影响表面残余应力的主要因素

CAE知识点总结1.CAE作用：在模具加工前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。

(或者是它能够在产品设计阶段及开模之初，利用计算机对整个成型过程进行分析拟准确预测模具可能出现的问题，并能够为设计者提供可靠地解决方案。

)2.CAE的基本流程：前处理——分析计算——后处理注塑成型CAE的作用：优化塑料制品设计、优化塑料模具设计、优化注射工艺参数。

热注塑成型过程：把塑料原料加入注射机料筒中，经过螺杆的旋转使塑料向前输送，同时机筒加热使其溶化成熔体，储存在注射机筒前端，当螺杆作为加压工具快速向前推进时，塑料熔体已告压通过喷嘴注入磨具型腔中经过冷却、凝固后从磨具中脱出，成为塑料制品。

热注塑成型过称分为以下阶段：（1）塑化阶段（2）注射充模阶段（3）冷却凝固阶段（4）脱模阶段3.注塑成型工艺参数：（1）温度：机筒温度、喷嘴温度、模具温度；（2）压力：塑化压力、注射压力、保压压力；（3）时间（成型周期）：注射充模时间、保压时间、冷却时间、预塑时间以及其他辅助时间（开模、脱模、嵌件安放、闭模）。

4.一般CAE软件的结构，分为几个模块？前处理模块---给实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷与材料参数直接输入有公式参数化导入，节点载荷自动生成，有限元模型信息自动生成等。

有限元分析模块---有限单元库，材料库及相关算法，约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、动力、振动、线性与非线性解法库。

大型通用题的物理、力学和数学特征，分解成若干个子问题，由不同的有限元分析子系统完成。

一般有如下子系统：线性静力分析子系统、动力分析子系统、振动模态分析子系统、热分析子系统等。

后处理模块---有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，针对工程或产品设计要求的数据检验与工程规范校核，设计优化与模型修改等。

金属加工表面质量的影响因素及改进措施1.表面质量的含义任何机械加工的表面，不可能是理想的光滑表面，总是存在一定的微观几何形状误差。

表面材料在加工时受切削力、切削热的影响，也会使原有的物理一机械性能发生变化。

表面质量包括：（1）加工表面粗糙度。

是指加工表面的较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。

（2）表面层的物理——机械性能变化。

物理一机械性能变化主要有以下三个方面的内容：①表面层的冷作硬化。

在机械加工过程中，工件表面层金属产生了强烈的塑性变化，使表层的强度和硬度都有所提高，称表面冷作硬化。

②表面层残余应力。

在切削加工过程中，由于切削变形和切削热的影响，在加工表面会产生残余应力，如果残余应力超过材料的屈服强度，就会产生表面裂纹，表面的微观裂纹将给零件带来严重的隐患。

③表面层金相的变化。

工件表面经磨削精加工时，磨削产生的高温，会烧坏工作表面，使淬火钢件表面退火，引起表层金属发生相变，将大大降低表面层的物理一机械性能。

2.机械加工表面质量对机器使用性能的影响2.1 对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对零件表面磨损的影响。

表面粗糙度值愈小，其耐磨损性愈好。

但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。

（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响。

加工表面的冷作硬化一般可使耐磨性提高。

但过分的冷作硬化将引起金属过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。

2.2 对疲劳强度的影响金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏，往往发生在零件表面和表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。

（1）表面粗糙度对疲劳强度的影响。

在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。

表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力就愈差。

（2 ）残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响。

表面层残余拉应力，将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力，能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生：表面冷硬化一般伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。

残余应力的稳定性（热松弛）机件中各部位的残余应力一般不是一个固定值，在各种外界因素的作用下将发生变化，这就是残余应力的稳定性问题，又称为残余应力松弛或衰减。

残余应力的稳定性与材料内部储备的弹性应变能有关。

不论宏观残余应力或微观残余应变的大小都可以看作系统偏离低能量稳定态的程度。

热力学上高能量的组织状态在合适的条件下总将趋向于低能量的平衡态，这就是残余应力松弛的内在驱动力。

影响这个驱动力大小的因素有材料种类及状态，工件几何尺寸、产生残余应力的工艺过程和残余应力状态本身（如：数值大小与分布等）。

促使残余应力松弛的外界因素主要是温度和载荷（包括静载荷和动载荷）。

它们可以单独影响，也可综合在一起共同影响。

残余应力松弛的实质是保存在材料中的弹性应变能通过微观或局部塑性变形逐渐释放的过程，也即与位错运动有关。

位错运动可使与残余应力相关的弹性变形，部分（或全部）转变为塑性变形。

所以残余应力松弛过程是与材料内部微观结构的变化密切相关的。

研究残余应力松弛的特别是时效性的松弛耗时耗日，国内外系统性的研究成果不过。

下面分别从加热、静载及交变载荷等因素对残余应力松弛的影响来加以讨论。

1、残余应力的热松弛一般认为，在无外载荷的条件下室温长期保存后机件的残余应力基本上没有变化。

作为间接证据，有人把有缺口，经滚压后表面存在-500~~-600MPa残余应力的试样在实验室条件下保存10年，期间每年做一次弯曲疲劳试验，发现疲劳极限实际上不变。

