工件表层残余应力的分析

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一种切削加工中工件表面残余应力的预测方法

一种切削加工中工件表面残余应力的预测方法

一种切削加工中工件表面残余应力的预测方法在切削加工的世界里,工件表面残余应力就像一个隐藏的小怪兽,时不时地给工件的质量和性能捣点乱。

不过别怕,今天就来聊聊怎么预测这个小怪兽的出现。

切削加工的时候啊,就像是厨师在切菜。

刀具就好比是厨师的刀,工件就是那可怜的菜。

刀具在工件上划过,就像刀在菜上切过一样,不过这可比切菜复杂多了。

要预测工件表面残余应力,咱们得先看看切削的参数。

这切削参数就像是做菜时的火候、调料的用量。

比如说切削速度,切削速度快的时候,就像是大火快炒,工件表面受到的力的情况就和小火慢炖不一样。

如果切削速度太快,那工件表面就像被急火猛烧的菜,容易产生比较复杂的应力情况。

还有切削深度,这就好比切菜的时候切得深还是浅。

切得深,那对菜的内部结构影响就大,对于工件来说,切削深度大的时候,残余应力的分布和大小也会有很大变化。

再说说刀具的几何形状。

刀具的形状千奇百怪,不同的形状在切削的时候就像不同形状的手在捏泥巴。

有的刀具像个尖尖的锥子一样,这种刀具切削的时候,工件表面受到的力是一种情况。

而那种钝一点的刀具,切削起来就像用不太灵活的手在捏泥巴,工件表面的应力情况又会不同。

刀具的前角、后角这些角度也很关键。

前角大的刀具切削的时候,就像用比较锋利的东西轻轻划过工件,产生的应力可能相对小一点。

而后角如果不合适,就像是在工件表面刮的时候留了个小尾巴,也会影响残余应力。

材料本身的特性也不能忽视。

工件材料就像人的性格一样,各不相同。

有些材料像软妹子一样柔软,比如说铝这种材料,切削的时候应力的产生和传播就比较温和。

而像钢铁这种硬汉子材料,切削起来就像在和一个强壮的对手搏斗,应力的情况就比较复杂。

材料的硬度、韧性这些特性都在默默地影响着切削过程中残余应力的产生。

那怎么去预测呢?咱们可以做一些实验。

就像试菜一样,先在小的工件上进行不同切削参数、刀具形状下的切削,然后用专业的设备去测量工件表面的残余应力。

这就像先尝一小口菜,看看味道对不对。

残余应力分析报告

残余应力分析报告

残余应力分析报告1. 引言残余应力是指在无外力作用下,物体内部存在的剩余应力。

它是由于材料的加工或热处理等过程中引起的内部应力未完全释放所造成的。

残余应力的存在对材料的性能和稳定性具有重要影响。

因此,对残余应力进行分析和评估非常重要。

本文将介绍残余应力的概念、产生原因,以及常用的分析方法。

2. 残余应力的概念和产生原因2.1 残余应力的概念残余应力是指在材料内部存在的无外力作用下的剩余应力。

它是在物体加工、焊接、热处理等过程中产生的。

残余应力的存在可能会导致材料的变形、裂纹扩展和失效等问题,因此对残余应力的分析和控制十分重要。

2.2 残余应力的产生原因残余应力的产生原因包括以下几个方面:•加工过程中的机械变形:材料在加工过程中受到了挤压、拉伸、剪切等机械作用,使得材料内部产生了残余应力;•焊接过程中的热变形:焊接过程中产生的高温会使材料发生热膨胀和收缩,从而产生残余应力;•热处理过程中的相变:热处理过程中材料的相变会引起材料的体积变化,产生残余应力。

3. 残余应力的分析方法3.1 X射线衍射法X射线衍射法是一种常用的测量残余应力的方法。

它利用X射线通过晶体产生的衍射现象来测量晶体的晶格参数变化,进而推导出晶体内部的残余应力。

该方法具有非破坏性、高精度和广泛适用性的优点,因此被广泛应用于残余应力的分析领域。

3.2 光栅方法光栅方法是一种利用光栅片的光学衍射效应来测量残余应力的方法。

它通过光栅片在外力作用下产生的应变来间接测量材料内部的应力。

该方法具有简单、直观的特点,适用于一些大尺寸材料的残余应力分析。

3.3 数值模拟方法数值模拟方法是一种借助计算机模拟的方法来分析材料的残余应力。

它通过建立材料的有限元模型,运用力学理论和数值方法进行求解,得到材料内部的应力分布和残余应力。

该方法具有高效、灵活的特点,适合对复杂材料和结构的残余应力分析。

4. 结论残余应力的分析对于材料的性能和稳定性有着重要的影响。

硬态切削表面残余应力分析研究

硬态切削表面残余应力分析研究

硬态切削表面残余应力分析研究李万钟;屈健康;李娜娜;徐颖强;郭彩虹【摘要】以轴承钢GCr15为研究对象,根据热-弹塑性有限元理论,建立了热力耦合的二维正交硬态切削模型。

根据硬态切削的特点,在硬态切削有限元模型中设置了未预先设置分离线的点面接触并选择了Johnson-Cook材料本构模型,通过有限元分析计算,得到了不同切削参数和刀具几何参数条件下已加工表面残余应力的模拟结果。

