北京翔博殘余應力整體解決方案，控制加工變形的根本之道
發(fā)布時間：2021/07/06
在機械加工領域，變形現(xiàn)象幾乎無處不在。
影響變形的因素很多且十分復雜，包括毛坯殘余應力重新分布引起的變形、切削或焊接溫差引起的變形、時效引起的蠕動變形、熱處理中材料組織變化引起的變形、3D打印中溫差和組織變化引起的變形等。其中最主要、最難以控制的元兇便是工件材料中的殘余應力。
殘余應力 導致加工變形的根源之一
殘余應力是物體未受外力時，其內部存在的保持自身相互平衡的應力系統(tǒng)。如一個毛坯件的應力分布處于平衡狀態(tài)，當切斷一邊后，平衡隨之被打破，殘余應力便會在工件內部相互作用，最終重新分布，產生變形。
鑄件冷卻時工件斷裂
殘余應力的存在，一方面會降低工件性能，使工件在制造時產生變形和開裂等工藝缺陷;另一方面又會在制造后的自然釋放過程中，使工件尺寸發(fā)生變化或降低其疲勞強度、應力腐蝕等力學性能。
殘余應力是產生加工變形的根源之一，如果能進一步有效降低或均化毛坯或工件的殘余應力水平，必將大大降低工件的變形潛能，控制加工變形，提高加工質量。因此，設法測量出工件中的殘余應力場，預測出加工變形的大小，對于優(yōu)化加工工藝、控制加工變形、確保工件的安全性和可靠性有著非常重要的意義。
控制殘余應力 首在檢測
目前，殘余應力的檢測一般分為有損檢測和無損檢測。有損檢測法的典型代表就是盲孔檢測法，但鉆孔對構件有一定破壞性，且常引起材料損傷和屈服，改變局部應力狀態(tài)，適用于大中型構件。
無損檢測代表則是X 射線衍射法，被公認為是最精確可靠和方便快捷的，而且不會對被測工件造成任何損傷和破壞。
與同類利用X射線原理檢測殘余應力的設備相比，日本Rigaku的大功率微區(qū)應力儀AutoMATE Ⅱ，不管是在精度上，還是在材料檢測范圍，都具有無可比擬的優(yōu)勢，是實驗室專用高精度應力檢測儀器。
該設備掃描機械精度可達0.1微米，系統(tǒng)誤差小，保證了微區(qū)應力分析的精度;獨立的雙軸系統(tǒng)，對特殊結構的樣品(如齒輪)檢測適應能力強據(jù)悉，目前中國地區(qū)擁有大功率微區(qū)應力儀AutoMATE Ⅱ的企業(yè)大多數(shù)為日資企業(yè)，專業(yè)應力檢測機構中，有北京翔博科技引進了該儀器并對外提供檢測服務。
預測與控制結合效果好
如今，各企業(yè)都根據(jù)自身的條件和經驗，在加工過程中采取各種技術手段來降低或均化工件中的殘余應力。翔博科技自成立以來，著力為客戶提供持續(xù)解決殘余應力問題，案例涉及風電、傳動、焊接等多個領域。
公司致力于振動時效技術的技術革新和工程化應用推廣，針對不同的應用場景先后研發(fā)了頻譜諧波、模態(tài)寬頻、熱態(tài)頻譜諧波等消除應力設備，有效解決了大型件、輕型薄壁件的加工變形問題。
北京翔博科技頻譜諧波時效是通過傅立葉分析，不需要掃描，在100HZ內尋找低次諧波，施加合適的能量在多個諧波頻率處振動，引起高次諧波累積振動產生多方向動應力，與多維分布的殘余應力迭加，造成塑性變形，從而降低峰值殘余應力，同時使殘余應力分布均化。其優(yōu)點是不受激振器轉速限制，應用面較亞共振顯著提高;多振型，效果較好;人為因素影響小，效果穩(wěn)定。
同時，針對航空、航天領域的半精加工后的工件因加工余量小、剛性差、易變形，一般無法用熱時效來消除殘余應力的問題，翔博科技研發(fā)出了新型時效技術——模態(tài)寬頻時效，采用高頻率、低動應力振動加速零件的自然時效進程，使零件內部殘余應力降低并達到穩(wěn)定狀態(tài)，解決了小型、輕型薄壁工件去應力的難題，填補了薄壁件半精加后去應力手段的空白，提高了產品交付后的穩(wěn)定性和可靠性。
殘余應力與變形控制整體解決方案
然而，僅僅控制殘余應力并不能完全解決變形問題，影響變形的有諸多因素，如裝卡變形、加工受力、切削熱、毛坯殘余應力等。因此，翔博科技致力于為客戶提供“殘余應力與變形控制整體解決方案”。
精密制造業(yè)在材料、結構和工藝等方面的要求具有鮮明的行業(yè)特征，其整體結構件在切削加工過程中的加工精度要求高、切削加工過程材料去除量大、加工變形控制難度大，這對加工質量、效率、成本以及環(huán)保等方面均提出了更高的要求。“殘余應力與變形控制”整體解決方案，就是滿足上述要求而提出的一個理念。
整體解決方案的核心思想是充分考慮工件毛坯的初始殘余應力分布狀態(tài)，及其在后續(xù)機械加工過程中的變化情況。通過成型、熱處理和機加工的連續(xù)成型仿真，來揭示工件在現(xiàn)有成型工藝下殘余應力的演化規(guī)律及工件的變形情況，確定影響工件變形的主要因素。
然后優(yōu)化加工工藝，使原有殘余應力均勻釋放，并減小加工殘余應力的引入。最終結合應力控制技術(如頻譜諧波定位時效、模態(tài)寬頻時效、熱時效、沖擊、噴丸等)來優(yōu)化工件殘余應力，從而達到控制最終工件尺寸的精度的目的，獲得加工變形小、無應力集中的長壽命結構件。
