[发明专利]一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法

说明书

为了提高板类零件的制造精度，在制造阶段提前获取零件的变形信息，提出了一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法。该方法基于弹性力学和板壳理论，通过将残余应力释放等效为板边缘施加的均布力矩，计算了板类零件在加工过程中的翘曲变形情况。基于该方法的计算结果，可以预测不同形式的板类零件的制造误差，为提高制造精度提供理论依据。

技术领域

本发明涉及一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法，它是一种板类零件在切削加工中由残余应力释放引起的翘曲变形的计算方法。本发明属于机械制造领域。

背景技术

在工业生产过程中，无论是各种机械加工过程、强化工艺、不均匀塑性变形还是金相变化都会不可避免的在材料及其制品上产生残余应力。残余应力是一种内应力，这种内应力自相平衡，而且在外力和不均匀的温度场都消失后依然会存留在材料内部。这种内应力对于零件会产生一定的影响，例如疲劳强度、静强度、脆性破坏等。这些影响在普通行业造成的影响较小，然而对一些高精尖产业来讲，任何一种影响都将产生灾难性的后果。

板类零件是机械加工中一种比较常见的零件形式。在制造过程中，随着材料被逐渐去除，毛坯内部的残余应力将发生释放并在毛坯内部重分布，进而伴随着零件的翘曲变形。零件发生的翘曲变形将显著影响零件的尺寸精度和几何精度。提出板类零件翘曲变形的计算方法，可以为变形研究提供理论基础，对提高板类零件的制造精度具有重要意义。

发明内容

1.、目的

为了提高板类零件的制造精度，在制造阶段提前获取零件的变形信息，提出了一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法。该方法基于弹性力学和板壳理论，通过将残余应力释放等效为板边缘施加的均布力矩，计算了板类零件在加工过程中的翘曲变形。基于该方法的计算结果，可以预测不同形式的板类零件的制造误差，为提高制造精度提供理论依据。

2、技术方案

本发明采取了如下的技术方案：

板类零件加工毛坯一般为矩形板，经过挤压、轧制、淬火等工艺处理的板材毛坯具有以下特点：1)沿厚度方向残余应力近似为0；2)同一深度各点的残余应力相等；3)板材有平行于长边和短边两个方向的残余应力。这里，将毛坯的长边方向定义为X方向，短边方向定义为Y方向。

设矩形板毛坯长、宽、高分别为L、W、h，将其假想地均匀分成n层，则每层厚度为t＝H/n。板类零件加工过程中，最大切削深度为KD，则需要去除的层数k＝KD/t＝n*KD/H。因此，选择对毛坯分层数时，层数n应使去除的层数k为整数。

在切削加工过程中，当一部分材料被去除时，原有的应力平衡状态将被破坏，试件将随之发生内部应力的重分布和弯曲变形。在某个方向残余应力的不平衡造成的弯曲等效于板该方向的对边施加均匀的力矩。等效力矩M_y和M_x的大小可由式(1)和(2)计算得到：

其中，σ_x和σ_y分别为被剥去层在X和Y方向上的平均应力；h₁为第1层剥去前工件的总厚度，h₂为第二层剥去前工件的总厚度。

根据板壳理论，矩形板两边施加的均匀力矩引起的翘曲变形的曲率1/R_x和1/R_y可以有式(3)-(5)计算得到：

其中，D为板的抗弯刚度,E材料的弹性模量，μ是泊松比。

因此，板类工件在X方向上的翘曲挠度与被剥去层残余应力的关系可以表示为：