高速车轴车削加工表面残余应力的研究
高速切削TC4钛合金表面残余应力的有限元分析
2012年切削先进技术研究会（东北区）学术、技术会议*脚注高速切削TC4钛合金表面残余应力的有限元分析姜增辉1王晓亮2（1 沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159）（2 沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159）关键词：TC4钛合金表面残余应力高速切削有限元分析一、研究背景TC4（Ti6Al4V）钛合金以其优良的组织和力学性能在航空、航天工业得到了广泛应用，由于很多零件为薄壁件，已加工表面残余应力的状态对零件使用的安全性和寿命有着重要影响。
二、实验条件与方法本文利用商业切削仿真软件建立了高速切削TC4钛合金的三维有限元模型（如图1），研究了刀具（YG8）几何角度对已加工表面残余应力分布的影响。
在所建立的的仿真几何模型的工件中某一处沿深度方向发射一个X射线探测柱（如图2所示），提取线柱内节点单元的残余应力数据，便可以计算出不同深度时工件表面残余应力的分布情况。
图1 三维切削几何模型图2 软件提取工件表面残余应力原理图3 残余应力沿着深度方向的分布情况在切削速度ν=140m/min；切削深度a p=1mm；进给量f=0.15mm；刀具前角γ0=5°；刀具后角α0=5°；刃口半径r=0.03mm条件下进行仿真，研究了TC4已加工表面残余应力沿着深度方向的分布情况（如图3所示）。
在切削速度ν=140m/min；切削深度a p=1mm；进给量f =0.15mm的切削条件下，分别改变刀具的前角γ0（γ0分别为0°、5°、8°、10°、15°）；后角α0（α0分别为5°、10、12°、15°、20°）；刃口半径r（r 分别为0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm）研究了残余应力最大值的分布情况（如图4所示）。
三、实验结果及结论1、仿真曲线图：图4 刀具前角、后角、刀尖刃口半径对残余压应力最大值影响曲线2、结论：（1）已加工表面里层产生了残余拉应力，而在其表层产生残余压应力。
表面残余应力测试技术研究及应用现状
表⾯残余应⼒测试技术研究及应⽤现状表⾯残余应⼒测试技术研究及应⽤现状摘要: 在⽣产、处理或加⼯材料的过程中，由于材料的局部区域的不均匀塑性变形，产⽣了残余应⼒。
残余应⼒对疲劳强度、抗蚀性、尺⼨稳定性、相变、硬度等均有影响; 提⾼表⾯塑变抗⼒，降低表层的有效拉应⼒，可以抑制疲劳裂纹的萌⽣和扩展，提⾼疲劳强度。
本⽂主要介绍⼀些常⽤的表⾯残余应⼒的测试技术以及应⽤现状。
关键词:表⾯残余应⼒;X －射线衍射; 测试参数⾦属材料在热处理、表⾯处理、表⾯改性、塑性变形加⼯等各种冷热加⼯之后或在切削、研磨、装配、铸造、焊接等加⼯⼯艺之后，材料的局部区域产⽣了不均匀的塑性变形，必然会产⽣内应⼒。
残余应⼒是⼀种弹性应⼒，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系，是材料中发⽣了不均匀的弹性形变或不均匀的弹塑性变形⽽引起的，或者说是材料的弹性各向异性或塑性各向异性的反映。
这种残余应⼒对疲劳强度、抗蚀性、尺⼨稳定性、相变、硬度等均有影响。
此外，绝⼤多数机件的疲劳破坏是从表⾯开始的。
由于残余应⼒⽽影响或导致的机械零件失效达50% 以上，这也是⼯程界越来越关注的产品失效问题。
下⾯就介绍⼏种表⾯残余应⼒的测定技术。
⽬前⼴泛应⽤的残余应⼒测试⽅法可分为两⼤类：物理⽅法和机械⽅法。
物理法有X 射线法、磁测法和超声波法等；机械法也称应⼒释放法如电侧（盲孔、切割、套孔及逐次去层）法及光弹贴⽚钻孔法。
此外, 近些年还出现了硬度测定法、压痕测定法、全息⼲涉法、错位散斑⼲涉法、脆性涂层法等。
⼀、测定法简单介绍X 射线测定法X 射线衍射技术来测定材料中的残余应⼒，其测定的基本原理是基于X 射线衍射理论。
当⼀束具有⼀定波长λ的X 射线照射到多晶体上时，会在⼀定的⾓度2θ上接收到反射的X 射线强度极⼤值( 即所谓衍射峰) ，这便是X 射线衍射现象( 如下图) 。
