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    殘余應力的消除

    更新日期: 2023-06-04
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    殘余應力是指在沒有對物體施加外力時,物體內部存在的保持自相平衡的應力系統。它是固有應力或內應力的一種,在一些零件或標準的要求中,需要將應力釋放來滿足實際使用要求,主要有以下幾種方法:

    1、錘擊法

    利用鋼錘錘擊工件殘余應力聚集的部位,使工件接受錘擊的金屬表面受到錘擊的壓應力,發生局部的塑性變形,從而減小殘余應力的峰值,改善和均衡工件原有殘余應力的分布,避免工件的脆性破壞。

    這種方法特別適合與焊接件,且在焊接加工場合應用廣泛,對沖壓件使用不多。

    2、振動時效法

    利用專有設備使工件在專用設備的周期性外力作用下發生共振,使工件內部的微觀組織晶粒發生滑移和晶內孿生,從而削減殘余應力的峰值,改善和均衡工件原有的殘余應力的分布。

    這種方法在一小時內可以消除約50%的殘余應力或削減50%殘余應力的峰值,是使用很普遍的方法之一,處理效率高,節約成本,但缺點是不能全部消除工件內聚集的殘余應力。

    3、熱處理時效

    是傳統的消除殘余應力的方法,又稱為人工時效。它借助熱處理設施,將工件由室溫緩慢、均勻加熱至600℃左右,并在此溫度保溫4-8h,而后溫度緩慢冷卻到120℃以下,再出爐冷卻至室溫。

    這種方法消除殘余應力的效果很好,消除速度快、充分。

    4、自然時效

    是將工件放置于室外,任其“風餐宿露",在靜置過程中釋放和消除殘余應力。 這種方法不適用于工業化大批量生產的產品。但是,對于高價值和高精度設備的關鍵部件,則采用人工時效+自然時效的方法較為普遍。

    5、焊接應力消除

    焊接中焊縫處溫度迅速升高,體積膨脹。熱影響區溫度低,阻礙焊縫膨脹,結果焊縫處產生壓應力,熱影響區產生拉應力。但此時焊縫處于塑性狀態,焊縫被壓應力墩粗,松弛了此應力。

    焊后冷卻時,熱影響區冷卻速度快,很快進入彈性狀態,焊縫處溫度高,處于塑性狀態。這時焊縫收縮,較熱影響區收縮慢,焊縫阻礙熱影響區收縮,焊縫仍受壓應力,影響區受拉應力。但焊縫處于塑性狀態,焊縫的塑性墩粗,松弛了此應力。

    6、機械加工應力消除的方法

    在切削加工后采取一些處理措施,也可以對已加工表面的殘余應力進行調整,表面強化處理就是目前較常用的方法之一。表面強化處理工藝是通過對零件表面的冷擠壓使之發生冷態塑性變形,從而提高其表面硬度、強度,并形成表面殘余壓應力的加工工藝。常用的表面強化工藝有噴丸強化和滾壓強化。噴丸強化是利用大量高速運動中的珠丸沖擊零件表面,使打擊處發生塑性變形和塑性流動,表面產生冷硬層和殘余壓應力。珠丸大多采用鋼丸,利用壓縮空氣或離心力進行噴射。這種方法適用于不規則表面和形狀復雜的表面,如彈簧、連桿等的強化。滾壓強化是用可自由旋轉的滾子對零件表面均勻地加力擠壓,使表面得到強化并在表面形成殘余壓應力,適用于規則表面如外圓、孔和平面等的強化加工,可在原機床上加裝滾壓工具進行。

    預應力切削是一種通過切削工藝使機械零件加工表面產生殘余壓應力的方法,即切削前預先給零件施加一個彈性范圍內的預應力,切削過程中零件加工表面會產生彈性變形,切削后釋放該預應力,由于基體的彈性恢復,已加工表面會產生殘余壓應力。預應力切削既不需要購買昂貴的設備,又不會增加零件加工表面的硬度,只需通過切削加工就能使加工表面產生殘余壓應力,因此其具有良好的發展前景。

    切削加工表面殘余應力的產生是機械應力和熱應力共同作用下引起的不均勻塑性變形的結果,對零件的使用性能和壽命有著直接的影響。在實際生產過程中,需要針對表面層殘余應力產生的原因以及影響因素,通過綜合運用本文介紹的工藝手段,以及合理選擇切削參數、刀具等,可以有效地調整和消除已加工表面的殘余應力。

    以上就是消除殘余應力的主要方法,過程和工序的控制可以通過測量工序間殘余應力來實現,X射線法作為無損檢測殘余應力的方法,其便捷性和準確性得到了業內的認可。

                                                   


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