对结果进行比较分析得出,最大压残余应力出现在工件表面,沿着深度的增加工件内部的残余应力由残余压应力转化为残余拉应力,并逐渐趋向于零。

这对于控制和提高硬态切削工件表面质量具有重要的理论指导意义。

%Taking bearing steel GCr15 as the object, the thermal-mechanical 2D orthogonal hard cut-ting simulation model is established based on the thermal elastic-plastic mechanics. The finite element model of hard cutting is established with the point-surface contact of fail-ing to set separation line and the Johnson-Cook material constitutive model according to the characteristics of the hard cutting. The effects of the cutting parameters and cut-ting tool’s geometric on the residual stress of the machined surface are obtained by the ABAQUS software. The results indicate that maximum compressive residual stress exists in surface, the compressive residual stress translates into tensile residual stress along the increasing of depth inside the workpiece, and gradually tends to zero. It has impor-tant theoretical guiding significance for controlling and improving the workpiece surface of hard cutting.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P64-68)【关键词】硬态切削;热力耦合;温度场;残余应力;有限元【作者】李万钟;屈健康;李娜娜;徐颖强;郭彩虹【作者单位】西北工业大学机电学院;西北工业大学机电学院;西北工业大学机电学院;西北工业大学机电学院;中航光电科技股份有限公司【正文语种】中文随着切削技术的发展,尤其是超硬刀具材料陶瓷、聚晶立方氮化硼(PCBN)的出现,使得精密切削加工淬硬钢成为可能,产生了“以车带磨”的硬态切削加工技术。

残余应力、粘度、缺陷处理、缺陷原因、解决方法

残余应力、粘度、缺陷处理、缺陷原因、解决方法

残余应力、粘度、缺陷处理、缺陷原因、解决方法。

一、制件残余应力1.模具和注塑条件对残余应力的影响:2. 制件残余应力开裂检查带有残余应力的制件是否会在使用环境中开裂,有几个方法可以进行预先诊断:对于聚苯乙烯,在室温下用煤油;对于高密度聚乙烯,在80℃下用2%的洗涤剂溶液;对于聚丙烯,在80℃下用63%(重量百分比)的三氧化铬与水的混合物。

3.退火处理某些有开裂倾向的制件,可以用退火热处理方法来消除内应力,从而减少裂纹的形成。

首先,将成形品加热(通常是在玻璃化温度附近)并保持一定时间,然后再让其缓慢地自然冷却,使发生裂纹处的大分子能自由活动、回复原来状态。

这种退火热处理法一般在成形后立即进行。

4.调湿处理对于尼龙塑件,为了改善内应力分布状况及塑料内的晶体结构,提高制件韧性,保持尺寸相对稳定,可以进行调湿处理,其效果比退火处理更佳。

方法是将制件浸入沸水或醋酸钾水溶液(比例为1.25:100, 沸点121℃)中,浸泡时间视制件最大壁厚而定,从2小时至16小时不等。

二、塑料的粘度1.定义:熔融塑料流动时大分子之间相互磨擦的性质称为塑料的粘性,这种粘性大小的系数即为粘度,粘度是熔融塑料流动性高低的直接反映。

2.粘度受哪些条件影响(1)分子量的影响同一种塑料可以有不同的分子和分子量分布,分子量愈大,分子间作用力愈强,反映出来的粘度愈大。

(2)低分子添加剂的影响低分子添加剂可以降低大分子链之间的作用力,因而使粘度减小,使之易于充模成形。

(3)外界温度的影响不同塑料对温度的敏感性不尽相同,PC、PA、PS等,在温度升高时粘度显著下降,加工时采用高温来达到降低粘度是有效的,但是象PE、PP就不应该着重采取升温的办法来达到降低粘度的目的。

(4)剪切速度的影响有效地增加塑料的剪切速度可使塑料熔体粘度下降,但不同的塑料受剪切速度的影响也不尽相同,如PC其粘度几乎不受螺杆转速的影响,而PS受的影响则很大。

(5)压力的影响虽然高的注射压力在注射过程能提高注射速度而获得大的剪切作用,似乎对降低粘度有利,但从压力的物理意义来说,增压反而会令熔融塑料粘度增大,原因很简单,塑料大分子链与链之间本身保持着岩距离,那是分子间作用力使然,压力的增加意味着分子距离的缩小,因而分子链间的错动显得更为困难,整体的流动粘度也就增大了。

