在熱處理工序中由于工件壁厚不均勻、冷卻不均、金相組織的轉變等原因,使工件產生內應力。圖示一個內外壁厚相差較大的鑄件。澆鑄后,鑄件將逐漸冷卻至室溫。由于壁1和壁2比較薄,散熱較易,所以冷卻比較快。壁3比較厚,所以冷卻比較慢。當壁1和壁2從塑性狀態冷到彈性狀態時,壁3的溫度還比較高,尚處于塑性狀態。所以壁1和壁2收縮時壁3不起阻擋變形的作用,鑄件內部不產生內應力。但當壁3也冷卻到彈性狀態時,壁1和壁2的溫度已經降低很多,收縮速度變得很慢。但這時壁3收縮較快,就受到了壁1和壁2的阻礙。因此,壁3受拉應力的作用,壁1和2受壓應力作用,形成了相互平衡的狀態。如果在這個鑄件的壁1上開一個口,則壁1的壓應力消失,鑄件在壁3和2的內應力作用下,壁3收縮,壁2伸長,鑄件就發生彎曲變形,直至內應力重新分布達到新的平衡為止。推廣到一般情況,各種鑄件都難免產生冷卻不均勻而形成的內應力,鑄件的外表面總比中心部分冷卻得快。特別是有些鑄件(如機床床身),為了提高導軌面的耐磨性,采用局部激冷的工藝使它冷卻更快一些,以獲得較高的硬度,這樣在鑄件內部形成的內應力也就更大些。若導軌表面經過粗加工剝去一些金屬,這就象在圖中的鑄件壁1上開口一樣,必將引起內應力的重新分布并朝著建立新的應力平衡的方向產生彎曲變形。為了克服這種內應力重新分布而引起的變形,特別是對大型和精度要求高的零件,一般在鑄件粗加工后安排進行時效處理,然后再作精加工。
鑄件因內應力而引起的變形
2)冷校直產生的內應力
絲杠一類的細長軸經過車削以后,棒料在軋制中產生的內應力要重新分布,產生彎曲,如右圖示。冷校直就是在原有變形的相反方向加力F,使工件向反方向彎曲,產生塑性變形,以達到校直的目的。在F力作用下,工件內部的應力分布如圖b所示。當外力F去除以后,彈性變形部分本來可以完成恢復而消失,但因素心變形部分恢復不了,內外層金屬就起了互相牽制的作用,產生了新的內應力平衡狀態,如圖c所示,所以說,冷校直后的工件雖然減少了彎曲,但是依然處于不穩定狀態,還會產生新的彎曲變形。
校直引起的內應力
3.減小內應力變形誤差的途徑
改進零件結構——設計零件時,盡量做到壁厚均勻,結構對稱,以減少內應力的產生。
增設消除內應力的熱處理工序
合理安排工藝過程——粗加工和精加工宜分階段進行,使工件在粗加工后有一定的時間來松弛內應力。
七、提高加工精度的途徑
減小原始誤差
轉移原始誤差
均分原始誤差
均化原始誤差
誤差補償(end)
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