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残余应力对弧形辊加工精度的影响

发布时间:2022-12-07人气:6

残余应力亦称内应力,是指在没有外加载荷的情况下在零件内部存在的应力。残余应力是一种平衡应力,零件经切削加工、无切屑加工、热加工、毛坯制造过程等引起变形后,弧形辊金属内部宏观或微观的组织发生不均匀体积变化,零件残余应力达到新的平衡。

残余应力对弧形辊加工精度的影响.jpg

同时,具有残余应力的零件处于一种不稳定的状态,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,零件也在不断地缓慢地进行着这种变化,直到残余应力消失为止。在这一过程中,零件的形状逐渐变化,原有的弧形辊加工精度逐渐丧失,若把具有残余应力的重要零件装配成产品,在使用中会产生变形,影响整台产品的质量。

1、毛坯制造和热处理过程产生的残余应力

在铸、锻、焊、热处理等加工过程中,由于弧形辊工件各部分冷热收缩不均匀以及金相组织转变时体积变化,使毛坯内部产生相当大的残余应力。毛坯的结构愈复杂,各部分的厚度愈不均匀,散热冷却条件相差愈大,则在毛坯内部产生的残余应力也愈大。此时,毛坯残余应力暂时处于相对平衡状态。加工弧形辊时,切去某一层金属后,就打破了这种平衡,这时残余应力将重新分布,零件出现明显的变形。

残余应力对加工精度影响.jpg

例如在机床制造中,为了保证床身导轨面的铸件成分含量,铸造时将导轨面朝下。这样在浇铸冷却时,上面的床脚及下面的导轨部分冷却较快,而中间部分冷却较慢,其收缩受到床脚和导轨的阻碍而产生残余拉应力,与之平衡,床身导轨和床脚部分产生残余压应力。

在弧形辊机械加工中,当床身导轨面被刨去一层金属后,由于切去了部分残余应力层,床身内部残余应力将重新分布和平衡,因而产生较大的变形,造成床身导轨加工后导轨面出现中凹的直线度误差。床身铸件的残余应力及加工后的变形

2、冷校直带来的残余应力

冷校直是在常温下将已有变形的工件,在变形的相反方向加力,使弧形辊工件反向弯曲,产生塑性变形,以达到校直的目的。冷校直可减少加工余量和缩短工序加工时间。在力作用下,工件内部的应力分布如图所示,图中I区是弹性变形区域,1区是塑性变形区域,轴心线以上部分产生压应力(用“一”表示),轴心线以下部分产生拉应力(用“+”表示。当外力去除后,弹性变形部分本来可完全恢复而消失。

但因塑性变形部分不能恢复,内外层金属起了互相牵制的作用,产生新的残余应力平衡状态如图所示。冷校直后工件虽然减少了弯曲,但内部组织处于不稳定状态,如再进行加工,又会产生新的弯曲,故重要、精密的零件不允许进行冷校直。

冷校直带来的残余应力.jpg

3、切削加工带来的残余应力

切削加工中,由于力和热的作用,使弧形辊工件表面层产生塑性变形,也会产生相应的残余应力,并造成加工后工件的变形。


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标签:弧形辊 全部
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