残余应力分析报告

残余应力分析报告

残余应力分析报告引言残余应力是指物体在外力作用后消失的一部分应力,这部分应力可以对物体的性能和行为产生重要影响。

残余应力分析是一项重要的工程技术,可以帮助我们更好地理解材料的性能和耐久性。

本报告旨在对残余应力的分析方法和应用进行简要介绍,以及讨论其在工程实践中的意义和局限性。

残余应力的定义与分类残余应力是指材料在外力作用后,经过一段时间后仍然存在的内部应力。

根据产生残余应力的原因,可以将其分为热残余应力、加工残余应力和相变残余应力。

热残余应力热残余应力是由于材料在热处理或冷却过程中由于温度变化引起的应力。

热残余应力的分布和大小与材料的热膨胀系数、热传导性等材料性质有关。

加工残余应力加工残余应力是由于材料加工过程中的塑性变形引起的应力。

例如,金属材料在冷加工过程中会发生塑性变形,并产生残余应力。

相变残余应力相变残余应力是由于材料经历相变过程(如固态相变、相分离等)后产生的应力。

这种应力的分布和大小与材料的相变温度、相变速率等因素有关。

残余应力分析方法残余应力分析可以采用多种方法,包括实验测试和数值模拟等。

以下是常用的几种方法:X射线衍射方法X射线衍射方法是一种常用的实验测试方法,通过测量材料中晶体的衍射角度来推断出残余应力的分布和大小。

该方法需要使用专用的X射线衍射仪器进行测试,并且需要对样品进行化学腐蚀和机械切割等预处理工作。

中子衍射方法中子衍射方法是一种非常灵敏和准确的实验测试方法,可以用于测量材料中的残余应力。

相比于X射线衍射方法,中子衍射方法对于非晶态材料和大晶粒材料具有更好的适应性。

数值模拟方法数值模拟方法是一种利用计算机模拟材料结构和应力行为的方法。

通过建立材料的几何模型和力学模型,并采用有限元方法进行数值计算,可以得到材料内部的应力分布情况。

这种方法需要对材料的物理和力学性质有较好的了解,并进行合理的参数设定。

残余应力的意义和应用残余应力的存在对材料的性能和行为产生重要影响,对以下方面具有重要意义和应用:材料强度和疲劳性能的评估残余应力会影响材料的强度和疲劳性能。

铣削加工中的加工残余应力分析

铣削加工中的加工残余应力分析

铣削加工中的加工残余应力分析随着制造技术的发展,越来越多的工艺手段被应用到加工中。

在机械加工中,铣削是一种常见的加工方法。

尽管铣削加工具有高效、高精度和高重复性等优点,但是在铣削加工中会产生一定数量的应力。

这些应力会对零件的使用寿命和性能有很大影响。

因此,对铣削加工中的加工残余应力进行分析和研究,具有很大的实际意义。

铣削加工残余应力的来源铣削加工残余应力的来源有很多,主要有以下几个方面:1. 材料变形:在铣削过程中,由于材料的剪切变形、塑性变形和热变形等,会使材料内部形成一定的残余应力。

2. 外界作用:在铣削过程中,外界的切削力和压力会使工件内部产生应力。

3. 工艺参数:铣削加工中的工艺参数,如切削速度、进给量、切削深度等,会对铣削加工残余应力产生影响。

铣削加工残余应力的影响铣削加工残余应力对零件的使用寿命和性能有很大的影响。

具体表现在以下几个方面:1. 残余应力会使零件在使用中产生变形,从而降低其精度和稳定性。

2. 残余应力会影响零件的疲劳寿命,加速其疲劳破坏。

3. 残余应力会降低零件的耐蚀性能,从而影响其使用寿命。

4. 残余应力会影响零件的尺寸精度和形貌精度。

铣削加工残余应力的分析方法对铣削加工残余应力进行分析,主要有以下几种方法:1. 数值模拟法:利用有限元分析软件等工具,模拟加工过程,从而获取加工残余应力分布。

2. 试验方法:通过试验手段,测量零件内部残余应力。

3. 应力解析法:通过分析零件内部的应力分布规律,推测并确定应力的来源和分布。

铣削加工残余应力的控制方法为了控制铣削加工中的加工残余应力,可以采取以下措施:1. 合理选择刀具,降低切削温度和削屑,从而减少残余应力的产生。

2. 合理控制工艺参数,如切削速度、进给量、切削深度等,调整为较佳的加工参数,减少残余应力。

3. 采用合适的冷却润滑剂,如切削油、冷却剂等,降低切削温度,从而减少残余应力的产生。

4. 采用合适的工艺流程,如预加工、精加工等,以减少残余应力的产生。

残余应力检测注意要点

残余应力检测注意要点

残余应力检测注意要点残余应力检测仪所检测的应力为工件表层的残余应力,原理是采用钻孔进行应力释放,在应力释放过程中会造成局部区域发生应变,应变片检测其应变量,通过公式计算其残余应力值。

焊接件检测的表面应力情况一般为残余拉应力,即δ值为正。

我们焊接件一般采用Q235B材质,故一般未进行去应力退火的焊接件,其残余应力值不超过250Mpa。

1、所测残余应力的点的位置选取:①钻孔位置的孔应紧贴焊缝位置,保证所测点第一主应力方向与所测焊缝垂直,便于后面的数据分析②选取位置需保证面积大于应变片的尺寸,该面需平整,保证应变片能够贴平。

2、所测点位置的清洗:1)用抛光片进行表面打磨打磨时应注意:①所测点区域用抛光片轻轻打磨,打磨时间不可过长,打磨区域不允许过热。

②所打磨的深度不宜过深,只需将贴片的区域打磨平整,达到去除表面氧化层目的即可。

2)用400目砂纸进行表面打磨打磨目的:去除抛光片抛光所留下的痕迹,表面光滑平整便于应变片牢固3)清洗①清洗剂的选用应采用浓度为99%的无水乙醇或丙酮溶液。

②先用酒精将表面进行粗洗,去除表面油污等其他东西,再慢慢采用棉球进行擦拭,最终使棉球表面洁净为止。

目的:保证表面无油脂3、贴片①取出应变片,将应变片的细丝理顺便于后续贴片。

取出时只可用手触碰硬盘片细丝,不允许手接触应变片薄膜部分,防止手上油脂污染应变片导致所贴不牢。

②502胶水尽量选用品牌产品,目前采用禹王牌胶水比较牢固,若502胶水质量有问题会严重影响应变片的牢固性,导致检测数据异常,应变片上所滴502胶水适量,保证粘上后能够均匀覆盖整个应变片。

③应变片细丝的反面滴上502胶水后,放上所测位置后,用手指将应变片内多余的胶水与气泡挤出,聚乙烯薄膜(烟纸壳的塑料薄膜)可防止粘应变片,待胶水完全凝固后,将粘上的细丝理顺。

注意:理细丝时用力不可过大,防止细丝扯断。

保证各个细丝不相互接触,不与所测工件接触。

4、接线①按仪器的使用说明书将仪器的线路接好,温度传感器放于工件附近位置,在检测数据出来前不允许触碰或移动其位置。

影响表面金属残余应力的因素及控制措施

影响表面金属残余应力的因素及控制措施

影响表面金属残余应力的因素及控制措施
影响表层金属残余应力的主要因素有刀具几何参数及磨损,切削用量和工件材料等。

刀具几何参数
刀具几何参数中对残余应力影响最大的是刀具前角。

图4.68给出了硬质合金刀具切削45钢时,刀具前角γo对残余应力的影响规律。

当γo由正变为负时,表层残余拉应力渐渐减小。

这是由于γo减小,rn增大,刀具对加工表面的挤压与摩擦作用加大,从而使残余拉应力减小;当γo为较大负值且切削用量合适时,甚至可得到残余压应力。

刀具磨损
刀具后刀面磨损VB值增大,使后刀面与加工表面摩擦增大,也使切削温度上升,从而由热应力引起的残余应力的影响增加,使加工表面呈残余拉应力,同时使残余拉应力层深度加大(见图4.69)。

