切削加工中残余应力产生的原因及影响残余应力的因素

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1、EVE切削加工中残余应力产生的原因及影响残余应力的因素什么是残余应力？残余应力是指在没有外力作用的情况下，在物体内保持平衡而存留的应力。残余应力分为残余拉应力（+σ）和残余压应力(-σ)。为了区别表层的残余应力与物体内层金属中的残余应力，因此表层残余应力的符号相反。切削加工后的已加工表面常有残余应力。关于残余应力的发生机理，从理论上定量分析目前还存在一些困难，以下仅从概念上来定性分析残余应力的产生原因。1．机械应力引起的塑性变形切削过程中，切削刃前方的晶粒一部分随切屑流出，另一部分留在已加工表面上；在分

2、离处的水平方向，晶粒受压；而在垂直方向则晶粒受拉，故形成残余拉应力。另外，在已加工表面形成过程中，刀具的后刀面与已加工表面产生很大的挤压与摩擦，使表层金属产生拉伸塑性变形；刀具离开后，在里层金属作用下，表层金属产生残余压应力。2．热应力引起的塑性变形切削时，由于强烈的塑性变形与摩擦，使已加工表面层的温度很高，而里层温度很低，形成不均匀的温度分布。因此，温度高的表层，体积膨胀，将受到里层金属的阻碍，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。切削后冷却至室温时，表

3、层金属体积的收缩又受到里层金属的牵制．因而使表层金属产生残余拉应力。1st切削加工的工艺技术——chasysEVE3．相变引起的体积变比切削时，若表层温度大于相变温度，则表层组织可能发生相变。由于各种金相组织的体积不同，从而产生残余应力。如高速切削碳钢时，刀具与工件接触区的温度可达600～800℃；而碳钢在720℃发生相变，形成奥氏体，冷却后变为马氏体。由于马氏体的体积比奥氏体大，因而表层金属膨胀，但受到里层金属的阻碍，从而使表层产生残余压应力，里层产生残余拉应力。当加工淬火钢时，若表层金属产生退火，则

4、马氏体转变为屈氏体或索氏体，因而表层体积缩小；但受到里层金属的牵制，从而使表层产生残余拉应力。已加工表面层内呈现的残余应力是上述诸原因所导致残余应力的综合结果，而最后已加工表面层内残余应力的大小及符号，则由其中起主导作用的因素所决定。因此，在已加工表面层最终可能存留残余拉应力，也可能是残余压应力。应当指出，已加工表面不仅沿切削速度方向会产生残余应力σv，而且沿进给方向也会产生残余应力σf；在已加工表面最外层，往往是σv>σf。切削碳钢时，无论是切削方向还是进给方向，一般在已加工表面层常为残余拉应力，其值

5、可达0.78～1.08GP。而残余应力层的深度可达0.40～0,5mm。4．热态塑性变形引起的残余应力切削加工中，切削区会有大量的切削热产生，使工件产生不均匀的温度变化，从而导致不均匀的热膨胀。切削加工进行时，当表面温度升高到使表层金属进入到塑性状态时，其体积膨胀受到温度较低的基体金属的限制而产生热塑性变形。切削加工结束后，表面温度下降，由于表面已产生热塑性变形要收缩，此时又会受到基体金属的限制，在表面产生残余拉应力。热塑性变形主要在磨削时产生，磨削温度越高，热塑性变形越大，残余拉应力越大，有时甚至会产

6、生裂纹。2nd切削加工的工艺技术——chasysEVE5．金相组织变化引起的残余应力不同金相组织具有不同的密度，金相组织的转变会引起金属材料的体积变化。加工过程中，当切削温度的变化使表面层金属产生了金相组织的变化时，表层金属的体积变化（增大或减小）必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。在切削加工过程中，由于切削力的作用，工件表面层产生塑性变形，使表面金属比体积增大，体积膨胀，由于塑性变形只在表层金属中产生，表层金属的比体积增大，体积膨胀，不可避免地要受到与它相连的里层金属的限制，在表

7、面金属层产生了残余压应力，而在里层金属中产生残余拉应力。影响残余应力的因素较为复杂，因此对切削加工时残余应力的发生过程还有待升入研究总的说来，凡是能减小塑性变形和降低切削温度的方法都能使已加工表面的残余应力减小。下面从概念上来定性分析残余应力的影响因素：1．刀具方面当前角由正值逐渐变为负值时，即刀具钝化时表层的残余拉应力逐渐减小，但残余应力层的深度增大，这是由于刀具前角越小，切削刃钝圆半径（刃口R）越大，刀具对已加工表面的挤压与摩擦作用越大，从而残余拉应力减小。当在一定的切削用量时，采用绝对值较大的负前

8、角，甚至可使已加工表面层得到残余压应力。如挤压成型车削刀具后面的磨损量VB增加时，一方面使后刀面与已加工表面的摩擦增加，但另一方面也使已加工表面上的切削温度升高，从而由热应力引起的残余应力的影响逐渐增强，因此，使已加工表面的残余拉应力增大；相应地，残余应力层的深度也随之增加。铝合金切削加工时这个情况更明显3rd切削加工的工艺技术——chasysEVE2．切削条件方面切削速度增加时，切削温度随之增加，因此，热应力引起的残余拉应力起主导作用，从