01NR09021406-6工件内应力引起的误差.
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工件内应力引起的误差
所谓内应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。
内应力是由于金属内部发生了 不均匀的体积变化而产生的。
其外界因素来自热加工和冷加工。
有内应力的零件的内部组织处于一 种不稳定状态,它有强烈的恢复到一个没有内应力的倾向,或者当内应力的平衡条件被打破时,工 件都会引起新的变形,产生误差。
一、内应力产生的原因
毛坯制造中产生的内应力 在铸、锻、焊及热处理等毛坯热加工中由于毛坯各部分受热不均或
冷却速度不等,以及金相组织的转变都会引起金属不均匀的体积变化,
从而在其内部产生的内应力。
毛坯结构越复杂,壁厚越大、越不均匀,散热条件的差别越大,毛坯内部产生的内应力就越大。
铸件在冷却时将产生内应力,其产生内应力的一般规律是:先冷却的部分产生压应力,后冷却 的部分产生拉应力。
铸件的内应力在短时间内处于平衡状态,看不出有什么变化,但当进行切削以 后,就打破了这种平衡,内应力重新分布,工件就产生变形。
例如图 14-6-1所示,床身导轨在浇铸 后的冷却过程中,表面产生了压应力,心部产生拉应力,当导轨面加工以后,内应力重新分布并达 到新的平衡,就产生了变形。
当然,这个变形的过程需要一段较长时间才能完成,所以将会使加工 后合格的导轨面渐渐地失去原有的精度。
图14-6-1铸造内应力及变形
、冷校正产生的内应力
一些细长轴工件(如丝杠等)由于刚度差,加工后容易产生弯曲变形,常采用冷校正的办法使 之变
直。
如图14-6-2所示,一根无内应力向上弯曲的长轴,
F 时,工件向下弯曲,将产生内应力。
其轴心线以上部分产生 压应力、轴心线以下产生拉应力
(
图
14-6-2b )。
两条虚线之间是弹性变形区,虚线之外是塑性变形为了使其变直,在中部施加载荷
图14-6-2校直引起的内应力
精密机械制造基础
区。
当工件去掉外力后,工件的弹性恢复受到塑性变形区的阻碍,
致使内应力重新分布(图14-6-2C )。
由此可见,工件经冷校正后存在内应力,处于不稳定状态,若再进行切削加工,由于内应力的重新 分布将重新产生弯曲变形。
因此,高精度丝杠的加工,不采用冷校直的办法。
、切削加工产生的内应力
在切削加工形成的力和热的作用下,使被加工表面产生塑性变形,也能引起内应力,并在加工 后引起工件变形。
四、减少或消除内应力的措施
1. 合理设计零件结构。
零件结构要尽量简单,壁厚要均匀,以减少毛坯制造时产生的内应力。
2. 合理安排工艺过程。
对于精密零件,粗精加工应分开,减少内应力对精加工的影响;大型零件,由于粗、精加工一 般安排在一个工序内进行,故粗加工后先将工件松开,使其自由变形,再以较小夹紧力夹紧工件进 行精加工。
在校直时,尽量不采用冷校直工序。
3. 采用时效处理。
可通过自然时效和人工时效消除内应力。
自然时效是在毛坯制造之后或粗加工之后,将工件放 在露天下,利用温度的自然变化,经过多次热胀冷缩,使工作内 部组织发生微观变化,从而逐渐消 除内应力。
这种方法一般用于大型精密零件,需要半年至五年的时间,周期长,但效果较好。
人工时效处理是将工件进行热处理,分高温时效和低温时效。
高温时效是将工件放在炉内加热
到500〜680C ,保温4〜6小时,再随炉冷却至 100〜200C 出炉,在空气中自然冷却。
低温时效是 加热到100〜160 C,保温几十个小时出炉冷却。
低温时效效果好,但时间长。
还可以通过振动时效处理来消除内应力,它是使工件受到激振器的敲击,或让工件相互撞击, 引起工件内部晶格位错蠕变,从而消除内应力。
此法比较经济、简便、效率高,用于中小型零件及 有色金属等。
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