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标题: 大量塑形变形后的残余应力问题 [打印本页]
作者: 孤城领主领主    时间: 2014-8-28 11:41
标题: 大量塑形变形后的残余应力问题
话说，我用一个铝板进行铣削加工，在大量挖除内腔后，需要进行去应力退火才能保证后面精加工尺寸的稳定性。另外，在进行冲床冲孔操作后，孔周围有毛边。
% H9 L* w4 J; d- F+ m我的疑惑是，上述两例都是大量的塑形变形，都会留下残留应力。那么哪位能解释一下，这些残留应力在微观层面（即晶粒，晶界，晶格畸变等）上是怎么导致工件变形的？铣削中大量材料去除后精加工尺寸不稳定，以及冲孔之后的毛边，应该都是残余应力在作祟，可它是怎么作祟的，哪位高手来解释一下？
作者: 走路empty    时间: 2014-8-28 21:13
博士 课题
作者: 鈈莋贁chien    时间: 2014-8-28 21:23
顶一个，这个貌似在课本上能找到答案吧。
作者: PoiSonLink    时间: 2014-8-29 10:20
不懂这计算分析.支持一下
作者: 孤城领主领主    时间: 2014-8-29 10:26
鈈莋贁chien 发表于 2014-8-28 21:23
! c% L) q3 b! n顶一个，这个貌似在课本上能找到答案吧。
! k' N3 e/ h1 X
手头的课本翻遍了没有找到答案，我读机械的硕士朋友也是以一句不在他的研究范围为由把我堵回来了。我很奇怪，在课本上清清楚楚写着，金属材料受应力会发生弹性变形，如果应力足够大就会发生塑形变形。接着书上说了，发生塑形变形是因为应力使得晶界滑移，可是为什么没有人去问弹性变形中晶界又是什么一种状况那？再有塑性变形后会有残余应力，这玩意会使加工后的工件在发生变形，而在这个残余应力的作用下，晶界，晶粒又是一种神马状况那？
作者: liuyanxue    时间: 2014-8-29 14:19
很深奥的问题
作者: LIAOYAO    时间: 2014-8-29 14:53
咋看得晕乎晕乎的，从”进行铣削加工，在大量挖除内腔后“ 来看，应该就是机加工的，切削是不能算在塑形变形里吧！主要讨论方向是在残留应力部分吧。
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7 E& k  P. H: z又，冲孔是冲裁工艺，材料都已经分成两部分了，如何还停留在”塑形变形“呢？冲孔之后的毛边更和应力无啥关联，只是单纯偏向刀口利度和刀口间隙与间隙的确保问题。
作者: 独自莫凭栏    时间: 2014-8-29 15:40
我抛个砖，描述一下金属切削的物理性质。当刀具切入工件时，就会发生材料流动，被挤压的材料就沿着刀具表面流出；当刀具前进时，刀具前面的材料在与材料流动方向相反的方向上产生应力，这是有摩擦力的缘故。+ `6 ]+ z% K6 y) A- K
内应力是金属切削过程中产生的，由于刀具产生的应力，材料出现压缩；在切削过程中由刀具或工件向前移动，应力积聚在刀刃处并箱材料内部传播；这种应力集中导致切屑从材料商断裂并沿着切屑——刀具界面流动。
5 F8 K" V2 F+ F& u8 @/ |" \由于大部分材料在一定程度上都具有延展性，切削时就很容易出现塑性流动。
作者: 孤城领主领主    时间: 2014-8-31 11:18
LIAOYAO 发表于 2014-8-29 14:53
  i6 }+ r4 `' m) n咋看得晕乎晕乎的，从”进行铣削加工，在大量挖除内腔后“ 来看，应该就是机加工的，切削是不能算在塑形变形 ...
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由应力--应变曲线可知，断裂，是塑形变形的极端情况。而机械加工中的去除材料，都是在外力作用下的材料去除。假设拿一个1吨的小型冲床在100MM厚的45号调质刚上冲个10MM的通孔，冲不动吧。那是因为应力不够大，只能冲个小坑，虽然也引起了材料的塑形变形，但是远没到达到塑形变形的极端情况--断裂，的地步。可是同样的机器在1MM厚的45号钢材上冲个10MM的孔，就OK，这是因为应力足够大，大到塑形变形已经不能完成对冲击功的吸收，达到了断裂极限。
作者: 孤城领主领主    时间: 2014-8-31 11:33
独自莫凭栏 发表于 2014-8-29 15:40 0 I1 H( E9 J& m7 @% @9 ^
我抛个砖，描述一下金属切削的物理性质。当刀具切入工件时，就会发生材料流动，被挤压的材料就沿着刀具表面 ...
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恩，不错，这是宏观的观察。微观的组织变化原理就更简单了
作者: chixianhu    时间: 2014-8-31 21:30
加工一个铝板就能如此深入的思考，中国机械工业有救了。
作者: negtive    时间: 2014-9-1 00:56
如果是不锈钢，比如304H，在绕圈以后回火处理外径就会有比较大的膨胀。而碳素钢材料绕卷后回火就会出现外径坍缩的情况。两者都是应力释放的表现。应该是跟组织结构有关系。我热处理都是现学现看，我猜是不是晶格太大了绕圈的话就会出现塑性变形中存在与晶格尺寸相近的间隙回火时应力释放表现为晶格之间的重新组织，尺寸上有膨胀。碳素钢的组织情况不太清楚，我觉得应该是另一种形态的应力积累-释放模式。
作者: 设计工程师    时间: 2014-9-1 14:33
孤城领主领主 发表于 2014-8-29 10:26 % }" O. ]' G9 @- y
手头的课本翻遍了没有找到答案，我读机械的硕士朋友也是以一句不在他的研究范围为由把我堵回来了。我很奇 ...

