大(da)量研(yan)究(jiu)表明，表面(mian)殘余應力影響工件(jian)的(de)疲勞強(qiang)度、耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)、可(ke)靠(kao)性(xing)和精(jing)度保持性(xing)。特別(bie)是(shi)對(dui)於在(zai)外部環境工作中承受(shou)周期(qi)性(xing)載(zai)荷(he)作用的(de)大型(xing)機械(xie)而(er)言，提高其(qi)可(ke)靠性(xing)顯得(de)尤為重(zhong)要(yao)。為了減少(shao)殘余應力對銑削加(jia)工(gong)零件(jian)質量的(de)影響(xiang)，避免(mian)因(yin)零件(jian)失效導致大型(xing)機械(xie)故(gu)障(zhang)，對退(tui)火H13熱(re)作模具(ju)鋼(gang)銑削後(hou)，利用盲孔法(fa)對已(yi)加(jia)工(gong)表(biao)面(mian)進(jin)行殘余應力檢測，分(fen)析(xi)測量結(jie)果，優化銑削加(jia)工(gong)參(can)數(shu)，減(jian)小(xiao)切削(xue)加(jia)工(gong)產(chan)生(sheng)的(de)殘余應力，提高加(jia)工(gong)零件(jian)表面(mian)質量。
銑削表(biao)面(mian)殘余應力產生(sheng)原因(yin)
銑削加(jia)工(gong)過(guo)程中，切削力(li)的(de)方向(xiang)隨(sui)著(zhe)刀具(ju)的(de)旋轉(zhuan)而(er)不(bu)斷變化。同(tong)時，切(qie)削過(guo)程中產生(sheng)大量的(de)熱也(ye)在(zai)交(jiao)替傳(chuan)遞(di)中(zhong)。由(you)此(ci)必然導(dao)致加(jia)工(gong)後(hou)殘余應力的(de)生(sheng)成受(shou)到不(bu)均(jun)勻的(de)力-熱(re)彈塑(su)性(xing)耦合場的(de)綜(zong)合作用。在整(zheng)個過(guo)程中，在刀具(ju)-工(gong)件(jian)接(jie)觸區(qu)存在(zai)塑(su)性(xing)凸(tu)出效應、擠壓、擠光(guang)效應以及(ji)熱效應的(de)綜(zong)合影(ying)響(xiang)，從而形(xing)成(cheng)最後(hou)的(de)殘余應力。
切(qie)削產生(sheng)殘余應力原因(yin)有以下幾(ji)個方面：
1. 切(qie)削力引起的(de)殘余應力。銑削加(jia)工(gong)過(guo)程中，刀具(ju)刀(dao)尖與工(gong)件(jian)材(cai)料接(jie)觸，瞬(shun)間產(chan)生(sheng)激烈(lie)的(de)拉伸(shen)和壓縮，從而使(shi)工件(jian)材(cai)料從表面剝離(li)，形(xing)成(cheng)切(qie)削(xue)。在切削塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)過(guo)程中，已加(jia)工(gong)部分的(de)材(cai)料產生(sheng)壓縮，同(tong)時在(zai)變形(xing)區(qu)還(hai)會(hui)有摩(mo)擦和擠(ji)壓的(de)共(gong)同(tong)作用，在垂(chui)直(zhi)已加(jia)工(gong)表(biao)面(mian)方向(xiang)，有拉(la)伸力(li)將材(cai)料從母體剝離(li)，而(er)工件(jian)內部深層次的(de)金屬(shu)材(cai)料會對(dui)表面產(chan)生(sheng)力的(de)作用做出反應，由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)殘余應力。
