銑削表面殘余應(yīng)力檢測及分析

大量研究表明，表面殘余應(yīng)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(huán)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(yīng)力對銑削加工零件質(zhì)量的影響，避免因零件失效導(dǎo)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(yīng)力檢測，分析測量結(jié)果，優(yōu)化銑削加工參數(shù)，減小切削加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高加工零件表面質(zhì)量。

銑削表面殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因

銑削加工過程中，切削力的方向隨著刀具的旋轉(zhuǎn)而不斷變化。同時，切削過程中產(chǎn)生大量的熱也在交替?zhèn)鬟f中。由此必然導(dǎo)致加工后殘余應(yīng)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(qū)存在塑性凸出效應(yīng)、擠壓、擠光效應(yīng)以及熱效應(yīng)的綜合影響，從而形成最后的殘余應(yīng)力。

切削產(chǎn)生殘余應(yīng)力原因有以下幾個方面：

1. 切削力引起的殘余應(yīng)力。銑削加工過程中，刀具刀尖與工件材料接觸，瞬間產(chǎn)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(chǎn)生壓縮，同時在變形區(qū)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(nèi)部深層次的金屬材料會對表面產(chǎn)生力的作用做出反應(yīng)，由此產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

2. 切削熱引起的殘余應(yīng)力。切削過程中會產(chǎn)生大量的熱，在材料發(fā)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(chǎn)生摩擦，摩擦后會產(chǎn)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(dǎo)致表層材料受到深層金屬材料的拉扯，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

3. 相變引起的殘余應(yīng)力。如果在切削過程中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致溫度極高，超過了金屬的相變溫度，會直接引起表層組織發(fā)生相變，產(chǎn)生殘余應(yīng)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(yīng)力的計算是一個熱-力耦合的熱彈塑性問題。

殘余應(yīng)力測量方案及設(shè)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(yīng)力釋放，需要盡快對試驗樣塊進行殘余應(yīng)力檢測試驗。本次實驗采用盲孔法測量殘余應(yīng)力，測量儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)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(yīng)力，并實時顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，測量結(jié)果直觀明了，儀器精度高。打孔裝置適應(yīng)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(yīng)變花完全粘貼在被測表面以后，以端子為中介連接導(dǎo)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(yīng)變花對中。根據(jù)需要，調(diào)整打孔速度，以削弱由于鉆孔的溫升對切削表面殘余應(yīng)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(jié)固定，再用支架的磁鐵吸附。在外部環(huán)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(diào)速范圍為3000-12000r/min。

表面殘余應(yīng)力測量

在盲孔法殘余應(yīng)力測量時，需要對退火H13熱作模具鋼進行預(yù)處理。在進行相應(yīng)切削參數(shù)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(jié)束以后，使用無水酒精棉球進行表面清潔，待自動晾干后，將應(yīng)變花粘貼在待測表面。在粘貼的過程中不能夠產(chǎn)生氣泡、折痕等。

應(yīng)變片上的引線通過端子焊接連接到殘余應(yīng)力測量儀的導(dǎo)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(dǎo)線與盲孔測量導(dǎo)線都連接到殘余應(yīng)力測量儀上。將已經(jīng)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(jié)束后，將鉆孔機放入導(dǎo)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(yīng)變片中心。撤掉墊片后，用鉆孔機開始打孔，當(dāng)固定套接觸到導(dǎo)套時，鉆孔工作結(jié)束。

啟動殘余應(yīng)力測試儀后，設(shè)置被測工件的各項物理參數(shù)，如彈性模量等，還包括殘余應(yīng)力的應(yīng)變釋放系數(shù)（A=-0.072，B=-0.151）。在鉆孔過程中，顯示屏上的殘余應(yīng)力數(shù)值會不斷變化，鉆孔完成后，需要等待應(yīng)力釋放完成，即數(shù)值不再發(fā)生較為明顯改變，測量結(jié)束。

以上就是盲孔法殘余應(yīng)力檢測儀在銑削表面殘余應(yīng)力檢測中的應(yīng)用，如果您還想了解更多盲孔法殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)信息，可聯(lián)系聚航科技熱線，我們歡迎您的咨詢！