' J  x% Y. n2 @0 l只要有应力，就有应变。应力处在弹性范围以上，就产生不可回复的变形，变现在宏观上，就是物体变形，尺寸不稳定。' ~; l9 z  E, |9 w) C' f1 e
因为残余应力有些已经达到塑性变形以上的程度。
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作者: 利剑lm    时间: 2014-9-1 14:57
可以参考《材料科学基础》这本教材，你将塑性变形上升到微观层面，目前研究起来还是个难点，航空整体结构件机加工领域研究这个的比较多，比如山东大学和浙江大学，都有过这方面的研究。
作者: 利剑lm    时间: 2014-9-1 15:09
可以通过退火处理来消除残余应力，山东大学教授研究出可通过滚压方法使零件内部的残余应力重新分布来阻止它导致的塑性变形，残余应力对大型薄壁零件影响最为显著，微观机理太复杂，没有规律，暂时无法通过理论方法进行研究，可通过X射线衍射仪测量零件表层的残余应力大小。
作者: 利剑lm    时间: 2014-9-1 15:15
独自莫凭栏 发表于 2014-8-29 15:40
+ P1 P5 O- i+ ]4 N7 m( D  L8 K我抛个砖，描述一下金属切削的物理性质。当刀具切入工件时，就会发生材料流动，被挤压的材料就沿着刀具表面 ...

, d: p1 d8 ^9 T3 ]) F9 w! d  Q8 s这个说的很有道理，金属切削加工中讲过这个知识点，有一本《位错理论在切削加工中的应用》书有更详细的讲解- ^+ Y2 q0 n1 g$ |
作者: 利剑lm    时间: 2014-9-1 15:17
我突然想起来了，有一本很老的书《位错理论在切削加工中的应用》对切削加工的微观机理讲解的比较透彻，可供楼主参考，这边书一般买不到，可到大学图书馆里查查看
作者: 孤城领主领主    时间: 2014-9-3 06:54
设计工程师 发表于 2014-9-1 14:33
4 m* s! \1 u% W& {5 E只要有应力，就有应变。应力处在弹性范围以上，就产生不可回复的变形，变现在宏观上，就是物体变形，尺寸 ...

) i' j# j  R, \恩，《工程材料》上，对金属材料因应力导致的塑形变形分析的比较细致，但是对应力导致的弹性变形就是一笔带过了，对残余应力只是提到了这个名词而已。兄弟知不知道有没有讲弹性变形和金属加工残余应力释放更详细的资料或论文？
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作者: 孤城领主领主    时间: 2014-9-3 06:56
利剑lm 发表于 2014-9-1 15:17 % v2 m5 O+ h% E8 J3 N
我突然想起来了，有一本很老的书《位错理论在切削加工中的应用》对切削加工的微观机理讲解的比较透彻，可供 ...

8 |' V) W1 a. a# ?% k2 U好的，多谢
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作者: 孤城领主领主    时间: 2014-9-5 08:05
negtive 发表于 2014-9-1 00:56
( I, q7 L* g9 W. k+ G& `如果是不锈钢，比如304H，在绕圈以后回火处理外径就会有比较大的膨胀。而碳素钢材料绕卷后回火就会出现外径 ...

$ i8 a4 r( v8 i" l( F3 \/ v/ Q你的意思是塑性变形产生了晶粒间隙，回火后组织发生变化使材料膨胀？我没明白你所说的是啥意思。
; N/ i/ c: j6 n  m2 x& D5 d我觉得，304H回火后膨胀可能是因为产生了Ni和C，以及，Cr与C生成了碳化物导致的体积膨胀。而碳素钢回火坍缩，可能是因为回火后珠光体层片间距变小导致的，这只是我的猜测，不知道对不对。
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