2. 切(qie)削熱引起的(de)殘余應力。切削過(guo)程中會產生(sheng)大量的(de)熱，在(zai)材(cai)料發生(sheng)塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)時溫度會升(sheng)高。同(tong)時，刀(dao)具(ju)的(de)後(hou)刀面與工(gong)件(jian)材(cai)料也會(hui)產生(sheng)摩擦(ca)，摩(mo)擦(ca)後(hou)會產生(sheng)大量的(de)熱，造成(cheng)已(yi)加(jia)工(gong)表(biao)面(mian)受(shou)熱不(bu)均(jun)勻。切削完成後(hou)，受(shou)熱膨脹後(hou)的(de)材(cai)料會冷(leng)卻(que)收(shou)縮，導(dao)致表層材(cai)料受(shou)到深層金屬(shu)材(cai)料的(de)拉扯，產生(sheng)殘余應力。
3. 相變引起的(de)殘余應力。如(ru)果(guo)在(zai)切(qie)削過(guo)程中產生(sheng)的(de)熱量導(dao)致溫度極高(gao)，超過(guo)了金屬的(de)相變溫度，會直(zhi)接(jie)引起表層組織(zhi)發(fa)生(sheng)相變，產(chan)生(sheng)殘余應力。
在(zai)切削過(guo)程中，引起加(jia)工(gong)表(biao)面(mian)不(bu)均(jun)勻塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)的(de)切削(xue)力(li)和切(qie)削(xue)熱時同(tong)時存在(zai)的(de)，因(yin)此表面殘余應力的(de)計算(suan)是(shi)壹個熱-力(li)耦合的(de)熱彈(dan)塑(su)性(xing)問(wen)題。
殘余應力測量方案及(ji)設(she)備(bei)
完成退(tui)火H13熱(re)作模具(ju)鋼(gang)銑削加(jia)工(gong)以後(hou)，為防止切(qie)削(xue)引起的(de)殘余應力釋放，需要(yao)盡(jin)快對(dui)試(shi)驗(yan)樣(yang)塊(kuai)進行殘余應力檢測試驗(yan)。本次實驗(yan)采(cai)用盲孔法(fa)測量殘余應力，測量儀(yi)器(qi)采用聚(ju)航科(ke)技(ji)生(sheng)產的(de)JHMK殘余應力測試系(xi)統，由(you)JHYC靜態應變儀和JHZK鉆孔裝置組(zu)成(cheng)。儀器(qi)軟件(jian)式操(cao)作，自動(dong)實(shi)時計(ji)算殘余應力，並實時顯示(shi)和保存應力應變數(shu)值(zhi)，測量結(jie)果直(zhi)觀明了，儀(yi)器(qi)精(jing)度高。打孔裝置適(shi)應性(xing)好(hao)，方便靈(ling)活(huo)，可用於平(ping)面(mian)、曲面(mian)、角焊縫(feng)、拐角等。定(ding)位(wei)精(jing)度高，鉆孔誤差小(xiao)。
應變花完全粘(zhan)貼(tie)在被測表面以後(hou)，以端(duan)子為中介連(lian)接(jie)導線和引線(xian)。在鉆孔前，需(xu)先使(shi)用顯微(wei)鏡，利用其(qi)上的(de)刻度線與(yu)應變花對中。根據需(xu)要(yao)，調(tiao)整(zheng)打孔速(su)度，以削(xue)弱由(you)於鉆孔的(de)溫升(sheng)對切削(xue)表(biao)面殘余應力的(de)影響(xiang)。三角支(zhi)架(jia)的(de)3個支(zhi)架(jia)腳(jiao)是(shi)磁(ci)鐵(tie)，可(ke)以用磁力(li)固(gu)定，也(ye)可以通(tong)過(guo)專(zhuan)用膠水粘(zhan)結(jie)固(gu)定，再(zai)用支(zhi)架(jia)的(de)磁鐵(tie)吸(xi)附(fu)。在外部環境中，可(ke)方便固(gu)定在(zai)大型(xing)機械(xie)外壁(bi)等場合。顯微(wei)鏡的(de)精(jing)度為0.01mm，鉆孔的(de)直(zhi)徑為1.5mm，使(shi)用的(de)鉆頭可調(tiao)速(su)範(fan)圍(wei)為3000-12000r/min。