X 射线的波长λ、衍射晶⾯间距d 和衍射⾓2θ之间遵从著名的布拉格定律:2d sinθ= n λ( n = 1，2，3……)在已知X 射线波长λ的条件下，布拉格定律把宏观上可以测量的衍射⾓2θ与微观的晶⾯间距d 建⽴确定的关系。
LY12硬铝合金高速切削加工残余应力的研究
关键词 ： 硬铝合金 ； 高速切 削； 残余应力； 高度非线性 ； 刀具参数 中 图分类 号 ：Ｂ ２ Ｔ １１ 文献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：６ ２—１ １ （０ １ １ １７ ６ ６ ２ １ ）９—０ ３ —９ ０３ ｓ
高 速切 削加 工 技 术 是一 项 比较 新 型 的 先进 制 造 加工 技术 ， 已成为 现代 机械 加工技 术 一个 重要 的 仿真 过程 中采 用 一个 考 虑 了各 因素 对材 料 应 力 的 影 响能够 比较 准 确 的材 料 加 工 特 性 的本 构 模 型 是 非 常重 要 的。本 文采 用 的 Ｊｈ ｓｎ—Ｃ ｏ ｏ ｎｏ ｏｋ材 料 本 构模 型考 虑 了高 速切 削 过 程 中加 工 过程 的硬 化 现 象 和温度 对材 料软 化 的影 响。它 的模 型表 达式为 ：
分 离准 则 和 物 理 分 离 准 则 是 ＡＢ ＱＵＳ软 件 中所 Ａ
包 括 的材料 分离 准则 ， 几何 准则 的不 足之 处在 于分
离临界值的不同选择会影响到仿真结果的精确性 ， 而加工 不 同 的材 料需 要不 同 的临界值 ， 比较难 以选 择 。物 理分 离准 则 通 过 物 理量 是 否 达 到 预设 的 临 界值来判断单元是否发生分离 ， 由于物理分离准则 的采用 可 以使仿 真结 果更 加接 近于 实际情 况 ， 故本
零 件 的加 工 等 。
［＋（ （ ） Ａ Ｂ ］＋ ・ ￡ １（＿￣ ］ 一 Ｌｔ －～ ］ － 一
式中： Ａ为初始屈服应力 ； 为硬化模量 ； Ｂ Ｃ为应 变率依赖系数 ； 为热软化系数 ； ｍ 咒为加工硬化指
数 ； ｅ为 熔 点 温 度 （ Ｙ 硬 铝 合 金 取 １５ ０ ） ｌ Ｌ ２℃ ； ￡ 为材 料 周 围 的初 始 温 度 （０ ；０为参 考 应 一 ２￣ Ｃ） 变率 （ ／）ｅ 为 等效 塑性应 变 ； 为塑 性应 变率 。 １ｓ ；。
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究_唐志涛
3 - 33. 7 - 36. 1 0
4 - 35. 6 11. 4
0
5
40. 7 57. 2
0
6 110. 3 125. 0
0
σ12 23. 6 - 25. 5 3. 9 12. 6 14. 3 4. 9
Key words : superficial residual st ress ; high - speed milling ; aluminum alloy ; cut ting force ; cut ting temperat ure
0 引言
金属在切削加工过程中不可避免地引入加工 残余应力 。加工残余应力是衡量工件表面质量的 一项重要指标 ,严重影响着零件的静力强度 、疲劳 强度及抗应力腐蚀能力 ,进而影响零件的使用寿 命[1] 。同时 ,残余应力还影响着零件的形状精度 和尺寸稳定性 ,在航空薄壁件的加工中 ,铣削加工 残余应力的存在及其在后续使用过程中的不稳定 性会造成应力松弛和再分布 ,从而引起构件的加 工变形 。鉴于残余应力的性质 、大小及其分布对 零件使用性能的重要影响 ,对加工后残余应力的 分布规律进行定量分析具有重要意义 。
表 1 残余应力测试条件
使பைடு நூலகம்靶材
Cr Kα靶
定峰方法
交相关法
准直器直径
3mm
X 管电压
30kV
ψ摇摆
±6°
X 管电流
6. 7mA
<摇摆
±30°
曝光时间
15s
布拉格角
139. 3°
校准
Ni 粉
倾角
±45°
衍射晶面
311 晶面
2 铣削加工铝合金表面残余应力状态分析
2. 1 X 射线法三维残余应力测试 已有的研究表明[3] , 磨削加工表面层以及加
