Co to jest siła szczątkowa?

Przede wszystkim istnieje oficjalna definicja: naprężenie szczątkowe polega na tym, że na obrabiany przedmiot będą miały wpływ różne czynniki procesowe w procesie produkcyjnym; Kiedy te czynniki zanikają, jeśli powyższe efekty i wpływy na element nie mogą całkowicie zniknąć, a niektóre z nich pozostają w elemencie, wówczas efektem i wpływem szczątkowym jest naprężenie szczątkowe.

Trochę zawrotów głowy? Porozmawiajmy o tym w popularny sposób. Na przykład osoba była wcześniej bardzo szczupła i kupiła parę dżinsów w rozmiarze L. Jednak po roku stał się bardzo gruby. Kiedy znów założy te dżinsy, poczuje, że jego spodnie są za ciasne, bo był gruby, a spodnie się nie zmieniły. W tym czasie między jego ciałem a spodniami była silna siła. Jeśli użył zbyt dużej siły, łatwo było je rozerwać, Ta niszczycielska siła jest efektem naprężeń szczątkowych. Z punktu widzenia pracy energii, gdy siła zewnętrzna powoduje odkształcenie plastyczne przedmiotu, spowoduje wewnętrzne odkształcenie przedmiotu, gromadząc w ten sposób część energii; Gdy siła zewnętrzna zostanie wyeliminowana, uwolniona zostanie energia o nierównomiernym rozkładzie naprężeń wewnętrznych. Jeśli kruchość przedmiotu jest niska, będzie się powoli odkształcać, a jeśli kruchość jest wysoka, będą tworzyć pęknięcia.

Naprężenia szczątkowe są bardzo powszechne w produkcji mechanicznej i często występują w każdym procesie. Zasadniczo jednak przyczyny stresu szczątkowego można podzielić na trzy kategorie

Pierwszy typ to nierównomierne odkształcenie plastyczne;

Drugi rodzaj to nierównomierna zmiana temperatury;

Trzeci typ to niejednorodne przejście fazowe.

Szkodliwość naprężeń szczątkowych można zobaczyć na podstawie klasyfikacji naprężeń szczątkowych. Naprężenia szczątkowe mogą powodować powolną deformację przedmiotu, prowadzić do zmiany wielkości przedmiotu, prowadzić do niekwalifikowanego rozmiaru obrabianego przedmiotu, prowadzić do utraty dokładności całego instrumentu i stać się złomem w produkcji instrumentu, a na odlewanych i kutych przedmiotach pojawiają się pęknięcia, a nawet pęknięcia. Jednocześnie analizowana jest wytrzymałość zmęczeniowa, odporność na korozję naprężeniową, właściwości mechaniczne całego instrumentu Stabilność wymiarowa i żywotność również mają bardzo istotny wpływ.

Podczas procesu chłodzenia powstają szczątkowe naprężenia termiczne z powodu nierównomiernego chłodzenia spowodowanego nierozsądnym procesem, co prowadzi do pęknięcia odlewu

Rys. 1 pęknięcie odlewu podczas chłodzenia

Podczas procesu hartowania obróbki cieplnej przemiana martenzytyczna przechłodzonego austenitu łatwo powoduje pękanie materiału

Rys. 2 pęknięcie metalu podczas hartowania

Pomiar naprężeń szczątkowych pomiar naprężeń szczątkowych można podzielić na metodę mechaniczną, metodę chemiczną i metodę rentgenowską.

Metoda mechaniczna

Najpopularniejszą metodą mechaniczną jest metoda wiercenia (znana również jako metoda otworów nieprzelotowych). Podczas pracy z obiektu wycinany jest odcinek pręta (lub rury), którego długość jest trzykrotnie większa od jego średnicy, a w środku wywiercony jest otwór przelotowy. Następnie cienką warstwę metalu usuwa się od wewnątrz za pomocą pręta wiertniczego lub wiertła i za każdym razem usuwa się około 5% pola przekroju poprzecznego. Po usunięciu mierzy się wydłużenie długości próbki i wydłużenie średnicy.

Wykreśla się krzywą zależności między tymi wartościami a polem przekroju otworu, a pochodną dowolnego punktu na krzywej wyznacza się metodą rysowania, aby scharakteryzować szybkość zmian wydłużenia i przekroju otworu, a następnie wartość naprężenia szczątkowego można uzyskać podstawiając odpowiednia formuła stresu.

