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機加工中的殘余應力

在機加工過(guò)程中由于機械、熱或化學(xué)因素會(huì )產(chǎn)生殘余應力，也可能會(huì )降低疲勞壽命，因此應對其進(jìn)行分析和控制。

機加工是車(chē)、銑、鉆、刨、磨的總稱(chēng)。這些應用的共同點(diǎn)是在切削過(guò)程因為摩擦而加熱材料表面形成切屑。下圖顯示了機加工過(guò)程中形成殘余應力的工藝步驟。

由于機械、熱或化學(xué)因素，零件現有的殘余應力狀態(tài)可能會(huì )發(fā)生變化。機加工因素是材料去除過(guò)程本身，熱因素是摩擦所做的功，化學(xué)因素是切削液可能引起的反應。機加工過(guò)程的機械效應會(huì )改變表面光潔度和微觀(guān)結構，也能觀(guān)察到材料的塑性變形。該過(guò)程會(huì )產(chǎn)生熱效應，位錯密度和分布的變化以及表面完整性的改變。此外，冷卻壓和溫度是對形成殘余應力是一個(gè)很重要的影響。

X射線(xiàn)殘余應力分析儀

這些影響結合其他加工參數可能會(huì )導致零件表面形成裂紋，裂紋是塑性變形和可能的相變形成的殘余應力的結果。相變是由局部加熱引起的，由于加工時(shí)的摩擦和其他的磨損效應造成了局部熱量的增加，因而在局部形成了殘余拉應力。機加工殘余應力影響著(zhù)零件使用的可靠性和服役壽命。機加工殘余應力受熱和機械因素的影響。通常，零件表層和近表層受熱和機械因素的影響，而次表層僅受機械因素的影響。

銑削是機加工中另一種常見(jiàn)的切屑形成工藝，它會(huì )在工件上產(chǎn)生殘余應力。眾所周知，當以不同方式銑削普通碳鋼時(shí)，所產(chǎn)生的殘余應力的深度分布可能會(huì )有所不同，具體取決于銑削方式。同樣，切削速度的變化也會(huì )改變殘余應力的深度分布。通常，Z低的切削速度會(huì )產(chǎn)生Z低的殘余應力，而導致刀具和工件之間溫度升高的Z高切削速度會(huì )在工件上產(chǎn)生Z高的殘余應力。

機加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應力會(huì )導致疲勞壽命降低，因此應對其進(jìn)行分析和控制。 還應該注意的是，在實(shí)際中可以聯(lián)合使用各種機加工操作，盡管不同的工藝會(huì )在工件上產(chǎn)生各自不同的殘余應力分布，但Z后一次加工操作產(chǎn)生的殘余應力分布通常會(huì )占主導地位。