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究铝合金是一种常见的金属材料，应用于航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等诸多领域。
在加工铝合金中，由于该材料较为软，因此经常使用铣削加工，以达到高精度的要求。
然而，这种加工方式也会造成铝合金表面的残余应力，这是由于加工过程中所产生的高温和切削压力所致。
这些残余应力经常会影响铝合金零件的特性，如疲劳强度、抗腐蚀性和热加工性等，因而严重影响了零件的质量和使用寿命。
因此，有必要开展高速铣削加工铝合金表面残余应力的研究，以探索技术手段以控制其产生的残余应力。
首先，先要深入了解不同铣削参数对残余应力的影响，包括切削速度、切削深度、刃角、粘度系数等。
为此，本实验使用示差扫描量测仪（SMM）和刚度测量仪（RMM）等测试仪器从事残余应力实验测试。
通过对比不同参数下表面残余应力的测试结果，可以清楚地了解不同参数对残余应力的影响情况，从而总结出一系列有利于控制残余应力的铣削参数。
此外，在残余应力控制方面也可以尝试其他技术手段，如利用冷却液和切削润滑油、减少切削压力等，充分发挥它们的作用，提高加工精度。
同时，需要选择符合要求的刀具和机床，使之处于最佳的运行状态，以保证切削的精度。
在实验过程中，还应考虑到铝合金本身的成分、晶粒结构、表面组织等因素，对它们的影响可能会导致残余应力的不同程度变化。
因此，为了进一步减少残余应力，可以采用表面处理技术，如表面精加工、电解抛光等，从而达到有效地减少残余应力的目的。
本实验旨在分析高速铣削加工铝合金表面残余应力的影响因素，以探索技术手段以控制其产生的残余应力。
为此，需要综合运用实验测试技术、表面处理技术、刀具技术及机床技术，建立相应的理论及具体方法，以达到比较优良的加工精度及残余应力控制要求。
通过以上研究，期望能够探索出一套更优化更可靠的高速铣削加工铝合金表面技术方案，指导相关行业实践应用，提高加工精度及零件质量，有助于推动行业的发展。
以上就是本文对高速铣削加工铝合金表面残余应力的研究，希望通过本研究能够为相关行业提供参考。
车铣加工表面层残余应力的研究
金属切 削加工是 一个伴 随着高温 、 高压 、 高 应变率的塑性大变形过程 ，在已加工表面 上往 往存在着较大的残余应力 ，已加 工表面层残余 应力对零件的使用性能有着重要的影响 。残余 拉应力会降低￣ ￣ Ｔ 的疲劳强度 ， 时甚 至在切 － － ４ 有 削加工后 ， 会使零件表 面产生微裂纹 ： 面残余压 应力却能提高零件的疲劳强度。当各部 分的残 余应力 山于分布小均 匀， 还会发生 ］件 变形 ， 二 影 响工件 的形状精度 和尺寸精度。因此 ， 究加工 研 表面层残余应力 ，对保证零件表面质量有重要 意义 。
作用去 除后 ，整个物体山于 内部残余应力 的作
用将发生形变。
１ ． ２残余应力的分类 第一类残余应力 ， 标记 为 。它在材料较 的热弹塑性 问题 。 棚 图所示１ 。 大范 围内或许多 品粒 范围 内存在 并保持 平衡 ， ２单 因素实验方案 ３试验分析结论 在多个连续品体范围内保持常数 ， 它的大小 、 方 ２１实验 目的 ． 为 了深人研究铣 刀转速 和刀具轴 向进 ￣ｔ ＡＪ ｔ 向和性 质可 用通 常 的物 理或 机 械方法 进行 测 通常 山于切削加工产生的残余应 力是指宏 对表 面层残余 应力 的影响规律 ，我们设计 了单 量。如果 第—类残余应力所 产生 的力 或力矩 的 观残余应力 ， 即第一类残余应力。 也 本文从影 响 因素试验方案 ， 运用金属切削原理的知识 ， 详细 平衡状 态遭 到破坏 ， 将导致构件宏观 尺寸的变 车铣加工工件表 面残余应力 的两个主要因素（ 铣 地分析 了试验结果 ， 中得出以下结论 ： 从 化。通常 山于切 削加工产生 的残余应 力足指 宏 刀转速 ｎ和轴 向进给量 Ｄ出发 ， 单 因素 实 采用 １ ） 金属的热塑性变形作用对 车铣加工工件 观残余应力 。 根据加工残余应力 的性质小同 ， 可 验方法 ， 分别改变铣刀 转速 ｎ和轴向进给量 ￡ 表面残余应力 的产生和变化大小 的影响起主导 ， 分 为残余拉应力和残余压应力 ，应 力的大小 随 进行单因素正交车铣 ６ ＃ ５ 钢实验 ，研究车铣加 作用 ，里层 金属的弹性恢 复和表层 金属 在切削 表层的深度面变化 。 