调整和消除残余应力的措施

  残余应力对零件的使用性能有着直接的影响。如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂，经淬火或磨削后表面会出现裂纹。有时残余应力引起的缺陷不会立即表现出来，当零件在工作时产生的工作应力与残余应力叠加后，总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。因此在零件的制造过程中需要采取一定的工艺手段，原则上是在加工中增加去应力工序，对已加工表面层残余应力的大小和性质加以控制，尽可能在精加工之前将零件中的残余应力消除。

  一般可采取下列措施：在零件的机械加工工艺规程中增加消除残余应力的热处理工序，如对铸、锻、焊接件进行退火或回火，零件淬火后进行回火；对精度较高的零件，如床身、丝杠、箱体、精密主轴等，在粗加工后进行时效处理；合理安排工艺过程，如粗、精加工不在同一工序中进行，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；提高零件的刚性，改善零件结构，使壁厚均匀等，均可减少残余应力的产生。

  利用振动时效等人工时效方法，也可松弛表面层的残余应力。振动时效技术又称“振动消除应力法”，国外简称“VSR”技术。它的实施过程是通过振动时效装置的控制系统控制激振器的转数和偏心作用在零件上产生离心力，使零件发生共振（谐振），让零件需时效部位产生一定幅度、一定周期的交变运动，并吸收能量，经过一定时间的振动引起零件微小塑性变形及晶粒内部位错逐渐滑移，并重新缠绕钉扎使得残余应力被消除和均化，防止零件变形和开裂，从而达到提高零件尺寸精度稳定性，增强零件的抗变形能力和提高疲劳寿命。振动时效适应于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等铸件、锻件和焊接件及其机加工件。

  在切削加工后采取一些处理措施，也可以对已加工表面的残余应力进行调整，表面强化处理就是目前较常用的方法之一。表面强化处理工艺是通过对零件表面的冷挤压使之发生冷态塑性变形，从而提高其表面硬度、强度，并形成表面残余压应力的加工工艺。常用的表面强化工艺有喷丸强化和滚压强化。喷丸强化是利用大量高速运动中的珠丸冲击零件表面，使打击处发生塑性变形和塑性流动，表面产生冷硬层和残余压应力。珠丸大多采用钢丸，利用压缩空气或离心力进行喷射。这种方法适用于不规则表面和形状复杂的表面，如弹簧、连杆等的强化。滚压强化是用可自由旋转的滚子对零件表面均匀地加力挤压，使表面得到强化并在表面形成残余压应力，适用于规则表面如外圆、孔和平面等的强化加工，可在原机床上加装滚压工具进行。

  预应力切削是一种通过切削工艺使机械零件加工表面产生残余压应力的方法，即切削前预先给零件施加一个弹性范围内的预应力，切削过程中零件加工表面会产生弹性变形，切削后释放该预应力，由于基体的弹性恢复，已加工表面会产生残余压应力。预应力切削既不需要购买昂贵的设备，又不会增加零件加工表面的硬度，只需通过切削加工就能使加工表面产生残余压应力，因此其具有良好的发展前景。