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1．内应力的概念 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 内应力也称残余应力，是指在没有外力作用下或除外力后构件仍残留的应力。具有内应力的零件，其应力状态极不稳定，总是有强烈的倾向要恢复到无应力的状态。即使在常温下，零件也会不断地缓慢地进行这种变化，直到残余应力消失为止。在这一过程中，零件将发生翘起变形而丧失其原有的加工精度。具有内应力的零件，在外观上一般没有什么表现，只有当应力大到超过材料的强度极限时，零件才会出现裂纹。假使零件的毛坯（或半成品）带有内应力，在加工时被切除一层金属后，原来的平衡条件遭到了破坏，就会因残余应力的重新分布而发生变形，也因而得不到预期的加工精度，这在粗加工时表现得最为突出。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有
2．内应力产生的原因及其对加工误差的影响 本文来自www.eadianqi.com 内应力产生的主要原因有： 本文来自www.eadianqi.com （1）工件各部分受热不均匀或受热后冷却速度不同，产生了局部热塑性变形 本文来自www.eadianqi.com 工件不均匀受热时，各部分温升不一致，高温部分的热膨胀受到低温部分的限制而产生温差应力（高温部分有温差压应力，低温部分是拉应力），温差越大则应力也越大。材料的屈服极限时随着温度的升高而降低的，当高温部分的应力超过屈服极限时，产生了一定的塑性变形，这时低温部分仍处于弹性变形状态。冷却时由于高温部分已产生了压缩的塑性变形，受到低温部分的限制，故冷却后高温部分产生残余拉应力，低温部分则带有残余压应力。 本文来自www.eadianqi.com
工件均匀受热后如各部分冷却速度不同，也会产生残余应力。例如图5-35所示铸件，浇铸后由于1、2比较薄，散热容易，所以冷却速度较快，壁3较薄，冷却速度较慢，因此当壁1和壁2部分由塑性状态冷却到弹性状态时（约
图1 铸件内应力引起的变形 本文来自www.eadianqi.com
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图2 床身内应力引起的变形 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 （2）工件受力较大，产生局部的塑性变形 本文来自www.eadianqi.com 已弯曲的工件（原来无残余应力如图3）进行冷校直为例来说明。要校直工件，必须使工件产生反向的弯曲如图3a，并使工件产生一定的塑性变形。当工件外层应力超过屈服极限时，其内层应力还未超过弹性极限，故其应力分布如图3b所示。去除外力后，由于下部外层已产生拉伸的塑性变形，上部外层已产生了压缩的塑性变形，故里层的弹性恢复受到阻碍，结果上部外层产生残余拉应力，上部里层产生残余压应力，下部里层产生残余拉应力如图3c所示。冷校直后虽然弯曲减小了，但内部组织却处于不稳定状态，经过一定时间后或再进行一次切削加工，又会产生新的弯曲。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 （3）金相组织转化不均匀 本文来自www.eadianqi.com 不同金相组织的密度不同，例如马氏体的密度小于屈氏体、奥氏体等。淬火时奥氏体转变为马氏体，体积膨胀，这时如金相组织转化不匀，则转变为马氏体部分的体积膨胀受阻就会产生残余压应力（未转变部分则带有残余拉应力）。反之，回火时马氏体转变屈氏体，如金相组织转化不匀，则转变为屈氏体部分的体积收缩受阻，就会产生残余拉应力，未转变部分则产生残余压应力。 本文来自www.eadianqi.com 以上各原因在机械制造的许多工艺过程中都有可能发生。例如锻造过程加热冷却不匀或塑性变形不匀，会是毛坯带有残余应力；焊接时工件局部受高温，也会产生残余应力；切削加工时表面层发生强烈的局部塑性变形，同时还由于切削热的作用，表层温度变化也不一致，都会产生残余应力；磨削加工时切削热往往会使工件局部达到相变温度，故还能引起金相组织转化不均匀而产生的残余应力。因此在机械加工过程中，往往是毛坯进入机加工车间时已带有残余应力。机械加工过程中，一方面切除表面一层金属，使残余应力重新分部，原有的残余应力逐步松弛而减少，另一方面又会产生新的残余应力。由于加工总是从粗到精，切削力、切削变形、切削热等时随着加工的精度的提高而相对的减小的，只要加工过程中工艺参数合理，不进行冷校直和淬火，总的来说，残余应力总是在从粗加工到精加工的过程中逐步减少的。 本文来自www.eadianqi.com
图3 冷校直引起的内应力 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 3．减少和消除残余应力的方法 本文来自www.eadianqi.com 要减少残余应力，一般可采取下列措施。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 （1）增加消除残余应力的专门工序 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 例如对铸、锻、焊接件进行退火或回火；零件淬火后进行回火；对精度要求高的零件如床身、丝杠、箱体、精密主轴等在粗加工或进行时效处理。常用的时效处理方法有： 本文来自www.eadianqi.com
ⅰ 高温时效：将工件以
ⅱ 低温时效：将工件均匀的加热到
ⅲ 热冲击时效：将加热炉预热到 本文来自www.eadianqi.com ⅳ 振动时效：用激振器或振动台使工件以约50Hz的频率进行振动来消除残余应力。如以工件的固有频率激振，则效果更佳。由于振动时效方便简单，没有氧化皮，因此一般适用于最后精加工前的时效工序。对于某些零件，可用木锤击打的方式进行时效。一些小工件，还可将它们装在滚筒内，滚筒旋转时工件相互撞击，也可收到消除残余应力的效果。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 （2）合理按排工艺过程 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 例如粗精加工分开在不同工序中进行，使粗加工后有一定时间让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响。在加工大型工件时粗加工往往在一个工序中完成，这时应在粗加工后松开工件，让工件由自由变形的可能，然后再用较小的夹紧力夹紧工件后进行精加工。再如焊接时工件先经预热已减小温差，并合理安排焊接顺序，也可减少残余应力的产生。对于精密的零件，在加工过程中不允许进行冷校直（必须进行校直时刻改用热校直）。 本文来自www.eadianqi.com （3）改善零件结构 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 简化零件结构、提高零件的刚性，使壁厚均匀、焊缝分布均匀等均可减少残余应力的产生。 本文来自www.eadianqi.com |
），壁3的温度还比较高，尚处于塑性状态。所以壁1和壁2收缩时壁3不起阻挡变形的作用，铸件内部不产生残余应力。但当壁3也冷却到弹性状态时，壁1和壁2的温度已降低很多，收缩速度变得很慢，而这时壁3收缩较快，就受到壁1和壁2的阻碍。因此比3 受到了拉应力，壁1和壁2受到压应力。设这时将上面的连接部分切去，残余应力就会重新分布，壁1和壁2部分因残余压应力的释放而微有伸长，壁3部分的残余拉应力释放而微有缩短，下面连接部分就会产生两端弯向上方的弯曲变形如（图2）所示。 本文来自www.eadianqi.com 
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小时的时间均匀的加热到
，保温
小时后以每小时
的冷却速度随炉冷却到
取出，在空气中自然冷却。高温时效一般适用于毛坯或粗加工后。 本文来自www.eadianqi.com 
，保温
小时后取出，在空气中自然冷却，低温时效一般适用于半精加工后。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 
左右，后壁部分因热容量大而温度只升到
（由放入炉内的时间来控制），及时地将铸件取出，在空气中冷却。由于温差而引起的应力场合铸造时产生的残余应力场迭加而取消，从而达到消除残余应力的目的。热冲击时效耗时少，一般只需几分钟，适用于具有中等应力的铸件。