若对残余应力的试样进行加热，残余应力将随温度的升高而不断降低，图1-12是我们在不同含碳量的碳钢的圆柱形（直径24×80mm）试样上测得的淬盐水后试样的表面残余应力随回火温度的变化趋势。

由图可见，回火温度超过500℃，各种碳钢的淬火残余应力基本上接近于零。

显然，当金属材料加热温度超过其再结晶温度时，由于再结晶是经扩散后的晶粒重组，故使残余应力完全松弛。

因此有关残余应力热松弛的研究重点是在不太高的加热温度时所发生的情况。

焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结摘要：焊接应力是焊接构件产生裂纹和变形的主要因素，对焊接质量影响较大。

因此，理解和掌握焊接残余应力的产生原因及控制方法，就显的非常重要。

本文对焊接残余应力的产生对结构的影响、焊接残余应力的预防及焊接残余应力的消除方法，进行了全面的归纳和总结，为学生能更好地理解和掌握焊接残余应力的相关知识，起到了一定的帮助作用关键词：焊接应力产生原因控制方法焊件在焊接过程中，由于受到了不均匀的局部加热和冷却，使焊件产生了不均匀的体积膨胀和收缩，导致焊件内部产生了焊接残余应力，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。

因此，为让学生能够真正理解和掌握焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力对焊件产生的影响及如何减少和消除焊接残余应力等内容，帮助学生为今后从事焊接工作打下良好的理论基础。

下面就焊接残余应力的相关知识，进行归纳和总结。

一、焊接残余应力的产生1、焊件在焊接过程中，其焊缝高温区的膨胀受到了周边低温区的限制与挤压，使高温区域产生局部压缩塑性变形，当焊件在冷却过程中，受到局部压缩产生塑性变形的金属由于不能自由收缩，而受到低温区的拉伸，这时，焊件中就产生了一个与焊件加热时产生的应力方向相反的应力，即焊接残余应力，又称温度应力。

2、焊缝在高温向低温的冷却过程中，焊缝金属会发生二次相变，这种二次相变，会引起金属材料组织的变化，从而产生体积的变化，在焊接接头区域产生了应力，又称相变应力。

3、在焊接过程中，如对焊件采用刚性固定，那么，焊接后焊件变形减少，但应力却增加。

反之，要使焊件残余应力减少，其变形量就要有一定的增加。

但焊接应力与变形在一定条件下，都将影响到焊件的质量。

所以，应力和变形要合理控制好。

4、焊接材料的屈服强度、导热系数、线膨胀系数、密度、比热容、焊件的形状与尺寸、焊接方法和焊接工艺等因素，对焊接残余应力的分布和大小都将产生较大的影响。

二、焊接残余应力对焊件结构产生的影响1、对焊件结构刚度产生的影响当焊件某个区域所受的应力达到屈服点时，这一区域部分的金属材料就会产生局部塑性变形，无法再承受外载荷，从而导致焊接结构的有效截面减少，使焊接结构的刚度降低。

锻造残余应力产生的原因
锻造残余应力是指在金属材料的锻造过程中，由于材料的塑性变形和内部结构的改变，导致材料内部存在一定的应力状态。

这种应力状态在锻造完成后仍然存在，称为锻造残余应力。

锻造残余应力的产生原因主要有以下几个方面。

锻造过程中的塑性变形是产生锻造残余应力的主要原因。

在锻造过程中，金属材料受到了强烈的压力和拉力，导致材料内部的晶粒发生了塑性变形。

这种变形会导致材料内部的晶粒方向发生改变，从而产生了残余应力。

锻造过程中的温度变化也是产生锻造残余应力的原因之一。

在锻造过程中，金属材料经历了高温和低温的变化，这种温度变化会导致材料内部的晶粒结构发生变化，从而产生了残余应力。

锻造过程中的变形速率也会影响锻造残余应力的产生。

如果变形速率过快，会导致材料内部的晶粒方向发生剧烈的变化，从而产生了更大的残余应力。

锻造过程中的材料性质也会影响锻造残余应力的产生。

不同的材料具有不同的塑性和强度，这会影响材料在锻造过程中的变形和应力状态，从而产生不同程度的残余应力。

锻造残余应力的产生是由多种因素共同作用的结果。

在实际生产中，需要采取一系列措施来减少锻造残余应力的产生，以保证锻造件的
质量和性能。