溫度，使殘余應(yīng)力減小

五、減小和消除殘余應(yīng)力的措施和方法

5.1 采用合理的工藝結(jié)構(gòu)在零件的設(shè)計時，采用合理的工藝結(jié)構(gòu)，避免厚薄不勻，尖角結(jié)構(gòu)等，鑄件宜使用鑄造圓角。

5.2 合理安排工藝路線對于精密零件，粗、精加工分開。對于大型零件，由于粗、精加工一般安排在一個工序內(nèi)進(jìn)行，故粗加工后先將工件松開，使其自由變形，再以較小的夾緊力夾緊工件進(jìn)行精加工。

5.3 采用合理的切削條件。在零件的精加工時，使用較小的切削和走刀量以及較高的切削速度，使用鋒利的刀具和使用切削液進(jìn)行潤滑冷卻，以減小切削力和降低切削溫度，減小殘余應(yīng)力。

5.4 采取時效處理技術(shù)

（1）自然時效處理。

（2）熱時效處理。這是目前使用最廣的一種方法，但其投資和能源消耗都較大，使生產(chǎn)成本增加，而且精加工后零件進(jìn)行加熱時效，有可能產(chǎn)生氧化而影響表面品質(zhì)。

（3）振動時效處理。這是消除殘余應(yīng)力、減少變形以及保持工件尺寸穩(wěn)定的一種新方法�？捎糜阼T造件、鍛件、切削加工工件等。它是以激振的形式，將機(jī)械能加到含有大量殘余應(yīng)力的工件內(nèi)，引起工件金屬內(nèi)部晶格錯位蠕變，使金屬的結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定，以減少和消除工件的內(nèi)應(yīng)力。不需龐大的設(shè)備，經(jīng)濟(jì)簡便，效率高。頻譜諧波時效技術(shù)是在此機(jī)床上的發(fā)展，能消除60-70%的應(yīng)力，在穩(wěn)定尺寸和形狀精度上非常有效。

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