机加工中的残余应力

北京华欧世纪

2022/01/20 10:24

阅读：26

机加工中的残余应力

在机加工过程中由于机械、热或化学因素会产生残余应力，也可能会降低疲劳寿命，因此应对其进行分析和控制。

机加工是车、铣、钻、刨、磨的总称。这些应用的共同点是在切削过程因为摩擦而加热材料表面形成切屑。下图显示了机加工过程中形成残余应力的工艺步骤。

一、机加工操作

二、弹性/塑性变形

三、非均匀相变

四、工件中的残余应力

由于机械、热或化学因素，零件现有的残余应力状态可能会发生变化。机加工因素是材料去除过程本身，热因素是摩擦所做的功，化学因素是切削液可能引起的反应。机加工过程的机械效应会改变表面光洁度和微观结构，也能观察到材料的塑性变形。该过程会产生热效应，位错密度和分布的变化以及表面完整性的改变。此外，冷却压和温度是对形成残余应力是一个很重要的影响。

X射线残余应力分析仪

这些影响结合其他加工参数可能会导致零件表面形成裂纹，裂纹是塑性变形和可能的相变形成的残余应力的结果。相变是由局部加热引起的，由于加工时的摩擦和其他的磨损效应造成了局部热量的增加，因而在局部形成了残余拉应力。机加工残余应力影响着零件使用的可靠性和服役寿命。机加工残余应力受热和机械因素的影响。通常，零件表层和近表层受热和机械因素的影响，而次表层仅受机械因素的影响。

铣削是机加工中另一种常见的切屑形成工艺，它会在工件上产生残余应力。众所周知，当以不同方式铣削普通碳钢时，所产生的残余应力的深度分布可能会有所不同，具体取决于铣削方式。同样，切削速度的变化也会改变残余应力的深度分布。通常，较低的切削速度会产生较低的残余应力，而导致刀具和工件之间温度升高的较高切削速度会在工件上产生较高的残余应力。

机加工过程中产生的残余应力会导致疲劳寿命降低，因此应对其进行分析和控制。还应该注意的是，在实际中可以联合使用各种机加工操作，尽管不同的工艺会在工件上产生各自不同的残余应力分布，但末次加工操作产生的残余应力分布通常会占主导地位。