工件材料
工件材料塑性越大,切削加工后产生的残余拉应力越大,如:工业纯铁、奥氏体不锈钢等。

切削灰铸铁等脆性材料时,加工表面易产生残余压应力,缘由在于刀具的后刀面挤压与摩擦使得表面产生拉伸变形,待与刀具后刀面脱离接触后在里层的弹性恢复作用下,使得表层呈残余压应力。

切削用量
切削用量三要素中的切削速度vc和进给量f对残余应力的影响较大。

由于vc增加,切削温度上升,此时由切削温度引起的热应力渐渐起主导作用,故随着vc增加,残余应力将增大,但残余应力层深度减小。

进给量f增加,残余拉应力增大,但压应力将向里层移动。

背吃刀量ap对残余应力的影响不显著。

工件引起残余应力的原因

工件引起残余应力的原因

工件引起残余应力的原因
工件经机械加工后,其表面层都存在残余应力。

残余压应力可提高工件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度,残余拉应力的作用正好相反。

若拉应力值超过工件材料的疲劳强度极限时,则使工件表面产生裂纹,加速工件的损坏。

引起残余应力的原因有以下三个方面:
( 一)冷塑性变形引起的残余应力
在切削力作用下,已加工表面受到强烈的冷塑性变形,其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压和摩擦产生的塑性变形最为突出,此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。

切削力除去后,基体金属趋向恢复,但受到已产生塑性变形的表面层的限制,恢复不到原状,因而在表面层产生残余压应力。

( 二)热塑性变形引起的残余应力
工件加工表面在切削热作用下产生热膨胀,此时基体金属温度较低,因此表层金属产生热压应力。

当切削过程结束时,表面温度下降较快,故收缩变形大于里层,由于表层变形受到基体金属的限制,故而产生残余拉应力。

切削温度越高,热塑性变形越大,残余拉应力也越大,有时甚至产生裂纹。

磨削时产生的热塑性变形比较明显。

( 三)金相组织变化引起的残余应力
切削时产生的高温会引表面层的金相组织变化。

不同的金相组织有不同的密度,表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。

表面层体积膨胀时,因为受到基体的限制,产生了压应力;反之,则产生拉应力。

表面残余应力

表面残余应力

表面残余应力表面残余应力胡宏宇(浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州 310032)摘要:残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。

各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。

残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。

残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。

特别是在承力件和转动件上,残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。

因此,研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。

关键词:残余应力;切削变形;磁测法;喷丸强化;Surface residual stress(S chool of mechanical engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310032,China)Abstract:Residual stress is mainly caused by the uneven plastic deformation of component. All kinds of engineering materials in the preparation of blank, parts and components processing, heat treatment and assembly process will produce different degree of residual stress. Residual stress because of its intuitive factors such as poor and difficult to detect is often neglected. Seriously affect the residual stress of component machining precision and dimension stability, static strength, fatigue strength and corrosion cracking. Especially力或残余应力。

