1. Основное понятие остаточного напряжения

Остаточное напряжение относится к внутреннему напряжению, которое существует внутри детали для поддержания равновесия даже при отсутствии внешних сил. В зависимости от различных свойств напряжения остаточное напряжение можно разделить на остаточное сжимающее напряжение и остаточное растягивающее напряжение.

1. Остаточное сжимающее напряжение (-σ)

Остаточное сжимающее напряжение — это напряженное состояние, при котором материал поверхности детали сжимается, и давление напряжения обычно способствует повышению усталостной прочности детали.

2. Остаточное растягивающее напряжение (+σ)

Остаточное растягивающее напряжение — это напряженное состояние, при котором материал поверхности детали растягивается, что обычно отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках детали. Наличие остаточных напряжений будет оказывать важное влияние на стабильность размеров обработки, усталостную прочность, коррозионную стойкость под напряжением и другие свойства механических деталей, поэтому процессу обработки деталей необходимо уделять особое внимание.

2. Основные факторы, влияющие на остаточное напряжение

1、Параметры геометрии инструментаВлияние

1) Удар под передним углом

• Передний угол инструмента оказывает существенное влияние на глубину существования остаточного напряжения.
• Отрицательный передний угол увеличивает силы резания и пластическую деформацию, что приводит к более глубокому слою, подверженному напряжению, поэтому глубина слоя остаточного напряжения может быть увеличена вдвое при использовании инструмента с отрицательным передним углом.

2) Состояние износа инструмента

• По мере увеличения износа инструмента значение сжимающего напряжения в более глубокой точке вдали от поверхности детали значительно увеличивается
• Сильно изношенные инструменты могут привести к большему выделению тепла и механической деформации, что может значительно изменить распределение остаточного напряжения.

2、Параметры резкиВлияние

1) Объем корма

• При увеличении объема подаваемого материала растягивающее напряжение на поверхностном слое увеличивается.
• По мере увеличения скорости подачи положение максимального сжимающего напряжения смещается внутрь заготовки.
• При обработке больших подач на поверхностном слое легко образуется неблагоприятное растягивающее напряженное состояние.

2) Скорость резки

• Тепло, выделяемое во время высокоскоростной резки, является наиболее важным влияющим фактором, и в это время легко создается растягивающее напряжение.
• Механическая деформация преобладает при резке на средних и низких скоростях, и в это время создается сжимающее напряжение.
• Существует разумная критическая скорость при скорости резки, уравновешивающая эффекты тепла и механической деформации для минимизации остаточного напряжения.

3. Влияние методов обработки

Распределение остаточных напряжений, создаваемое различными методами обработки, имеет разные характеристики.

• Точение обычно создает поверхностное сжимающее напряжение и подповерхностное растягивающее напряжение.
• Шлифование подвержено поверхностному растягивающему напряжению, а также может вызвать ожоги при шлифовании.
• Напряженные состояния фрезерования являются наиболее сложными и тесно связаны с геометрией инструмента и параметрами резания.
• Концентрация напряжений очевидна на краю отверстия, а остаточное напряжение велико.
•  

3. Технологические мероприятия по снижению остаточного напряжения

1. Выбор инструмента и обслуживание

1) Оптимизация геометрии инструмента

• Выберите подходящий передний угол инструмента в соответствии со свойствами материала детали.
• Следите за тем, чтобы режущая кромка инструмента была острой и не допускайте мелких зазубренных зазубрин.
• Износ контрольного инструмента составляет около 0,2 мм, и инструмент регулярно проверяется.

2) Выбор материала инструмента

• Выбирайте материалы инструмента с хорошей износостойкостью и поддерживайте стабильное состояние инструмента.
• Инструмент для нанесения покрытий снижает трение во время обработки и уменьшает эффект тепловыделения.

2. Оптимизация технологических параметров

1) Контроль количества резки

Чтобы уменьшить влияние напряжения на производительность детали, необходимо выбрать подходящую комбинацию скорости резания, скорости подачи и объема фрезы «спина к спине», чтобы найти подходящую точку баланса, которая уравновешивает требования к эффективности обработки и контролю напряжения.

2) Охлаждение и смазка

Для снижения температуры во время обработки используются эффективные методы охлаждения, такие как охлаждение под высоким давлением, которое может эффективно уменьшить области, подверженные воздействию тепла.

3. Жесткая гарантия технологической системы

1) Станки и приспособления

• Обеспечение максимальной жесткости станка может снизить вибрацию во время обработки.
• Разумная конструкция оснастки приспособления может уменьшить деформацию, вызванную зажимом.

2) Совершенствование процесса бурения

• Использование направляющих втулок позволяет повысить жесткость сверла.
• Снятие фасок с краев отверстий после сверления может снизить концентрацию напряжения.

4. Процесс последующей обработки

1) Процесс механического упрочнения

• Метод экструзии используется для увеличения остаточного сжимающего напряжения поверхностного слоя.
• Процесс дробеструйного упрочнения может значительно повысить усталостную прочность деталей.
• Зубчатые колеса тонкой экструзии могут достигать более высокого сжимающего напряжения поверхности зуба, чем бритвенные зубы.

2) Процесс термической обработки

Отжиг для снятия напряженияЭто может эффективно снизить остаточное напряжение, а для материалов специальных деталей может быть применена обработка старения.

3) Композитный процесс

Дробеструйное упрочнение после электроэрозионной и электролитической обработки особенно эффективно для жаропрочных сплавов и других материалов.

Остаточные напряжения являются неизбежным условием при механической обработке, но их можно эффективно контролировать путем оптимизации процесса. Благодаря научному анализу принципа образования остаточного напряжения и принятию эффективных мер по контролю причин, производительность и срок службы механических деталей могут быть значительно улучшены.