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切削残余应力的产生机理和影响因素

作者:二手设备
发布时间:2021-06-30 15:54:55
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【摘要】:零件在切削加工时,由于切削力和切削热作用在加工表面上发生严重的不均匀弹塑性变形,金相组织变化的影响会产生切削残余应力。 产生切削残余应力的主要原因包括以下三个。 (


零件在切削加工时,由于切削力和切削热作用在加工表面上发生严重的不均匀弹塑性变形,金相组织变化的影响会产生切削残余应力。 产生切削残余应力的主要原因包括以下三个。

(1)机械应力的塑性变形效应

在切削过程中,原本与切屑相连的表层金属在与切削相同的方向上产生相当大的弹塑性变形。 切屑切去后,表面存在残余拉应力,芯部存在残余压应力。 同时,表面金属也沿反力方向发生塑性变形。 刀具对加工表面的挤压使表面金属发生拉伸塑性变形,但由于母材的阻碍,使工件表面产生残余压应力。 此外,表面金属的冷塑性变形使晶格扭曲松散,密度降低,体积增大。 还会使表层产生残余压应力,核心部分产生残余拉应力。

(2)热应力塑性变形效应

切削时,强烈的塑性变形和摩擦使被加工面层的温度高,而芯部的温度低。 当热应力超过材料的屈服强度时,表面层会在高温下伸长,但由于基体材料的限制,本应发生的伸长被压缩了。 在切割后的冷却过程中,金属的弹性逐渐恢复。 当冷却至室温时,表面金属会收缩,但由于母材的阻碍,工件表面会产生残余拉应力。

(3) 表面局部金相组织转变

切削时产生的高温会引起表层金相组织的变化。 由于不同金相组织的密度不同,表层的体积也会发生变化。 例如马氏体的密度为7.75g/cm3,奥氏体的密度为7.968g/cm3,珠光体的密度为7.78g/cm3,铁素体的密度为7.88g/cm3。 如果表层体积膨胀,会产生残余压应力; 否则会产生残余拉应力。
切削残余应力的产生机理和影响因素

影响因素

切削残余应力的性质和大小受很多因素的影响,掌握这些因素的影响规律并进行合理选择,对于降低残余应力和优化切削过程是很有必要的。

(1)工件材料的影响

工件材料本身状态及其物理力学性能对切削残余应力产生直接影响。塑性好的材料切削加工后通常产生残余拉应力;塑性差的材料则产生残余压应力。根据工件材料的具体初始应力状态,切削加工可能使工件内残余应力值增大或减小。

(2)切削参数的影响

切削速度的影响一般是通过“温度因素”来进行的。切削速度较低时,易产生残余拉应力;切削速度较高时,由于切削温度升高,易产生残余压应力。增加进给量和切削深度时,被切削层金属的截面及体积增大,使刀刃前的塑性变形区和变形程度增加。如果此时切削速度较高,则温度因素的影响也有所加强,因此表面残余拉应力将会增大。

(3)刀具参数的影响

当增大刀具的前角、后角,减小刀尖的圆弧半径和切削刃的钝圆半径时,残余应力会减小。刀具的锋利性、后刀面的磨损或钝圆半径对残余应力的影响很大,其次是刀具前角。


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切削残余应力的产生机理和影响因素