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| 李先：模具工件残余应力引起的变形初探 | |||
| 煤炭资讯网 | 2013-6-2 0:08:46 论文、言论 | ||
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残余应力是指在没有外力作用下或去除外力后工件体内存留的应力，又叫内应力，主要由金属内部的相邻组织发生不均匀的体积变化而产生。 (1)残余应力的产生 ①毛坯制造和热处理中产生的残余应力 在铸、锻、焊等热加工及热处理的过程中，由于工件各部分厚、薄不一致、冷、热收缩不均匀及金相组织转变时的体积变化而使毛坯内部产生了残余应力。毛坯结构越复杂，各部分的壁厚越不均匀，散热条件相差越大，毛坯的残余应力也越大。具有残余应力的毛坯由于残余应力处于暂时相对平衡状态，短时间内变形不明显，但当对其进行切削加工后，这种平衡被打破，残余应力重新分布，工件就出现明显的变形。图5-19为一个截面内厚外薄的铸件，在浇铸后的冷却过程中产生残余应力的情况。 当铸件冷却时，薄壁A、C容易散热，冷却速度较快，厚壁B冷却速度较慢。当壁A、C从塑性状态冷却到弹性状态（约620℃）时，壁B仍处于塑性状态，这时，壁A、C收缩不受壁B阻碍，铸件内不产生残余应力。当壁B也冷却到弹性状态时，壁A、C的温度已基本降至室温，收缩已趋停止，而这时壁B还需较大的收缩，而受到壁A、C的阻碍。此时壁B内由于收缩受阻而产生拉应力，壁A、C产生压应力，形成相对平衡状态。 如果在壁A上切开一个缺口，壁A上的压应力消失，原应力平衡状态被破坏，铸件在壁B、C的残余应力作用下，壁B收缩，壁C伸长，铸件发生弯曲变形，直到残余应力重新分布达到新的相对平衡为止。 各种铸件、锻件和焊件，当冷却速度不均匀时都会产生残余应力，因此毛坯在切削加工前都应进行消除应力的热处理工艺。 ②冷校直引起的残余应力细长的轴类零件（如机床的光杠、丝杠、模具的推杆、复位杆等）很容易发生弯曲变形。弯曲的工件（无残余应力）需要校直，生产中常采用使工件产生反向弯曲的塑性变形的冷校直方法。如图5-20 (a)所示，弯曲的工件在外力F作用下，产生反向弯曲，这时工件上层受压应力、下层受拉应力，如图5-20 (b)所示，表层为塑性变形区（双点划线外），里层为弹性变形区（双点划线内）。除去外力后，弹性区开始恢复，使残余应力重新分布，如图5-20 (c)所示。冷校直后虽然减小了弯曲，但工件处于不稳定状态，当再次进行加工时，又会产生新的变形。
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