成形加工机械中的残余应力分析与优化

成形加工机械中的残余应力分析与优化

成形加工机械中的残余应力分析与优化在成形加工机械中,残余应力是一种常见的现象。

这些应力是由于材料在加工过程中经历了各种压力和变形所致。

残余应力可能会在零件组装、使用或运输过程中引起问题,因此对其进行分析和优化非常重要。

残余应力对成形加工件的性能和寿命有着重要影响。

首先,残余应力可能导致零件变形或变形不均匀,从而影响其精度和几何形状。

其次,残余应力可能导致零件在使用过程中发生裂纹或断裂,降低了零件的强度和可靠性。

此外,残余应力还可能对材料的耐磨性和耐腐蚀性产生负面影响。

因此,我们需要通过分析和优化残余应力,以提高成形加工件的性能和寿命。

在分析残余应力时,我们可以通过非破坏性检测方法来获取表面或内部残余应力的信息。

常用的非破坏性检测方法包括X射线衍射、光弹性法、电子衍射法等。

利用这些方法,我们可以对材料表面或内部的残余应力进行定量测量。

在优化残余应力方面,我们可以采取以下措施。

首先,合理选择加工方法和工艺参数。

不同的材料和加工过程对残余应力的影响是不同的,因此需要根据具体情况进行优化选择。

其次,调整工艺流程,采用缓冲工艺或间歇卸载工艺等,以降低应力集中和变形。

此外,还可以在材料的化学成分和热处理等方面进行优化,以减少残余应力的生成。

此外,我们还可以通过适当的材料选择来优化残余应力。

一些材料具有较高的应力释放能力,可以在材料变形时释放残余应力。

例如,使用奥氏体不锈钢代替铁素体不锈钢可以减少应力集中和残余应力的产生。

另外,一些复合材料具有较低的热膨胀系数和较高的强度,可以减少在加工过程中引起的应力和变形。

在进行残余应力分析和优化时,我们还需要考虑设计和制造的实际情况。

例如,通过优化加工设备的结构和参数,可以减少残余应力的产生。

此外,合理的装夹和固定方式也可以减少残余应力的传递和累积。

总结而言,在成形加工机械中的残余应力分析和优化是一项复杂而重要的任务。

通过合理选择加工方法和工艺参数、调整工艺流程、优化材料的选择和制造方式等措施,可以减少残余应力的产生和传递,提高成形加工件的性能和寿命。

残余应力分析报告

残余应力分析报告

残余应力分析报告1. 引言残余应力是指材料在外力作用后,去除外力后仍然存在的应力。

它是材料内部微观结构产生的结果,对材料的性能和稳定性具有重要影响。

残余应力分析是研究材料力学行为的重要手段,可以帮助我们了解材料的变形特点和失效机制。

本报告将介绍残余应力分析的基本原理和方法,并结合实际案例进行分析。

2. 残余应力的产生机制残余应力的产生可以归结为以下几个方面:2.1 热应力材料在冷却过程中由于温度梯度而产生的热应力是导致残余应力的主要原因之一。

当材料的不同部分受到不同的温度影响时,会出现不均匀的热膨胀,从而引起应力的产生。

2.2 加工应力加工过程中的机械变形也会导致残余应力的产生。

例如,材料的塑性变形、切削加工和焊接等过程中,由于材料受到外力作用而发生形变,一旦去除外力,材料便会维持一定的应力状态。

2.3 相变应力材料的相变过程也会引起残余应力的产生。

例如,金属在固相转变时,由于晶格结构的变化,会引起应力的产生。

3. 残余应力分析方法残余应力分析可以采用多种方法,常见的有以下几种:3.1 X射线衍射方法X射线衍射方法是一种常用的非破坏性测试方法,可以通过测量材料晶体的衍射图样来分析残余应力。

通过对衍射峰的位置和强度进行分析,可以确定残余应力的大小和分布情况。

3.2 高能同步辐射方法高能同步辐射方法是一种精密的残余应力分析方法,可以提供更高的分辨率和更精确的测量结果。

该方法利用高能同步辐射源产生的高强度辐射束,通过测量辐射束的散射特性来分析残余应力。

3.3 数值模拟方法数值模拟方法是一种基于数学建模和计算机仿真的分析方法,可以通过建立材料的力学模型和边界条件来计算残余应力。

该方法可以通过调整模型参数和边界条件来模拟不同情况下的残余应力分布。

4. 残余应力分析案例分析以某航空发动机叶片为例,进行残余应力分析。

通过X射线衍射方法对叶片进行测试,得到了残余应力的分布情况。

结果显示,叶片的根部和尖部存在较大的残余应力,而中部相对较小。

工件中残余应力的形式,产生原因、测试方法总结1

工件中残余应力的形式,产生原因、测试方法总结1

残余应力基础知识一、基本概念1.1应力残余应力是在无外力的作用时,以平衡状态存在于物体内部的应力。

在外力的作用下,当没有通过物体表面向物体内部传递应力时,在物体内部保持平衡的应力系称为固有应力或初始应力。

热应力(Thermal stress)和残余应力(Residual stress)是固有应力的一种。

而固有应力也被一些研究者称为内应力。

通常说来,物体的内力是指物体内部质点之间的相互作用力,在物体没有受到外力作用时它就存在着的。

就是是这种内力,使物体各个部分紧密相连,并保持一定的几何形状。

通常我们关心的不是内力的大小,而是构件中所承受内力最严重的所谓“危险点”。

为了描述截面上各点承受内力的程度,以及内力在截面上的分布状况,引入内力集度(即应力)的概念。

如图2.1所示,设在受力物体内某一截面m-m 上任取一点K ,围绕K 点取为面积∆A,若在∆A 上作用的内力为∆P ,则在∆A 上的内力平均集度为:m P P ∆=∆A(1)图2.1应力概念示意图P m 称为作用在∆A 上的平均全应力。

如果所取微面积∆A 越小,则P m 就越能准确表示K 点所受内力的密集程度。

当∆A 趋于0时,其极限值定义为K 点的全应力(Total stress ),即 lim 0P dP p dA A ∆==∆A∆→ (2) 全应力p 是一个矢量。

为了研究问题的方便,常把全应力p 分解为垂直于截面m-m 的分量σ和相切于截面m-m 的分量τ。

σ称为法向应力或正应力,τ称为切向应力或剪应力。

[2]1.2内应力概念、原理由于物体是由无数质点组成的,因此,在未受外力作用时,内部各质点间就已存在着相互作用的力,它使各质点处于相对平衡状态,从而物体才能保持一定的形状,这种力称为物体的固有内力,即自然状态粒子结合力。

固有应力也被一些研究者成为内应力(Internal stress)。

内应力是指产生应力的各种因素不复存在时(如外力已去除、加工已完成、温度已均匀、相变已停止等),由于不均匀的塑性变形或相变而使材料内部依然存在并自身保持平衡的应力。

表面残余应力测试方法

表面残余应力测试方法

表面残余应力测试方法嘿,咱今儿就来聊聊这表面残余应力测试方法!你说这表面残余应力就像是个藏在材料里的小秘密,咱得想办法把它给揪出来。

那咋揪呢?常见的方法就有好几种呢!比如说这X 射线衍射法,就好像是个超级侦探,能精准地探测到应力的存在和大小。

它通过 X 射线照射材料,然后根据衍射图谱来分析应力情况。

你想想,这是不是挺神奇的?还有钻孔法,这就好比是在材料上挖个小坑,然后看看它周围的反应,从而推断出残余应力。

就像你在沙堆上挖个洞,周围的沙子会有不一样的变化一样。

说到这里,我想起之前有个朋友问我:“这测试残余应力有啥用啊?”嘿,用处可大了去了!你想想,如果不了解材料的残余应力,就像闭着眼睛走路一样,说不定啥时候就摔跟头了!它能影响材料的性能、寿命,甚至在一些关键场合,可能会引发大问题呢!就拿金属制品来说吧,要是残余应力没搞清楚,用着用着突然变形了或者裂了,那多吓人啊!所以说啊,这表面残余应力测试可不能马虎。

另外,还有一种叫盲孔法的,这名字是不是挺有意思?它就像是给材料做个小手术,通过在上面钻个小孔,然后测量小孔周围的应变来计算残余应力。

那在实际操作中,可得注意很多细节呢!比如说测试环境得稳定吧,不能一会儿热一会儿冷的,那不是把结果都给搞乱了嘛!而且操作人员也得细心、专业,不然一个不小心弄错了数据,那可就麻烦了。