表(biao)面殘余應力測量
在(zai)盲孔法(fa)殘余應力測量時，需(xu)要(yao)對退(tui)火H13熱(re)作模具(ju)鋼(gang)進(jin)行預(yu)處理(li)。在(zai)進行相應切削參(can)數(shu)銑削試(shi)樣(yang)以後(hou)，在已加(jia)工(gong)好(hao)的(de)表面(mian)上，采(cai)用800目的(de)砂紙(zhi)進行打磨，打磨出十字(zi)交叉(cha)的(de)紋(wen)路。在(zai)同(tong)壹個方向(xiang)上以直(zhi)線來回打磨。打磨結束以後(hou)，使(shi)用無(wu)水酒(jiu)精(jing)棉(mian)球(qiu)進行表(biao)面清(qing)潔(jie)，待自動(dong)晾(liang)幹(gan)後(hou)，將應變花粘(zhan)貼(tie)在待測表面。在粘(zhan)貼(tie)的(de)過(guo)程中不(bu)能夠產生(sheng)氣(qi)泡(pao)、折痕等(deng)。
應變片(pian)上的(de)引線(xian)通(tong)過(guo)端子焊接(jie)連(lian)接(jie)到殘余應力測量儀(yi)的(de)導線(xian)上，同(tong)時，在(zai)鉆孔之(zhi)前，必須使(shi)用相同(tong)材(cai)料的(de)試驗(yan)樣(yang)塊(kuai)作為溫度補償塊(kuai)。
溫度補償塊(kuai)的(de)導線(xian)與(yu)盲孔測量導(dao)線都連(lian)接(jie)到殘余應力測量儀(yi)上。將已經(jing)連(lian)接(jie)好的(de)被測樣件(jian)通(tong)過(guo)顯微(wei)鏡進行對(dui)中，樣(yang)件(jian)放在三角支(zhi)架(jia)的(de)底(di)部，測量過(guo)程需要(yao)有良(liang)好的(de)視(shi)野(ye)。對中(zhong)結束後(hou)，將鉆孔機放入導(dao)套(tao)中(zhong)，將2mm的(de)墊(dian)片(pian)放在固(gu)定套(tao)下，使(shi)鉆頭能夠剛好(hao)自由(you)接(jie)觸到(dao)應變片(pian)中心(xin)。撤掉(diao)墊(dian)片(pian)後(hou)，用鉆孔機開始打孔，當固(gu)定套(tao)接(jie)觸到(dao)導(dao)套(tao)時，鉆孔工作結束。
啟(qi)動殘余應力測試儀後(hou)，設置被測工件(jian)的(de)各項(xiang)物(wu)理(li)參(can)數(shu)，如(ru)彈(dan)性(xing)模量等(deng)，還包(bao)括殘余應力的(de)應變釋放系(xi)數(shu)（A=-0.072，B=-0.151）。在(zai)鉆孔過(guo)程中，顯示(shi)屏(ping)上的(de)殘余應力數(shu)值(zhi)會(hui)不(bu)斷變化，鉆孔完成後(hou)，需要(yao)等待應力釋放完成，即(ji)數(shu)值(zhi)不(bu)再(zai)發(fa)生(sheng)較(jiao)為明顯改(gai)變，測量結(jie)束。
以上就(jiu)是(shi)盲孔法(fa)殘余應力檢測儀在銑削表(biao)面(mian)殘余應力檢測中的(de)應用，如(ru)果(guo)您還(hai)想(xiang)了解(jie)更多(duo)盲孔法(fa)殘余應力測試系(xi)統信(xin)息，可(ke)聯系(xi)聚(ju)航科(ke)技(ji)熱(re)線，我們歡(huan)迎您的(de)咨詢(xun)！