工的切削用量 与工件表面残余应力的关 系。 热作用下发生 的相变是次要作用。 第二类残余应力称 为微 观结构应力 （，０ ｓ－ 一 ｔ ． ２ ． 验 条 件 ２实 ２ 削速 度从 １５ ｍｒ ｎ增 大 到 １７ ， １切 ２． ／ｉ ６ ａ ５ｒ ｎ ｔｒ ｒ ｓ标 记为 Ｉｌ它存在于品粒 尺度 内且 ｕ ｓｅ） ｌ ａ ｔｓ， ￣Ｉ Ｆｏ ｒ 文验机 床 ： 数控车铣加 Ｔ中心 Ｍ Ｚ Ｋ Ｉ — ｒｎ工件表 面残余应力 为拉应力但增大趋 势小 Ａ Ａ Ｎ ａ ， ｉ ０ 保持平衡 ， 在一个或几个 品粒 的部分 范围内保 ＴＥＧＥＸ２ ０Ｙ。 明显 ， １ ７ ／ ｉ 从 ５ ｍｍ ｎ增大 到 １ ８ ｍｍ ｎ 表 面残 ８Ａ ／ ｉ， 持均匀。如果第 二类残余应力平衡状 态得 到改 工 件 材料 ： ，铁 素 体 ，其 硬 度 为 余 拉 应力 急剧增 大 ，但从 １８ ｍｍｎ 大到 ６ 钢 ５ ８． ／ｉ增 ４ 变 ， 会造成宏观尺寸的变化 。 也 Ｈ Ｃｌ Ｒ ２ ，屈服强度 ｏ＝ ８ Ｍ ａ Ｌ７ ４ Ｐ ，抗拉强 度 盯】 ２９ ｍｒｎ ， Ｉ １． ／ｉ时 表面残余拉应力急剧下降。 ＝ ８ ｎ 增大 第 三类残 余应力 称品 内亚 结构 应力（ｕ— ９ ０ ａ Ｓ ｂ ８ ＭＰ ，延 伸率 ６ ９ ＝ ％，断 面收缩 率 ＿ ５ 轴 向进给量 ｆ， ３％ ａ 对车铣 加工工 件的表面残余应 ｓｕｔｒ ｔ ｓ， ｔ ｃ ａ ｓｅｓ标记为 “ ｒ ｕｌ ｒ ） 。它是在 品粒若 干 ３ ％， ５ 化学成分见表 １ 。 力影响显著。 随着轴向进给量无的增大 ， 表面残 个原子范 围内存在并在 品粒 的小部分 内保持平 表 １ 试验铜 的化 学成分噘 量分数） 余应力逐渐减 小。 衡， 在品体亚结构范 围内大小小均匀。 第 类残 ３ 刀转 速 ｎ 为 ３ ０ ｒ ｉ ￣ １ ８ ｍｍ ｎ ） 铣 ｃ ０ ０／ ｎ ｍ （ ８． ／ｉ ４ ） 附一近是切削振动的固有一频率 ，为了工 件得 余应力平衡状态的破坏 ，小会引起宏观尺寸 的 变化。 到较好的残余应力状态 ，车铣 切削用 量应 避开 在大多数情况下 ，宏观残余应力与微观残 刀具 ： 可转位立铣刀 ， 直径 ２ ｍ 齿数 ０ ｍ， Ｂ 为 ３ ０ ｒ ｎ ａ ０ ｍｍ／的组合 。 ｅ ０ ０／ ，ｆ 为 ． ｒ ｍｉ ８ 余应力总是同时存在的 ，产生 第一类 残余应力 Ｚ ２刀片为 Ｗｉｉ 公 司的 ＸＤ ０ ０ ０ ＝， ｄａ ＨＴ ９ ３ ８ ４ 比车削加 工 ， 铣加工 能够 在更高 的 １ 对 车 的加工过程 必须伴 随第 二 、 三类残余 应力的 第 Ｔ ５ ５型 ＭＴ Ｃ Ｎ ５ｌ — ＶＤ－ ｉ — ２ Ｔ Ｎ ＡＩ０３涂 层 刀 铣 刀转速 ｎ 和更大的轴 向进 给量 ｆ的切削条 ｃ ａ 产生。 片。 件下， 使工件得 到表 面残余压应力 以提高工件 １ － ３残余应力 的产生机理 切削条件 ： 正交顺铣 ， 乳化液冷却 的表面质量 。 目前 ， 于残余应力 的产 生机 理 ， 关 从理论 Ｉ ｝ ＝ 实验测量仪器 ： 兰 Ｐｎ ｙｅ 公 司 ， 荷 ａａ ｔａ ｌ ｉ ｌ 多晶 参 考 文献 定量分析还存在 困难 。下面仅从 已加工表面彤 Ｘ射线衍射仪 Ｐ ００ Ｘ射线 Ｃ Ｋ Ｗ３４ ， ｕａ 【 晋烧 ， ｌ 】 诩舟． 车铣复合 开创未 来一本 刊主编刘 成过程的角度分析残余应力的产生机理。 照射 ， 衍射品面（１） 于 ０ ５ ｎ 衍射角 柱 与奥地利 ＷＦ ２ ， １等 ． ４ ｍ， １ Ｌ车铣 技术公 司首席代表 李锋 １． ．１机械应力引起的残余 应力 ３ 为 ２ ＝ ５ ＿ ，残余应 力的测试采用 ０ －５法测 博士对话航 空制造技术． ０ ．４ ４ — ４ ０ １６ 。 ４ ￣ ｏ － ４ ２ ７ （ ２ ３ ０ １ 工件装夹时 ， 如果夹紧力过大 ， 将会使 件 量 。 贾春德 ， 姜增辉． 车铣原 理． 北京： 国防土业 出版 ２ ０３５ ６ 发生塑性变形 ， 从面使工件产生残余应力。 切削 金相显微 镜 ： Ｌ ＭＰ Ｓ Ｏ Ｙ Ｕ 公司 ， 倒置 型金相 社 ．０ ．－ 过程 中，刀刃前方 的工件材料受 到前 刀面的挤 显微镜 ＧＸ ７ 。 一 １ 【ｚ素 玉扁 速铣 削加 土表 而质量的研 究． 东 ３ １ 【 山 压 ， 面使将成 为已加工表 面层 的金属 ， 削 从 在切 ２３实验方 案 － 大学： 博士学位论文１ ０ ６ ５６ ， ０ ． － ２