你说这表面残余应力是不是很神秘又很重要啊?咱得像对待宝贝一样认真对待它的测试。

每种测试方法都有它的特点和适用范围,咱得根据具体情况来选择合适的。

就好像你去买衣服,得挑适合自己身材和风格的呀!总之呢,这表面残余应力测试方法可真是个大学问,咱们得好好研究研究,把这个小秘密给摸透了,才能让材料更好地为我们服务呀!这可不是开玩笑的,要是不重视,说不定啥时候就会让你吃大亏呢!所以,可别小瞧了它哟!。

工件引起残余应力的原因

工件引起残余应力的原因

工件引起残余应力的原因
内应力是由于材料的结构变化或者加工过程中的变形引起的。

首先,
金属材料的晶界和晶内缺陷会导致内应力的产生。

晶界由于晶体之间的不
完整结合或者晶格方向的不连续性,会导致晶界附近区域内的应力集中,
进而形成内应力。

晶内缺陷包括晶格缺陷(如空位、间隙和夹杂物)和位错。

这些缺陷会导致晶体内部的应力场非均匀分布,形成内应力。

其次,加工过程中的变形也会引起内应力的产生。

例如,锻造、压力
加工和焊接等加工过程会导致材料的塑性变形,形成内应力。

变形过程中,材料会受到压力或拉力的作用,使材料发生塑性变形,然后在变形结束后,材料会出现应力释放不完全,导致产生残余应力。

除了内应力外,外应力也是引起工件残余应力的重要原因之一、工件
在使用过程中受到外界力的作用,会产生外应力。

例如,受力工件受到拉伸、压缩、扭转或弯曲等力,会导致工件内部出现应力分布不均匀,形成
残余应力。

外界温度的变化也会引起工件的热应力,从而产生残余应力。

此外,工件的尺寸和形状也会影响残余应力的产生。

当工件的形状发
生改变时,例如由于焊接或切割等加工过程,其尺寸和形状的改变会导致
内部应力的变化,形成残余应力。

尺寸和形状的改变会使工件的体积、表
面积或者尺寸变化,从而形成内应力。

总结起来,工件残余应力的主要原因包括材料的内应力和外应力。


应力是由于材料结构变化或加工过程中的变形所引起的,而外应力是由外
界力的作用或者工件尺寸和形状的改变所引起的。

通过对残余应力的研究
和控制,可以提高工件的使用性能和寿命。

加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因

加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因

加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是由于金属材料在加工过程中受到了外力的作用,导致其内部结构发生了变化。

这种变化会引起材料表面产生残余应力,即在没有外力作用时仍存在的应力。

在金属材料的加工过程中,通常会使用机械或热加工方法。

机械加工包括切削、冲压、钻孔等方法,而热加工则包括锻造、淬火、回火等方法。

这些加工方法都会对材料的结构和性能产生影响,从而导致表面残余应力的出现。

首先,机械加工中的切削和冲压是最常见的加工方法之一。

在这些过程中,金属材料受到了剪切和挤压等外力作用。

由于这些作用力不均匀地分布在材料表面上,因此会导致表面局部区域内的晶体结构发生变形。

这种变形会使得局部区域内的晶体结构比周围区域更紧密,从而形成压缩残余应力。

其次,在热加工过程中,金属材料会受到高温和快速冷却等作用力。

例如,在锻造过程中,金属材料被加热到高温状态,然后通过快速冷却来形成所需的形状。

这种过程会导致材料表面局部区域内的晶体结构发生变化,从而形成拉伸残余应力。

此外,在淬火和回火等热处理过程中也会产生残余应力。

在淬火过程中,金属材料被迅速冷却,从而使得表面区域内的晶体结构发生变化。

由于冷却速度不同,导致表面和内部的温度差异很大,因此会产生拉伸残余应力。

在回火过程中,金属材料被加热到一定温度并保持一段时间后再进行冷却。

这种过程也会导致表面和内部的晶体结构不同而产生残余应力。

总之,加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是由于金属材料在加工过程中受到了外力的作用而导致其内部结构发生了变化。

这些变化会引起材料表面产生残余应力,进而影响材料的性能和寿命。

因此,在实际生产中,需要采取相应的措施来减轻或消除残余应力的影响。

例如,可以通过热处理、表面处理等方式来改变材料内部结构,从而消除残余应力。

圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布

圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布

圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布圆柱齿轮是机械传动中常用的一种元件,其性能的优劣与表面残余应力密切相关。

本文将探讨圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布情况,并分析其影响因素及对齿轮性能的影响。

