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摘要：越来越多的加工方式可以选择使用，各加工方式有其有点及缺点；主要针对各加工方式在加工过程中产生的应力，浅析其原因及处理方法
关键词：应力；机加工；焊接；注塑；钣金；
应力，是指单位面积里物体所受的力，它强调的是物体内部的受力状况；一般物体在受到外力作用下，其内部就会产生抵抗外力的应力、物体在不受外力作用的情况下，内部固有的应力，为内应力。目前，我国制造行业常用的加工方法有机加工、模具铸造、钣金加工、焊接等，在这些加工过程中，都会产生各种内应力。
1.机加工的应力产生与处理
工件经机械加工后，其表面层都存在残余应力，使零件处于一种不稳定状态；当其内应力的平衡条件被打破，内应力的分布就会发生变化，从而引起新的变形。
工件在切削加工时，刀具与工件接触产生挤压和摩擦，表层金属被严重拉长，但会受到内层金属的阻止，而在表层产生残余压应力，在里层产生残余拉应力；在切削加工过程中，会产生大量的热，使金属表面膨胀，由于基体金属的温度较低，会对表层金属的膨胀产生阻碍作用，从而产生残余应力；若表层金属温度过高，则会导致表层发生组织转变，从而产生残余应力。
对于以上原因产生的应力，有很多方法，介绍如下方法：
（1）合理的设计零部件结构，如下图
左图中，A处就会造成应力集中，受力后容易开裂，设计成右图中结构能有效降低这种情况；
（2）合理的安排工艺过程，粗加工和精加工分段进行，这样，在粗加工后有一定的时间来松弛内应力
（3）进行去应力处理，如：时效处理，退火等
（4）采用内应力比较小的加工方式进行加工，如线切割等
（5）选择本身内应力比较小的材料
2.焊接的应力产生与处理
焊接的局部加热会在焊件上产生不均匀的温度场，使材料产生不均匀的膨胀，处于高
温区域的材料受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由膨胀，就产生了内应力；焊件在热循环的作用下，会引起焊缝金属内部组织发生转变从而产生相变应力等；焊件中若存在的内应力与外载荷叠加达到屈服点，构件的刚度会降低，降低构件的静载荷强度。
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减小焊件应力的方法，介绍如下几类：
（1）选择合理的焊接顺利；比如，对大型结构，应从中间外外四周进行焊接；对于工作时受力较大的焊缝应该先焊接等
（2）选择合理的焊接规范；为了尽量减少焊接受热范围，应根据焊件的实际情况，必要时可采用直径较小的焊条和小焊接电流进行焊接，以达到减少焊接残余应力的目的；
（3）在焊接前将焊件整体或部分加热，使其能缓慢均匀的冷却，也能降低焊接应力
（4）为了减小对焊件的加热程度，减小加热范围，可采用断续焊接的方式，也能降低焊接应力；
（5）在焊件焊接后进行去应力退火，能有效较小应力
3.注塑中应力的产生与处理
塑料内应力，是指塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素影响而产生的一种内在应力，其实质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象，这种不平衡构象在冷却固话时不能立即恢复到与环境条件相适应的平衡构象，这种不平衡构象其实质为一种可逆的高弹形变，而冻结的高弹形变平时以位能形式储存在塑料制品中，在适宜的条件下，这种被迫的不稳定的构象将向自由的稳定的构象转化，位能转变为动能而释放，当大分子链间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时，内应力平衡即遭到破坏，塑料制品就会产生开裂及翘曲变形等现象。
内应力的存在，不仅使塑料制品在贮存和使用过程中出现翘曲变形和开裂，也影响塑料制品的力学性能、光学性能、电学性能和外观质量等；塑料内应力的种类大概有如下几类：
（1）塑料熔体在流动充模和保压补料的过程中，靠近流道壁的熔体因冷却速度快而造成外层熔体粘度增高，从而使熔体在型腔中心层流速远高于表层流速，导致熔体内部层与层之间受到剪切应力的作用，产生沿流动方向的取向应力，塑料制品的取向内应力分布从制品的表层到内层越开越小，并呈抛物线变化；使用热处理的方法，可降低或消除塑料制品内的取向应力；
（2）塑料制品在熔融加工过程中因冷却定型时收缩不均匀而产生的一种冷却内应力；尤其对厚壁塑料制品，塑料制品的外层首先冷却凝固收缩，其内层可能还是热熔体，这样芯层就会限制表层的收缩，导致芯层处于压应力状态，而表层处于拉应力状态；塑料制品的冷却内应力的分布为从制品表层到内层越来越大，并也是呈抛物线变化
（3）对于结晶塑料制品而言，其制品内部各部位的结晶结构和结晶度不用也会产生内应力，另外还有构型内应力及脱模内应力等， 只是其内应力占比都很小
有很多因素会影响塑料制品内应力的产生，例如：
分子链的刚性越大，熔体粘度越高，聚合物分子链活性差，因而对于发生的可逆高弹形变恢复性差，易产生残余应力；
分子链的极性越大，分子间相互吸引力越大，从而使分子间相互移动困难增大，恢复可逆弹性形变的程度减小，导致残余应力大；
常见降低塑料制品内应力，有如下方法：
一.从原材料处控制
（1）选取分子量大、分子量分布窄的树脂；聚合物分子量越大，大分子链间作用力和缠结程度增加，其制品抗应力开裂能力较强；聚合物分子量分布越宽，其中低分子量成分越大，容易首先形成围观撕裂，造成应力集中，从而导致制品开裂；
（2）选取杂质含量低的树脂；聚合物内的杂质即是应力的集中体，它会降低塑料的原有强度；
（3）易出现应力开裂的树脂与适宜的其他树脂共混，可降低内应力的存在程度；
（4）用增强纤维进行增强改性，可以降低制品的内应力，这是因为纤维缠结了很多大的分子链，从而提高抗应力开裂能力；
（5）在结晶性塑料中加入适宜的成核剂，可以在其制品中形成许多小的球晶，使内应力降低并得到分散
二.从成型加工条件控制
在塑料制品成型中，凡是能减小制品中聚合物分子取向的成型因素都能够降低取向应力，凡是能使制品中聚合物均匀冷却的工艺条件都能降低冷却内应力，凡是有助于塑料制品脱模的加工方法都有利于降低脱模内应力
比如，合适的料筒温度，适宜的模具温度、正确的注射压力和保压压力、恰当的注射速度和保压时间等因素，均有主力控制塑料制品的内应力。
另外，设计合适的形状与尺寸，也能有效的分散内应力，设计塑料制品时应遵循如下原则：制品外形应尽量保持连续性，避免锐角、直角，缺口及突然的扩大或缩小等方法都能减小塑料制品内应力。
4.钣金制品的内应力与处理
钣金以其轻便，强度高等优越的性能越来越多的被人们使用；钣金加工有折弯、冲压等成型方式，这些加工方式均是使用外力让板材形变，达到我们的目的，在加工过程中，形变部分会有应力产生；通常，在满足工件使用条件下，无需做去应力处理；不然，则进行退火处理，去处应力。
结束语
伴随这科技日新月异的发展，已经有越来越多的加工方式和加工手段供我们选择，各类加工有其有点，亦有其缺点；我们应更加了解和掌握各加工的优缺点，这样能帮助我们制造出更加优秀、可靠的产品。
论文作者:柳瑜波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/30
标签：应力论文; 加工论文; 内应力论文; 塑料制品论文; 表层论文; 残余论文; 制品论文; 《防护工程》2018年第22期论文;