Metoda chemiczna

Istnieją dwie koncepcje prawa chemicznego. Jednym z pomysłów jest wprowadzenie próbki do odpowiedniego roztworu, pomiar czasu od początku korozji do wykrycia pęknięć i ocena naprężeń szczątkowych w zależności od czasu. Stosowanym roztworem mogą być sole zawierające rtęć i rtęć w przypadku brązu cynowego oraz słabe zasady i azotany w przypadku stali; Innym pomysłem jest zanurzenie próbki w odpowiednim roztworze i okresowe jej ważenie. W ten sposób możemy uzyskać krzywą zależności między zmniejszeniem masy a czasem i porównać ją z krzywą standardową w celu określenia wielkości naprężeń szczątkowych. Im wyższe położenie uzyskanej krzywej niż krzywej standardowej, tym większe naprężenie szczątkowe w obiekcie.

Rysunek 3 Zanurzenie badanego metalu metodą chemiczną

Metoda rentgenowska może wykorzystywać promieniowanie rentgenowskie do penetracji części metalowych, a metoda Laue może jakościowo określić naprężenie szczątkowe, ingerując w zmianę kształtu plamki.

Rysunek 4 Zasada metody rentgenowskiej

Gdy nie ma naprężeń szczątkowych, miejsca interferencji są rozmieszczane w postaci kropek. Gdy występuje naprężenie szczątkowe, plamy kolizji wydłużają się i przybierają kształt „gwiazdy”.

(a) Nie ma naprężenia szczątkowego（ b) Naprężenie szczątkowe istnieje

Rysunek 5 Wyniki pomiarów metodą Laue

Metoda Debye'a umożliwia ilościowy pomiar naprężeń szczątkowych, które można określić zgodnie z położeniem, szerokością i intensywnością linii dyfrakcyjnej na wykresie Debye'a.

Podsumowując, metoda mechaniczna i metoda chemiczna to metody badań niszczących, które wymagają lokalnego pobrania próbki badanego obiektu, a uszkodzenie po badaniu jest nieodwracalne; Metoda rentgenowska to nieniszcząca metoda badań, która może zachować integralność obiektu. Metoda mechaniczna może dokładnie określić rozmiar i rozkład naprężeń szczątkowych, które są zwykle odpowiednie dla obiektów w kształcie prętów lub rur; Metoda chemiczna jest odpowiednia dla obiektów typu drut i arkusz, ale metoda chemiczna może dokonać tylko oceny jakościowej, trudno jest uzyskać opis ilościowy; Chociaż metoda promieniowania rentgenowskiego jest metodą „nieniszczącą”, jest odpowiednia tylko dla niektórych materiałów, które mogą dawać wyraźne i ostre linie dyfrakcyjne, a ze względu na małą zdolność projekcji promieniowania rentgenowskiego może wykryć tylko część obiekt blisko powierzchni.

Eliminacja naprężeń szczątkowych, ponieważ istnieje tak wiele zagrożeń naprężeń szczątkowych, skuteczna metoda eliminacji jest bardzo potrzebna. Istnieją cztery metody eliminacji: obróbka cieplna, sprężenie statyczne, starzenie wibracyjne i obróbka mechaniczna.

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna polega na wykorzystaniu efektu relaksacji termicznej naprężeń szczątkowych w celu wyeliminowania lub zmniejszenia naprężeń szczątkowych. Generalnie stosuje się wyżarzanie i odpuszczanie.

Zwiększanie ciśnienia obciążenia statycznego ma na celu dostosowanie naprężenia szczątkowego przedmiotu obrabianego poprzez odkształcenie plastyczne całego lub części, a nawet mikroobszaru. Na przykład duże zbiorniki ciśnieniowe po spawaniu są pod ciśnieniem wewnątrz, co nazywa się „wybrzuszeniem”, tak że złącze spawane ma niewielkie odkształcenie plastyczne, aby zmniejszyć naprężenia szczątkowe spawania.

Rysunek 6 Duży zbiornik oleju po obróbce pęcznienia

VSR nazywa się w języku angielskim odprężaniem wibracyjnym. Odprężanie wibracyjne (VSR) jest powszechną metodą eliminowania wewnętrznych naprężeń szczątkowych materiałów inżynierskich. Poprzez wibracje, gdy suma wektorowa wewnętrznego naprężenia szczątkowego i dodatkowego naprężenia wibracyjnego przedmiotu obrabianego przekracza granicę plastyczności materiału, w materiale występuje niewielka ilość odkształcenia plastycznego, dzięki czemu można złagodzić naprężenia wewnętrzne materiału i zredukowane.

Rysunek 7 policzalny odkształcenia system VSR

Obróbka mechaniczna polega na zmniejszeniu naprężeń szczątkowych poprzez zastosowanie metody małych odkształceń plastycznych na powierzchni przedmiotu, w tym zderzenia części ze sobą, walcowanie powierzchni, rysowanie powierzchni i zaklejanie powierzchni oraz dokładne prasowanie w formie. Na przykład jedną z zalet prasowania jest eliminacja naprężeń szczątkowych.