一、加工表面残余应力的形成在圆柱齿轮加工过程中,由于切削力及热源的作用,工件表面产生塑性变形和温度变化,从而导致加工表面残余应力的形成。

具体而言,加工过程中的切削力会使工件表面产生塑性变形,而高温源(如切削热)则会引起工件表面的温度升高。

这些因素共同作用下,导致了加工表面残余应力的产生。

二、加工表面残余应力的分布形式圆柱齿轮加工表面残余应力的分布形式是不均匀的,一般可以分为径向和周向两个方向。

在径向方向上,齿轮的表面残余应力呈现出放射状分布,即离齿轮中心越远,残余应力越小。

而在周向方向上,齿轮的表面残余应力呈现出环形分布,即接近齿槽处的表面残余应力较大,而齿槽之间的表面残余应力较小。

三、影响加工表面残余应力的因素1. 切削参数:切削速度、进给速度、切削深度等切削参数的选择和调整都会对加工表面残余应力产生影响。

一般情况下,切削速度越高,加工表面残余应力越小;进给速度越大,加工表面残余应力越大;切削深度的增加也会使加工表面残余应力增大。

2. 热源:加工过程中的热源主要来自切削热和摩擦热。

切削热的大小与切削速度、切削力以及刀具材料等因素相关,而摩擦热则与接触面的摩擦系数、转速等因素有关。

热源的变化将直接影响加工表面残余应力的分布情况。

3. 材料性质:工件材料的硬度、韧性以及导热性等性质也会对加工表面残余应力产生影响。

一般而言,材料的硬度越高、韧性越低,加工表面残余应力越大。

四、加工表面残余应力对齿轮性能的影响加工表面残余应力对齿轮的性能具有重要的影响。

首先,加工表面残余应力会导致齿轮的尺寸变化及形状变形,从而影响齿轮的装配精度和工作传动性能。

其次,齿轮在工作时会承受着较大的载荷,加工表面残余应力会减少齿轮的疲劳寿命,增加其断裂风险。

车轴加工表面残余应力分析

车轴加工表面残余应力分析

车轴加工表面残余应力分析摘要:残余应力广泛存在于各类机械加工产品中,车轴也不例外。

随着我国高速轨道行业的快速发展,车辆运行速度不断提升、载重也在不断加大,为了满足车辆运行的安全性与稳定性,车轴作为转向架最为核心的部件需要提高其生产制造的质量。

残余应力的存在成为威胁车轴质量的一大隐患,本文通过对残余应力的产生原因进行分析,提出车轴加工生产过程中残余应力的产生与检测。

关键词:车轴加工,残余应力,产生与检测1.研究背景随着我国轨道行业的快速发展,越来越多的城市间开始修建铁路线路,人们的出行交通工具也首选铁路车辆。

但随着车辆轴重的提升,运行速度的加快,车辆综合性能得到了挑战。

车轴生产一直是铁路车辆的关键难点,1992年法国一辆TGV列车因车轴断裂导致列车出轨,2002年德国一辆列车因为一根车轴断裂整辆列车出轨,车轴疲劳破坏导致车辆损伤成为了影响车辆运行安全的巨大隐患。

轨道车辆车轴加工,对于表面残余应力的检测判断与处理决定了车轴的疲劳性能,对车辆的安全运行具有积极的作用。

2.车轴加工工艺轨道车辆车轴加工工艺包括毛坯件的锻造与热处理、车轴外形的车削与磨削,车轴表面强化处理等。

在动车组列车上,车轴多采用空心车轴,空心车轴重量轻、平稳性高、利于减小行驶过程中的冲击和振动等特点,但在加工方面技术要求高,处理不当反而导致车轴空心部位存在巨大的安全隐患。

很多前人对车轴生产工艺已做出了研究,郑业方等研究了车轴热处理工艺会使车轴的组织及性能产生变换,若优化的预处理工艺,可提高组织均匀性,细化晶粒,提高车轴的力学性能。

贾广跃等优化了空心车轴精加工工艺方法,提高了加工精度及加工效率实现了空心车轴的自动化车削加工工艺。

3.残余应力残余应力是指无外在因素影响时,平衡状态存在于材料内部的应力。

车轴加工过程中对车轴进行的加工工艺、表面处理工艺都会在车轴表面产生残余应力。

车轴加工表面的残余应力会显著影响车轴的使用性能,如耐磨性、耐腐蚀性、断裂初性等,过量的残余应力直接影响到车轴的疲劳性能,长期运行可能出现疲劳断裂等危险。

影响表面残余应力的主要因素

影响表面残余应力的主要因素

影响表面残余应力的主要因素
发布者:admin 日期:2013-1-16 10:12:24
磨削裂纹和残余应力有着十分密切的关系。

在磨削过程中,当工件表层产生的残余拉应力超过工件材料的强度极限时,工件表面就会产生裂纹。

磨削裂纹的产生会使零件承受交变载荷的能力大大降低。

如上所述,机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用的结果。

在不同的加工条件下,残余应力的大小、符号及分布规律可能有明显的羞别。

切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形,表面层常产生残余压应力。

磨削加工时,通常热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化是产生残余应力的主要因素,所以表面层常存有残余拉应力。