工件表层残余应力的分析
马氏体， 磨削加工后， 表层可能产生回火， 马氏体转 变为屈氏体或索氏体 （ 接近珠光体） ， 密度增大而体 积减小， 产生残余拉应力。 如果表面温度超过 . 0& ， 冷 却又充分， 则表层将又成为马氏体， 体积膨胀产生残
!"" ! 以下时， 弹性恢复。 因此工件温度降到 #" ! ， 削加工的高温持续时间很短， 因此不会发生金相组 表层收缩 ! "。 !" # " $ """"$# （ !"" % #" ） # " $ %&’ & $" %# " !" # # $ $ & $" ( & " $ %&’ & $" %# " # ’・ " # $%’" $ ’ ( ) ))# # $%’" $ ’ & $" ’ * + 此应力已超过一般钢材的强度极限， 所以磨削 区的高温足以使工件产生残余拉应力， 因而出现表 面裂纹。 &、 金相组织变化引起的残余应力 切削时产生的高温会引起表面层金相组织的变 化。 不同的金相组织就有不同的密度， 当表层金属与 基体的比容不同， 必然导致内应力的产生， 最显著的 是马 氏 体 与 奥 氏 体 的 相 变。马 氏 体 密 # , # * $ *( - ) +)& ； 奥氏体密度 # . # * $ %’ - ) +)& ； 珠光体密度
加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因
加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因引言加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是许多工业领域中的常见现象。
这些残余应力的产生来源于加工过程中材料的塑性变形，对于材料的性能和寿命具有重要的影响。
本文将从微观层面出发，深入探讨加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力的原因。
塑性变形导致的应力塑性变形是指材料在外力作用下发生不可逆的形变。
在加工过程中，材料的塑性变形主要发生在表面区域。
这是因为加工过程中，材料受到来自切削或压力的外力作用，会发生塑性流动，导致表面区域发生变形。
塑性变形过程中的应力分布是不均匀的，通常在表面附近会形成残余应力。
这是因为材料的塑性变形是通过原子的位移和晶格缺陷的形成来实现的。
在内部晶体结构的重新排列过程中，会形成应力场。
加工表面产生压缩残余应力的原因加工表面产生压缩残余应力的主要原因是在形变过程中，材料的表层受到了压缩的应力。
以下是几个主要的原因：1. 切削过程中的挤压效应在切削加工过程中，切削刃对材料进行切削时，会造成材料的塑性变形和挤压。
切削刃与材料表面形成的摩擦力和压力会导致材料局部变形，形成压缩残余应力。
2. 机械压力的作用除了切削过程中的挤压效应，加工过程中的机械压力也会导致材料表面的塑性变形和压缩残余应力。
例如，冲压和锻造等加工过程中，通过施加外力使材料受压变形，产生残余应力。
3. 热加工引起的残余应力热加工过程中的温度变化会导致材料的热膨胀和收缩。
当材料表面受到不均匀加热或冷却时，会发生残余应力。
热加工过程中的残余应力可以通过控制加热和冷却速度等参数进行调节。
加工表面产生拉伸残余应力的原因除了压缩残余应力，加工表面也可能产生拉伸残余应力。
这些拉伸残余应力的主要原因如下：1. 切削过程的拉伸效应在切削过程中，不仅可以产生压缩残余应力，还可能导致拉伸残余应力的形成。
例如，在部分切削过程中，切削刃对材料表面施加拉伸力，导致材料表面的拉伸变形和产生拉伸残余应力。
2. 冷加工引起的残余应力冷加工过程中，材料受到外力的挤压和变形。
