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1、高速铳削高强高硬钢加工表面残余应力研究2010年07月伐日来源：亚信资源浏览：68次【字体：大中小】某型号高强高硕钢因具有强度高、硬度高等特点，在传动、装甲防护等关键零件得到广泛应用，失效分析表明，机械零件的失效大多发生于零件表面或从零件表面开始以微裂纹扩展的形式向内部发展，从而导致断裂等失效现象的发生，因此对此类零件的加工表面质量要求非常严格，但在此类零件的加工过程中，由于机械应力引起的弹塑性变形、热应力以及相变引起的体积变化等因素导致加工表面存在残余拉应力或残余压应力，当残余拉应力达到材料的强度极限时，就会产生表面裂纹，从而降
2、低零件的耐腐蚀性和疲劳强度，严重影响零件的使用寿命和使用性能，因此难加工材料加工表面残余应力的研究己成为国内外研究的热点。在切削加工中，众多因素影响着加工表面残余应力的人小和性质，作者以某型号高强钢切削温度、切削力实验为基础，通过分析不同铳削参数条件下的切削热、切削力以及微观组织变化，研究铳削参数对高强钢加工残余应力的影响规律，以进一步完善加工表面残余应力的形成机理，为高强钢铳削加工表面残余应力预测及切削参数优化提供理论和实验依据，1实验材料与方法工件材料为国防用某型号高强高硬钢，其主要物理性能为：抗拉强度ob二1520MPa,屈
3、服强度os=1360MPa,延伸率5=12%,断面收缩率屮=41%,经淬火处理后的金相组织为板条马氏体组织（金相组织见图1）,具有较高的强度和韧性。图1某型号超高强高硬钢基体金相组织（A1000）实验在DMU80Monoblock五轴立式加工中心进行，使用直径为125mm面铳刀进行干切削，刀盘几何参数和刀片几何参数见表表1刀盘几何参数和刀片几何参数通过采用自然热电偶法，测量高速铳削条件下切削变形区的平均温度，为加工表而状态改变提供基本理论依据，加工后，将试件沿表面硬化深度方向切割试样，使用金相研磨机对试件进行研磨抛光，用硝酸酒精溶
4、液腐蚀，制成金相试样，用THVS1I000金相显微镜、JSM5410电子扫描显微镜、X3000型X射线衍射仪等测量工具，分析试样的金相组织及进给方向上残余应力的变化。2实验结果与分析2.1平均切削温度切削过程屮，剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区是切削时产生大量切削热的3个区域，3个切削变形区的平均切削温度与切削速度vc、切削深度ap以及每齿进给量fz的双对数关系曲线如图2所示。图2高速铳削高强高硬钢切削温度规律曲线(b)vrz3
5、4m•min^./aO.lmm•由图2可以看出，随着切削参数的增加，切削区平均温度随
6、之升高，在所选参数范围内，平均切削温度高达625〜900C,如此高的切削温度主要会造成以下影响：一方面，由于加工表面层与里层温度分布不均匀，导致温度高的表层金属体枳膨胀受到温度相对较低的里层金属的阻碍，从而使表层金属产生热应力，当热应力超过材料的屈服极限时，将使表层金属产生压缩塑性变形，金属冷却后，表层金属体枳的收缩又将受到里层金属的牵制，从而导致表层金属产生残余拉应力；另一方面，表层金属的冋火温度接近甚至超过工件材料的相变临界温度，从而导致相变的发生，由于各种金相组织体积不同，从而产生残余应力，另外，高切削温度也导致刀具材料性能
7、指标下降，降低刀具材料的使用性能，加剧刀具磨损，通过对实验结果进行回归，得到切削温度与切削参数的经验公式为t二39.692v0.5494ap0.0375fz0.1002(1)由式(1)可以看出，切削速度对切削区平均温度影响显著，切削深度及进给量影响较小，因此，在此类零件的加工中，通过调整切削深度、每齿进给量和切削速度，使切削区平均温度控制在设定区I'可，从而对表层相变情况及残余应力的大小和性质进行控制。2.2平均切削力以vc=235.5,314.0,376.8,471.0m/min,fz=0.05,0.10,0.15,0.20mm
8、/z,ap=0.2,0.5,1.0,1.5mm为切削参数进行切削力正交实验，对实验结杲进行回归，得到主切削力与切削参数的经验公式为Fz=849.58vc0.3229fz0.8312ap1.3541(2)由式(2)可以看出，在所选参数范围内铳削切削速度对切削力影响不大，切削深度、每齿进给量对主切削力影响显著，在vc=314m/min时，主切肖i.力与切削深度、每齿进给量的关系如图3所示，由图3可以看出，在所选择切削参数范围内的单位面积切削力高达6.5〜7.2kN/mm2,这说明在笫1变形区的弹塑性变形、剪切及笫3变形区由刀具一工件Z
9、间摩擦、挤压、熨烫造成的弹塑性变形都很剧烈，在第1变形区，剧烈的弹犁性变形、剪切的作用下，使分离处晶粒受拉，产生较大拉应力；在第3变形区，刀具后刀面对工件剧烈的摩擦、挤压，使表层金属产生严重拉伸塑性变形，刀具离开后，在里层金属的作用下，表层金属产生
