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第七章 机械加工精度 图7－31 采用隔热罩减少热变形 图7－33 用热空气均衡立柱前后壁的温度场 图7－35 车床上主轴箱两种结构的热位移 第五节 工件残余应力引起的加工误差 （一）内应力的产生及其对加工精度的影响 什么是残 余 应 力 残余应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称内应力。 产生原 因 残余应力是由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的，促使这种变化的因素主要来自热加工或冷加工。 残余应力对零件的影响影响 存在残余应力的零件，始终处于一种不稳定状态，其内部组织有要恢复到一种新的稳定的没有内应力状态的倾向。 在内应力变化的过程中，零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。 用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。 在铸造、锻造、焊接及热处理过程中，由于工件各部分冷却收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，在毛坯内部就会产生残余应力。(图7－30） 1、毛坯制造中产生的残余应力 毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀以及散热条件相差越大，毛坯内部产生的残余应力就越大。 具有残余应力的毛坯，其内部应力暂时处于相对平衡状态，虽在短期内看不出有什么变化，但当加工时切去某些表面部分后，这种平衡就被打破，内应力重新分布，并建立一种新的平衡状态，工件明显地出现变形。 图7－30 铸件残余应力引起的变形 图7-36所示为一个内外壁厚相差较大的铸件，在浇铸后的冷却过程中产生残余应力的情况。 2、冷校直引起的残余应力 现 象 原 因 在外力F的作用下，工件内部的应力重新分布，如图7-31b所示，在轴心线以上的部分产生压应力（用负号表示），在轴心线以下的部分产生拉应力（用正号表示）。在轴心线和两条虚线之间，是弹性变形区域，在虚线以外是塑性变形区域。 冷校直工艺方法是在一些长棒料或细长零件弯曲的反方向施加外力F以达到校直目的，如图7-31a所示。 影 响 措 施 当外力F去除后，弹性变形本可完全恢复，但因塑性变形部分的阻止而恢复不了，使残余应力重新分布而达到平衡，如图7-31c所示。 对精度要求较高的细长轴（如精密丝杠），不允许采用冷校直来减小弯曲变形，而采用加大毛坯余量，经过多次切削和时效处理来消除内应力，或采用热校直。 3）工艺系统刚度及总变形 综合上述两种情况，工艺系统的总变形量为式（7-16）和式（7-18）的叠加 Y系统=Fp［1/k刀架+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL］ 工艺系统的刚度为 Kxt=Fp/yxt=1/ ［1/k刀架+1/k头(L-x/x)2+1/k尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL］ 可以看出 Kxt=f(x) 由于在工件加工的不同位置， Kxt不同，使加工后工件的径向尺寸不同，从而产生形状误差。 2、切削力 大小变化引起的加工误差（误差复映） 在加工过程中，由于工件加工余量或材料硬度不均匀，都会引起背向力的变化，从而使工艺系统受力变形不一致而产生加工误差。 以车削短圆柱工件外圆为例，如图7-19所示。 由于毛坯存在的圆度误差△m=ap1-ap2 引起了工件产生圆度误差△w=y1 -y2 且△m越大，△w越大，这种由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯椭圆形状误差复映到加工后工件表面的现象称为“误差复映”。 图7－19 毛坯形状误差复映 f、ap 、vc － 分别为进给量、背吃刀量和切削速度； 式中 －与切削条件有关； －指数； ，所以 在一次走刀加工中，切削速度、进给量及其它切削条件设为不变，即 C为常数，在车削加工中， 即 由于y1、y2相对ap1、ap2而言数值较小，可忽略不计，即有 所以 由上式可知,工艺系统的刚度kxt越大,复映系数ε越小,毛坯误差复映到工件上去的部分就越少。 一般ε1,经加工之后工件的误差比加工前的误差减小,经多道工序或多次走刀加工之后,工件的误差就会减小到工件公差所许可的范围内。 若经过n次走刀加工后，则误差复映为 △w=ε1ε2…εn△m 总的误差复映系数 εz=ε1ε2…εn 在粗加工时,每次走刀的进给量f一般不变,假设误差