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究铝合金是由铝元素和其他合金元素结合而成，具有良好的耐腐蚀性能和加工性能，是经济可靠的弹性材料。
随着机械加工技术在设计和制造领域的应用，对铝合金的加工技术及其工件表面质量的要求也越来越高。
高速铣削加工技术是常见的加工方式，高速铣削加工铝合金表面的残余应力研究具有重要的实际意义。
高速铣削加工是使用高速铣刀对工件表面进行铣削，以获得满足设计要求的表面精度和质量的一种重要的机械加工方式。
铝合金在高速铣削加工过程中，由于性质和参数的不同，产生的残余应力是非常严重的，它会影响到工件体积的尺寸稳定性和表面质量。
因此，研究高速铣削加工铝合金表面残余应力的研究既具有实际应用价值，也具有重要的理论意义。
首先，我们需要了解高速铣削铝合金表面残余应力的来源。
由于铝合金内部存在着内应力，这些内应力会随着加工的开展而释放，从而产生表面残余应力。
此外，变形应力也是导致表面残余应力的重要原因。
其次，高速铣削铝合金的表面残余应力的影响因素。
铝合金的性质，尤其是屈服强度和硬度，是影响高速铣削表面残余应力的重要因素。
另外，加工参数也是影响残余应力的重要因素，包括铣刀运动精度、切削参数等。
最后，我们可以采用多种方法来控制高速铣削铝合金表面的残余应力，如改变工件的屈服强度、改变加工温度等。
此外，在实际加工过程中，可以利用监控系统进行表面残余应力的实时测量，及时发现和处理加工中出现的问题，以避免表面残余应力产生不良影响。
总之，研究高速铣削加工铝合金表面残余应力具有重要实际意义。
要控制铝合金表面残余应力，需要从材料性质和加工参数等多方面着手，并结合实际操作，采取有效的措施，以提高加工表面的质量。
车轴加工基准定位对轴表面残余应力的影响分析
作者简介： 高志勇（９５ ， ， １６ －）男 黑龙江齐齐哈尔人
责任公司工程师， 主要从事铁路车辆轮轴加工工艺方面的 研究工作。
１８ １
２１ 年 １ ０１ ２月 中国制造业 信 息化
第４ ０卷
第２ ３期
平衡 过程 ， 是 可 能 导 致 轴 身 纵 向裂 纹 产 生 的 原 也
的残余 应力 波动 范 围不 随着切 削量 的减小 而减小 ，
因。而半精加工偏心量对加工表面残余应力 的影 响则 直接 依赖 于前 面 的粗 加工工 序 ， 影响规 律还 有 待试 验论 证 。
２． 试 验 验 证 ２
且波动范围在几个切削量下都较大。图 ２ 所示为 轴身 的残余 应力 变 化趋 势 图 ， 图 中 可 以看 出 ， 从 在
轴颈 、 轮座等的精加工基准。 具体分析 ， 于工序 １ 锯 切 两端头 ， 中心 对 （ 钻 孔 ） 以锻造 后 的 毛坯 轮 座 处 为 粗 基 准 ， 图 １ ａ ， 如 （） 所示 ， 加工后续工序的工艺基准 ， 会产生如下情况 ： ａ 由于毛坯轮座定位夹紧处存在 圆度误差 ， ． 如 图１ ｂ所 示 ， 得 后 续 工序 切 削不 均 匀 ， 成 内应 （） 使 造
削偏 心切 削轴 身 ０方 向和 ９ 向残 余 应 力 ห้องสมุดไป่ตู้ 量 。 ０方
位轮座的圆柱度误差等因素的存在 ， 图 １ Ｃ所 如 （） 示， ２ 使 个工艺孔的连线与毛坯轴线存在夹角 ） ， ， 也会造成与 ａ 相似的结果 。
ｌ １
就列车车轴展开了一系列研究工作 ， 但研究较多的 是车轴表 面的强化… 车轴材料研究【 ｊ １、 及其 断
裂疲 劳 设 计 等 问 题 【 Ｊ对 于 车 轴 冷 加 工 工 艺 方 ， 面报道 甚少 ， 主要是 研 究工 艺与 加工零 件 尺寸 精 且 度 的 问题 几 乎 没 见 到 关 于 列 车 车 轴 冷 加 工 工 ６， 艺对 轴 表面 残余 应 力 的相 关 性 影 响 Ｊ 的研 究报 道 。本 文在 企业 长期 的生产 实践 的基础 上 ， 开展 了
切削加工中残余应力产生的原因及影响残余应力的因素
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。
3．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。
车削残余应力方向性实验
０ 前言
加工残余应力是切削加工表面质量的一个重要指
