一、什麼是殘餘應力

殘餘應力、也稱內應力，是指當外部載荷去掉以後，仍存留在工件內部的應力。殘餘應力是由於金屬內部組織，發生了不均勻的體積變化而產生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。具有內應力的工件，是處在一種不穩定狀態之中，其內部的組織有強烈地恢復到沒有內應力的穩定狀態的傾向。工件的形狀逐漸改變（如翹曲變形）從而喪失其原有精度。如果把存在內應力的工件裝配到機器中，則會因其在使用中的變形而破壞整台機器的精度。

二、殘餘應力的來源

外力使零件變形，其中引起塑性變形的外力作的功，以零件內部材料變形而存貯在零件內。當外力消除以後，應力不均勻的能量要釋放出來，引起了零件緩慢地變形，即殘餘應力作功，直到能量全部釋放出來為止。在機械製造中，各種工藝過程往往都會產生殘餘應力。但是，如果從本質上講，產生殘餘應力的原因可以歸結為：

（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、殘餘應力對機械零部件的影響

（1）引起物體尺寸和形狀的變化。當在變形物體內存在殘餘應力時，則物體將會產生相應的彈性變形或晶格畸變。若此殘餘應力因某種原因消失或其平衡遭到破壞，此相應的變形也將發生變化，引起物體尺寸和形狀改變。

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

（3）降低了金屬的塑性、衝擊韌性。當具有殘餘應力的物體繼續進行塑性加工時，由於殘餘應力的存在可加強物體內的應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度等。由於零件內部的殘餘應力，使其處於高能量狀態，易與氧化介質發生化學作用，造成腐蝕，即應力腐蝕，從而降低了零件的耐蝕性，殘餘應力還改變了材料表面受載時的應力分布，降低疲勞強度。

四、殘餘應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、型材和經過熱處理的半成品，由於毛坯在形成的過程中，有過溫度的劇烈變化及受力變形，因此內部具有殘餘應力，在切削時形狀發生變化，原應力平衡狀態被打破，導致了切削過程的變形。

4.1產生切削殘餘應力

金屬的切削，實質上是工件受刀具的擠壓和摩擦，使工件表面產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，產生切削熱而使切削溫度上升，切削完成後，工件的已加工表面即產生了殘餘應力，使工件在以後的使用中發生變形，精度降低，使用性能和下降，使用壽命縮短。

4.2影響殘餘應力的因素

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

（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，使殘餘應力減小

五、減小和消除殘餘應力的措施和方法

5.1 採用合理的工藝結構在零件的設計時，採用合理的工藝結構，避免厚薄不勻，尖角結構等，鑄件宜使用鑄造圓角。

5.2 合理安排工藝路線對於精密零件，粗、精加工分開。對於大型零件，由於粗、精加工一般安排在一個工序內進行，故粗加工後先將工件鬆開，使其自由變形，再以較小的夾緊力夾緊工件進行精加工。

5.3 採用合理的切削條件。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行潤滑冷卻，以減小切削力和降低切削溫度，減小殘餘應力。

5.4 採取時效處理技術

（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，使生產成本增加，而且精加工後零件進行加熱時效，有可能產生氧化而影響表面品質。

（3）振動時效處理。這是消除殘餘應力、減少變形以及保持工件尺寸穩定的一種新方法。可用於鑄造件、鍛件、切削加工工件等。它是以激振的形式，將機械能加到含有大量殘餘應力的工件內，引起工件金屬內部晶格錯位蠕變，使金屬的結構狀態穩定，以減少和消除工件的內應力。不需龐大的設備，經濟簡便，效率高。頻譜諧波時效技術是在此機床上的發展，能消除60-70%的應力，在穩定尺寸和形狀精度上非常有效。

（文章來源於豪克能微信公眾號有改動）

推薦閱讀：

相关文章