切削加工中殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及影響殘余應(yīng)力的因素

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1、EVE切削加工中殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及影響殘余應(yīng)力的因素什么是殘余應(yīng)力？殘余應(yīng)力是指在沒有外力作用的情況下，在物體內(nèi)保持平衡而存留的應(yīng)力。殘余應(yīng)力分為殘余拉應(yīng)力（+σ）和殘余壓應(yīng)力(-σ)。為了區(qū)別表層的殘余應(yīng)力與物體內(nèi)層金屬中的殘余應(yīng)力，因此表層殘余應(yīng)力的符號(hào)相反。切削加工后的已加工表面常有殘余應(yīng)力。關(guān)于殘余應(yīng)力的發(fā)生機(jī)理，從理論上定量分析目前還存在一些困難，以下僅從概念上來定性分析殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因。1．機(jī)械應(yīng)力引起的塑性變形切削過程中，切削刃前方的晶粒一部分隨切屑流出，另一部分留在已加工表面上；在分

2、離處的水平方向，晶粒受壓；而在垂直方向則晶粒受拉，故形成殘余拉應(yīng)力。另外，在已加工表面形成過程中，刀具的后刀面與已加工表面產(chǎn)生很大的擠壓與摩擦，使表層金屬產(chǎn)生拉伸塑性變形；刀具離開后，在里層金屬作用下，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。2．熱應(yīng)力引起的塑性變形切削時(shí)，由于強(qiáng)烈的塑性變形與摩擦，使已加工表面層的溫度很高，而里層溫度很低，形成不均勻的溫度分布。因此，溫度高的表層，體積膨脹，將受到里層金屬的阻礙，從而使表層金屬產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)，將使表層金屬產(chǎn)生壓縮塑性變形。切削后冷卻至室溫時(shí)，表

3、層金屬體積的收縮又受到里層金屬的牽制．因而使表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。1st切削加工的工藝技術(shù)——chasysEVE3．相變引起的體積變比切削時(shí)，若表層溫度大于相變溫度，則表層組織可能發(fā)生相變。由于各種金相組織的體積不同，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。如高速切削碳鋼時(shí)，刀具與工件接觸區(qū)的溫度可達(dá)600～800℃；而碳鋼在720℃發(fā)生相變，形成奧氏體，冷卻后變?yōu)轳R氏體。由于馬氏體的體積比奧氏體大，因而表層金屬膨脹，但受到里層金屬的阻礙，從而使表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。當(dāng)加工淬火鋼時(shí)，若表層金屬產(chǎn)生退火，則

4、馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榍象w或索氏體，因而表層體積縮??；但受到里層金屬的牽制，從而使表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。已加工表面層內(nèi)呈現(xiàn)的殘余應(yīng)力是上述諸原因所導(dǎo)致殘余應(yīng)力的綜合結(jié)果，而最后已加工表面層內(nèi)殘余應(yīng)力的大小及符號(hào)，則由其中起主導(dǎo)作用的因素所決定。因此，在已加工表面層最終可能存留殘余拉應(yīng)力，也可能是殘余壓應(yīng)力。應(yīng)當(dāng)指出，已加工表面不僅沿切削速度方向會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力σv，而且沿進(jìn)給方向也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力σf；在已加工表面最外層，往往是σv>σf。切削碳鋼時(shí)，無論是切削方向還是進(jìn)給方向，一般在已加工表面層常為殘余拉應(yīng)力，其值

5、可達(dá)0.78～1.08GP。而殘余應(yīng)力層的深度可達(dá)0.40～0,5mm。4．熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力切削加工中，切削區(qū)會(huì)有大量的切削熱產(chǎn)生，使工件產(chǎn)生不均勻的溫度變化，從而導(dǎo)致不均勻的熱膨脹。切削加工進(jìn)行時(shí)，當(dāng)表面溫度升高到使表層金屬進(jìn)入到塑性狀態(tài)時(shí)，其體積膨脹受到溫度較低的基體金屬的限制而產(chǎn)生熱塑性變形。切削加工結(jié)束后，表面溫度下降，由于表面已產(chǎn)生熱塑性變形要收縮，此時(shí)又會(huì)受到基體金屬的限制，在表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。熱塑性變形主要在磨削時(shí)產(chǎn)生，磨削溫度越高，熱塑性變形越大，殘余拉應(yīng)力越大，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)

6、生裂紋。2nd切削加工的工藝技術(shù)——chasysEVE5．金相組織變化引起的殘余應(yīng)力不同金相組織具有不同的密度，金相組織的轉(zhuǎn)變會(huì)引起金屬材料的體積變化。加工過程中，當(dāng)切削溫度的變化使表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化時(shí)，表層金屬的體積變化（增大或減?。┍厝灰艿脚c之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。在切削加工過程中，由于切削力的作用，工件表面層產(chǎn)生塑性變形，使表面金屬比體積增大，體積膨脹，由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，表層金屬的比體積增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的限制，在表

7、面金屬層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。影響殘余應(yīng)力的因素較為復(fù)雜，因此對(duì)切削加工時(shí)殘余應(yīng)力的發(fā)生過程還有待升入研究總的說來，凡是能減小塑性變形和降低切削溫度的方法都能使已加工表面的殘余應(yīng)力減小。下面從概念上來定性分析殘余應(yīng)力的影響因素：1．刀具方面當(dāng)前角由正值逐漸變?yōu)樨?fù)值時(shí)，即刀具鈍化時(shí)表層的殘余拉應(yīng)力逐漸減小，但殘余應(yīng)力層的深度增大，這是由于刀具前角越小，切削刃鈍圓半徑（刃口R）越大，刀具對(duì)已加工表面的擠壓與摩擦作用越大，從而殘余拉應(yīng)力減小。當(dāng)在一定的切削用量時(shí)，采用絕對(duì)值較大的負(fù)前

8、角，甚至可使已加工表面層得到殘余壓應(yīng)力。如擠壓成型車削刀具后面的磨損量VB增加時(shí)，一方面使后刀面與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溫度升高，從而由熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力的影響逐漸增強(qiáng)，因此，使已加工表面的殘余拉應(yīng)力增大；相應(yīng)地，殘余應(yīng)力層的深度也隨之增加。鋁合金切削加工時(shí)這個(gè)情況更明顯3rd切削加工的工藝技術(shù)——chasysEVE2．切削條件方面切削速度增加時(shí)，切削溫度隨之增加，因此，熱應(yīng)力引起的殘余拉應(yīng)力起主導(dǎo)作用，從