ＣＯＨＥＮ 等 ［３－４］ 在研究残余应力的影响因素时， 也 发
现这些因素对残余应力的作用效果具有方向性； 孙雅
ＱＩＮ Ｍｅｎｇｙａｎｇ １ ， ＺＨＯＵ Ｌｉ ２ ， ＸＵ Ｌａｎｙｉｎｇ ２ ， ＬＵＯ Ｙｏｎｇｓｈｕｎ ２
（１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｙｕｌｉｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙｕｌｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ ５３７０００， Ｃｈｉｎａ；
ＱＩＮ Ｍｅｎｇｙａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｌｉ，ＸＵ Ｌａｎｙｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｎ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ Ｔｕｒｎｉｎｇ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＆
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２０，４８（４） ：６１－６３．
车削残余应力方向性实验
２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０６６５， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｕｒｎｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ４５ ｓｔｅｅｌ ｂｙ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｑｕｅｎｃｈｅｄ
覃孟扬１ ， 周莉２ ， 许兰英２ ， 罗永顺２
车铣加工表面层残余应力的研究
车铣加工表面层残余应力的研究作者：章一亨来源：《中国新技术新产品》2010年第13期摘要:本文通过对多种金属材料进行车铣加工实验,从表面层残余应力的性质及其大小等方面,对车铣加工进行深入的理论分析,从而为选择合理的工艺参数提供依据,以提高车铣的加工效率和工件的表面质量,达到指导实际生产加工的目的。
关键词:车铣技术;残余应力;单因素试验金属切削加工是一个伴随着高温、高压、高应变率的塑性大变形过程,在已加工表面上往往存在着较大的残余应力,已加工表面层残余应力对零件的使用性能有着重要的影响。
残余拉应力会降低零件的疲劳强度,有时甚至在切削加工后,会使零件表面产生微裂纹:面残余压应力却能提高零件的疲劳强度。
当各部分的残余应力山于分布小均匀,还会发生工件变形,影响工件的形状精度和尺寸精度。
因此,研究加工表面层残余应力,对保证零件表面质量有重要意义。
1 残余应力的定义、分类与产生机理1.1 残余应力的定义残余应力以平衡状态存在于物体内部,是固有应力域中局部内应力的一种。
残余应力是一种小稳定的应力状态,当物体受到外力作用时,作用应力与残余应力相互作用,使其某些局部呈现塑性变形,截面内应力重新分配:当外力作用去除后,整个物体山于内部残余应力的作用将发生形变。
1.2 残余应力的分类第一类残余应力,标记为?滓r1。
它在材料较大范围内或许多品粒范围内存在并保持平衡,在多个连续品体范围内保持常数,它的大小、方向和性质可用通常的物理或机械方法进行测量。
如果第一类残余应力所产生的力或力矩的平衡状态遭到破坏,将导致构件宏观尺寸的变化。
通常山于切削加工产生的残余应力是指宏观残余应力。
根据加工残余应力的性质小同,可分为残余拉应力和残余压应力,应力的大小随表层的深度面变化。
第二类残余应力称为微观结构应力(Structural stress),标记为?滓r11。
它存在于品粒尺度内且保持平衡,在一个或几个品粒的部分范围内保持均匀。
如果第二类残余应力平衡状态得到改变,也会造成宏观尺寸的变化。
车床加工过程中残留应力影响因素及减小措施
