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銑削表面殘余應力檢測及分析
閱讀：149 發布時間：2023-11-2大量研究表明，表面殘余應力影響工件的疲勞強度、耐腐蝕性、可靠性和精度保持性。特別是對于在外部環境工作中承受周期性載荷作用的大型機械而言，提高其可靠性顯得尤為重要。為了減少殘余應力對銑削加工零件質量的影響，避免因零件失效導致大型機械故障，對退火H13熱作模具鋼銑削后，利用盲孔法對已加工表面進行殘余應力檢測，分析測量結果，優化銑削加工參數，減小切削加工產生的殘余應力，提高加工零件表面質量。
銑削表面殘余應力產生原因
銑削加工過程中，切削力的方向隨著刀具的旋轉而不斷變化。同時，切削過程中產生大量的熱也在交替傳遞中。由此必然導致加工后殘余應力的生成受到不均勻的力-熱彈塑性耦合場的綜合作用。在整個過程中，在刀具-工件接觸區存在塑性凸出效應、擠壓、擠光效應以及熱效應的綜合影響，從而形成最后的殘余應力。
切削產生殘余應力原因有以下幾個方面：
1. 切削力引起的殘余應力。銑削加工過程中，刀具刀尖與工件材料接觸，瞬間產生激烈的拉伸和壓縮，從而使工件材料從表面剝離，形成切削。在切削塑性變形過程中，已加工部分的材料產生壓縮，同時在變形區還會有摩擦和擠壓的共同作用，在垂直已加工表面方向，有拉伸力將材料從母體剝離，而工件內部深層次的金屬材料會對表面產生力的作用做出反應，由此產生殘余應力。
2. 切削熱引起的殘余應力。切削過程中會產生大量的熱，在材料發生塑性變形時溫度會升高。同時，刀具的后刀面與工件材料也會產生摩擦，摩擦后會產生大量的熱，造成已加工表面受熱不均勻。切削完成后，受熱膨脹后的材料會冷卻收縮，導致表層材料受到深層金屬材料的拉扯，產生殘余應力。
3. 相變引起的殘余應力。如果在切削過程中產生的熱量導致溫度*高，超過了金屬的相變溫度，會直接引起表層組織發生相變，產生殘余應力。
在切削過程中，引起加工表面不均勻塑性變形的切削力和切削熱時同時存在的，因此表面殘余應力的計算是一個熱-力耦合的熱彈塑性問題。
殘余應力測量方案及設備
完成退火H13熱作模具鋼銑削加工以后，為防止切削引起的殘余應力釋放，需要盡快對試驗樣塊進行殘余應力檢測試驗。本次實驗采用盲孔法測量殘余應力，測量儀器采用聚航科技生產的JHMK殘余應力測試系統，由JHYC靜態應變儀和JHZK鉆孔裝置組成。儀器軟件式操作，自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存應力應變數值，測量結果直觀明了，儀器精度高。打孔裝置適應性好，方便靈活，可用于平面、曲面、角焊縫、拐角等。定位精度高，鉆孔誤差小。
應變花粘貼在被測表面以后，以端子為中介連接導線和引線。在鉆孔前，需先使用顯微鏡，利用其上的刻度線與應變花對中。根據需要，調整打孔速度，以削弱由于鉆孔的溫升對切削表面殘余應力的影響。三角支架的3個支架腳是磁鐵，可以用磁力固定，也可以通過專用膠水粘結固定，再用支架的磁鐵吸附。在外部環境中，可方便固定在大型機械外壁等場合。顯微鏡的精度為0.01mm，鉆孔的直徑為1.5mm，使用的鉆頭可調速范圍為3000-12000r/min。
表面殘余應力測量
在盲孔法殘余應力測量時，需要對退火H13熱作模具鋼進行預處理。在進行相應切削參數銑削試樣以后，在已加工好的表面上，采用800目的砂紙進行打磨，打磨出十字交叉的紋路。在同一個方向上以直線來回打磨。打磨結束以后，使用jiu精棉球進行表面清潔，待自動晾干后，將應變花粘貼在待測表面。在粘貼的過程中不能夠產生氣泡、折痕等。
應變片上的引線通過端子焊接連接到殘余應力測量儀的導線上，同時，在鉆孔之前，必須使用相同材料的試驗樣塊作為溫度補償塊。
溫度補償塊的導線與盲孔測量導線都連接到殘余應力測量儀上。將已經連接好的被測樣件通過顯微鏡進行對中，樣件放在三角支架的底部，測量過程需要有良好的視野。對中結束后，將鉆孔機放入導套中，將2mm的墊片放在固定套下，使鉆頭能夠剛好自由接觸到應變片中心。撤掉墊片后，用鉆孔機開始打孔，當固定套接觸到導套時，鉆孔工作結束。
啟動殘余應力測試儀后，設置被測工件的各項物理參數，如彈性模量等，還包括殘余應力的應變釋放系數（A=-0.072，B=-0.151）。在鉆孔過程中，顯示屏上的殘余應力數值會不斷變化，鉆孔完成后，需要等待應力釋放完成，即數值不再發生較為明顯改變，測量結束。
以上就是盲孔法殘余應力檢測儀在銑削表面殘余應力檢測中的應用，如果您還想了解更多盲孔法殘余應力測試系統信息，可聯系聚航科技熱線！