锻件在冷却过程中会产生哪些应力?

       锻件的冷却是指锻件从终锻温度出模冷却到室温。如果冷却方法选择不当,锻件可能因产生裂纹或白点而报废,也可能延长生产周期而影响生产率。因此,了解锻件冷却过程的特点及其缺陷形成的原因,对于选择冷却方法,制订冷却规范是非常必要的。

       坯料在加过程中会产生内应力,同样,锻件在冷却过程中也会引起内应力。由于锻件冷却后期温度较低而呈弹性状态,因此冷却内应力的危险性比加热内应力更大。内应力有温度,组织应力和锻造变形不均匀引起的残余应力。

       锻件在冷却过程中的内应力有温度应力、组织应力和残余应力。

       温度应力:锻件在冷却初期,表层冷却块,体积收缩较大,心部冷却慢,体积收缩较小。由于表层的收缩受到心部的阻碍,结果在表层产生拉应力,心部为压应力。到了冷却后期,锻件表面温度已近室温,基本上不再收缩,这时表层反而阻碍心部继续收缩,导致温度应力符号发生改变。

锻件

       若锻件材料为抗力大,塑性低的硬钢,在冷却初期表层产生的拉应力不能得到松弛,就是在冷却后期,尽管心部体积收缩对表层产生附加压应力,也只能使表层初期产生的拉应力有所降低,而不会使温度应力符号发生改变,表层仍为拉应力,心部仍为压应力。

       组织应力:锻件在冷却过程中若有相变发生,由于相变前后组织的比容不同,而且转变是在一定温度范围内完成,故在相与相之间产生组织应力。当锻件表里不一致时,这种组织应力更为明显。

       冷却时产生的组织应力也和加热时产生的组织应力一样是三向应力,且其中切向应力最大,这是引起表面纵向裂纹的主要原因。

       残余应力:锻件在锻压成形过程中,由于变形不均所引起的附加应力,如未能及时再结晶软化将其消除,锻后便成为残余应力保留下来。残余应力在环形内部的分布,根据变形不均的情况而不同,可能是表层为拉应力而心部为压应力,或者与此相反。

       综上所述,锻件在冷却过程中,存在上述三种内应力,总的内应力为三者叠加。当叠加的应力值超过材料的强度极限时,便会在锻件相应部位引起裂纹,冷却裂纹常常是在温度较低时和塑性较差的材料中发生。如果叠加的内应力没有造成破坏,冷却终了便会以残余应力形式保留下来,给后续热处理增加不利因素。

由于普通模锻方法很难满足机械零件的要求,一般说来存在如下两方面的问题:一是锻件走样;二是表面质量不易保证。正式这两方面的原因,使得锻件设计时,应添加一层包覆零件外层的金属,即余量;而且还得规定适当的公差,以保证锻件的误差落在余量范围之内。

锻件

       由于受到各种工艺因素的影响,锻件实际尺寸不可能与名义尺寸相等,无论是高度方向还是水平方向都会有偏差,因而应对锻件规定允许的尺寸偏差范围,这对控制锻模工作寿命和锻件检验都是必要的。锻件尺寸公差具有非对称性,即正公差比负公差大一些。这是由于高度方向影响尺寸发生偏差的根本原因是锻不足,而型槽底部磨损及分模面压陷引起的尺寸变化却是次要的。水平方向的尺寸公差也是正公差大于负公差,这是考虑到型槽磨损,锻件错移是难以避免的现象,而且均属于增大尺寸的影响因素。再者负公差是指锻件尺寸的下限,不宜过大,而正公差的大小不会导致锻件报废,正公差偏大对稳定工艺,提高锻模使用寿命有好处,因而有所放宽。

       确定锻件机械加工余量和公差大小的方法主要有两种:一是按锻锤吨位大小确定:另一种方法是按锻件形状尺寸大小查表选定。

       尺寸公差,包括长度、宽度、厚度、中心距、角度、模锻斜度、圆弧半径和圆角半径等公差。形状位置公差,包括直线度、平面度、错移量、剪切端变形量和杆部变形量等。表面技术要素公差,包括深度、剪拉毛刺的尺寸、顶杆压痕深度和表面粗糙度等。各项公差都不应互相叠加。



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