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一、 表面层残余应力产生的原因 @、 冷态塑性变形引起的残余应力 在切削力作用下, 已加工表面产生强烈的塑性 变形, 表面层产生残余压应力, 里层产生残余拉应 力。当刀具从被加工表面上切除金属时, 由于后刀 面的挤压和摩擦作用, 加大了表面伸长的塑性变形, 表面层的伸长变形受到基体金属的限制, 也产生了 残余压应力。 冷态塑性变形的结果, 金属晶格被扭曲, 晶格中
参考文献(2条) 1.郑焕文 机械制造工艺学 1998 2.郑修本 机械制造工艺学 2004
引证文献(1条) 1.周航.周旭东.周宛 金属零件表面滚压强化技术的现状与展望[期刊论文]-工具技术 2009(12)
本文链接:/Periodical_yuncxyxb200602026.aspx
[ #] 余压应力。
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!"" ! 以下时, 弹性恢复。 因此工件温度降到 #" ! , 削加工的高温持续时间很短, 因此不会发生金相组 表层收缩 ! "。 !" # " $ """"$# ( !"" % #" ) # " $ %&’ & $" %# " !" # # $ $ & $" ( & " $ %&’ & $" %# " # ’・ " # $%’" $ ’ ( ) ))# # $%’" $ ’ & $" ’ * + 此应力已超过一般钢材的强度极限, 所以磨削 区的高温足以使工件产生残余拉应力, 因而出现表 面裂纹。 &、 金相组织变化引起的残余应力 切削时产生的高温会引起表面层金相组织的变 化。 不同的金相组织就有不同的密度, 当表层金属与 基体的比容不同, 必然导致内应力的产生, 最显著的 是马 氏 体 与 奥 氏 体 的 相 变。马 氏 体 密 # , # * $ *( - ) +)& ; 奥氏体密度 # . # * $ %’ - ) +)& ; 珠光体密度
第 !" 卷# 第 ! 期 !))* 年 " 月
# # 运城学院学报 # +%,-./& %0 1,.234.5 6.784-97:;
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工件表层残余应力的分析
续海峰
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( 运城学院 机电工程系, 山西 运城 )""))) ) # # 摘# 要: 残余应力是工件在冷态塑性变形, 热态塑性变形及金相组织的变化引起的综合结果, 表层残余应力 严重, 将可能导致裂纹的产生, 严重影响零件的疲劳强度, 降低零件的使用性能。因此对表层残余应力的产生及 影响要进行深入分析, 采取有效的工艺措施, 保证工件表面的完整性。 关键词: 残余拉应力; 残余压应力; 冷态塑性变形, 热态塑性变形; 金相组织 中图分类号: >?@A@# 文献标识码: < # # 文章编号: @))B C B))B ( !))* ) )! C ))DB C )!
[ $ ]郑修本. 机械制造工艺学 [ /] . 北京, 机械工业出版社, #""0. [ # ]郑焕文. 机械制造工艺学 [ /] . 北京, 高等教育出版社, $%%!. 【 责任编辑, 贾毅朝】
马氏体, 磨削加工后, 表层可能产生回火, 马氏体转 变为屈氏体或索氏体 ( 接近珠光体) , 密度增大而体 积减小, 产生残余拉应力。 如果表面温度超过 . 0& , 冷 却又充分, 则表层将又成为马氏体, 体积膨胀产生残
& 铁素体密度 # / # * $ !! - ) +)& , 可见 # * # * $ *! - ) +) ; 以淬火钢为例, 淬火钢原来组织为 # , 最小, # . 最大。
织的改变。 二、 影响表面层残余应力的因素 机械加工后表面层的残余应力是由冷、 热态塑 性变形及金相组织变化引起的综合结果。在一定条 件下, 其中某一种或两种原因可能起主导作用。磨 削时起主导作用的是 “ 热” 。 工件表层残余应力是如何分布的将对工件的使 用有很大的影响。磨削用量是影响磨削裂纹的首要 因素。精密磨削时, 产生浅而小的残余压应力, 这时 温度影响很小, 没有金相组织的变化, 主要是冷态塑 性变形影响起作用。精密磨削时, 表面产生极浅的 残余拉应力, 这是热塑性变形起主导作用。粗磨时, 表面层产生极浅的残余压应力, 接着就是较深且较 大的残余拉应力, 这表明产生了一薄层二次淬火层, 其比容比回火组织大, 故表层为残余压应力。残余 拉应力大于残余的压应力, 若残余拉应力超出金属 材料的强度极限, 则会产生磨削裂纹。这种工件在 使用时, 不但寿命降低, 且会发生断裂危险。因此, 必须加以控制。 其次, 磨削裂纹的产生与工件材料及热处理也 有很大关系。 残余压应力能阻止裂纹的产生, 而残余拉应力 助长裂纹产生、 降低工件的使用性能。为了消除残 余应力的影响, 重要零件的主要表面, 应采用合理的 精密加工, 光整加工或采用表面强化工艺等工艺措 施, 保证工件表面的完整性。 参考文献:
紧密排列的原子被移动, 所有这些变动都会导致金 属密度的下降 ( 或称比容增大) , 其密度从 F’ BF 降 至 F’ FD 左右, 必然产生残余压应力。 如, 钢类工件表面层密度从 F’ BF 降到 F’ FD 则 @ @ $ F # FD F # BF ) # @! !! " " F # BF F # FD ! ) # )" !% " " ) # D! & @) $! % F # FD "压 " ’ ・ !% " ! # @ & @) D & ) # D! & @) $! " %
收稿日期: !))* C )@ C !A
若此应力在弹性极限以内, 则表层不发生塑性 变形。 若表面温度达到 B)) . 以上, 对于钢来说, 弹 性已全部消失, 表层不产生任何应力。 当工件冷却到
!
作者简介: 续海峰 ( @G*F C ) , 男, 山西夏县人, 运城学院机电工程系讲师。
・DB・ 万方数据
[ @] 影响。
工件已加工表面在切削热作用下, 产生热膨胀, 此时, 金属基体温度较低, 因此, 表层产生热压应力。 当切削过程结束时, 表面温度下降由于表层已产生 热塑性变形要收缩并受到基体的限制, 因而产生残 余拉应力。磨削加工表面层的瞬时温度很高, 必然 引起表层金属膨胀, 使工件变长、 变粗, 由于内部金 属体积大而不发生变形, 受热变形的外层金属所承 受的压应力, 按虎克定律应力: " " ’ ・- " ’ ・ !% %
!" # # $ $ & $" ( & " $ $#! & $" %# " 压 # ’・ " # #*" ( ) -)# # #* & $" * * + 可见金相组织变化只能产生于淬火钢工件表 层, 而对于未淬火钢是扩散度很低的珠光体组织, 磨
万方数据
・ (%・
工件表层残余应力的分析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 续海峰 运城学院,机电工程系,山西,运城,044000 运城学院学报 JOURNAL OF YUNCHENG UNIVERSITY 2006,24(2) 1次
# # 近年来, 随着科学技术的飞速发展, 对产品的使 用性能要求越来越高, 一些重要零件要在高温、 高 速、 高压力等条件下工作, 表面层的任何缺陷, 不仅 直接影响零件的工作性能, 而且还会引起应力集中、 内应力腐蚀等现象, 加速零件的失效。因此, 为适应 科学技术发展的客观需要, 要进一步深入研究表面 质量, 表面质量要具有完整性。 切削加工后的表面层经过切削力和切削热的综 合作用, 表面层金属晶粒发生了不同程度的塑性变 形。在磨削加工时, 由于磨削热的影响, 表层晶体也 会产生金相组织的转变。无论塑性变形或是金相组
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