应力集中现象不仅会发生在模具零部件上,而是会发生在所有类型的机器零部件上。由于应力集中,存在机械部件在低于一般设计应力的应力条件下发生损坏的风险,并且存在无法发挥出预期的机械性能、无法确保安全性的风险。
机械设计工程师必须熟知避免应力集中的方法。但是,日本并没有由国家认证机械设计工程师专业能力的资格制度。今后,即使只是为了证明自己的设计品质和技能,我也鼓励作为机械设计工程师而承担社会责任的年轻工程师充分理解应力集中的可怕之处,并自行实践规避应力集中的措施。
应力集中引起的风险包括如下内容。
风险内容
1. 可能会因低于设计应力的应力而发生损坏
2. 寿命可能会低于设计寿命
3. 当承受冲击时,可能会因低于设计破坏荷载的荷载而发生损坏
避免应力集中的措施
1.让转角部分带有R或C
转角部分应设置尽可能大的R(Radius,圆弧)或C(Chamfer,倒角)。
设置尽可能大半径的R能够减小应力集中系数。
2.设计中避免形成转角部分
为了避免形成锐角的尖角,设计中需要随时注意逐渐变化,应尽量避免横截面面积突然减小等情况。
3.去除残留应力
去除因淬火、焊接等产生的残余应力,减少因温度变化和模具温度变化而产生的热应力。精心进行热处理前的预处理、精心设计线切割加工步骤、在适当温度下进行回火、退火等处理。
4.去除微裂纹
通过抛光尽可能仔细地去除由于机械加工而残留在零件表面的凹凸和表面粗糙,去除会成为应力集中起点的微小缺陷。
尤其是型雕放电加工后的表面,存在无数具有高残留应力的微裂纹,因此必须仔细去除。
5.考虑外部环境
避免会产生酸、碱等的反应性环境。