车床加工过程中残留应力影响因素及减小措施【摘要】在车床加工钻井工具时，有很多因素影响加工过程中的残留应力，减少各种因素对加工过程中的残留应力的影响是机械加工前必须考虑的事情。
通过分析影响车床加工过程中残留应力的主要因素，有针对性地提出减小残留应力的对策措施。
【关键词】车床加工；残留应力；影响因素；前、后角；切削速度残留应力是衡量表面质量的一个指标，它是指工件表层材料内由于切削加工而造成的附加内应力。
衡量机械加工质量的指标有两方面即加工精度与表面质量，零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。
在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使零件的表面残留应力增大。
加工残余应力不仅直接影响零件的加工精度等表面质量，而且影响零件的尺寸、稳定性、疲劳强度、抗腐蚀能力等性能。
对残留应力除了要注意其大小以外，还应区分残留应力的性质，是拉应力还是压应力，拉应力对表面的疲劳强度特别有害。
一、车床加工过程中残留应力产生的原因1、工件表面的塑性变形工件表面层材料在经过第三变形区时，在切削力的作用下，使金属的晶格扭曲而强化，已加工表面受到强烈的冷塑性变形，其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压及摩擦产生的塑性变形最为突出，此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。
切削力除去后，基体金属趋向恢复，但受到已产生塑性变形的表面层的限制，恢复不到原状，因而使表层内产生残留压应力。
2、热应力切削加工时工件表层在切削温度的作用下受热膨胀，此时基体金属温度较低，因此表层金属产生热压应力。
当切削过程结束时，表面温度下降较快，故收缩变形大于里层，由于表层变形受到基体金属的限制，故而产生残余拉应力。
切削温度越高，热塑性变形越大，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。
3、组织应力当切削温度高于工件材料的相变温度时，表层材料的组织会发生相变。
由于不同组织具有不同的比容，表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。
如果表层膨胀，则产生压应力，如果基体膨胀，则产生拉应力。
切削加工过程与残余应力仿真研究
切削加工过程与残余应力仿真研究切削加工是工程制造中常见的一种加工方法，它通过切削刀具对工件进行切削，以达到加工所需形状和尺寸的目的。
在切削加工过程中，会受到各种力的作用，这些力会引起工件表面和内部残余应力的产生。
残余应力是指在工件加工过程中留下来的一种内部应力，它可能对工件的性能和稳定性产生影响。
研究切削加工过程与残余应力之间的关系，对于提高加工质量和工件性能具有重要意义。
一、切削加工过程切削加工是通过切削刀具对工件进行材料去除和成形的过程。
在切削加工中，切削刀具对工件施加切削力，将工件材料从工件表面削除，形成所需的几何形状和尺寸。
切削过程中，切削刀具和工件之间的相对运动不断产生热量，加工区温度升高，切屑形成和切削力的产生也就随之而来。
切削过程中，材料的变形、断裂和磨损状况会直接影响切削加工的质量和效率。
切削加工的过程可分为粗加工和精加工两个阶段。
粗加工主要是为了去除工件上的多余材料，将工件形状和尺寸加工至接近要求值，粗糙度较大。
而精加工则是在已经做好的基础上，继续加工使其达到更加精密的形状和尺寸要求。
切削加工的过程不仅会引起工件表面和内部的变形、温度升高，还会在加工过程中产生残余应力，如果这些应力不能得到合理的释放和调整，会对工件的使用性能和稳定性产生不利影响。
二、残余应力仿真研究残余应力实际上是指在工件加工完毕之后，由于内部材料组织的非均匀性、相变和热量的不均匀分布等原因，工件内部产生的一种应力状态。
残余应力的存在将导致工件在使用过程中产生变形、开裂和疲劳等问题，因此对残余应力的研究具有极其重要的意义。
残余应力仿真研究是利用计算机模拟的方法，对切削加工过程中产生的残余应力进行分析和预测。
这种方法通过建立加工过程的数值模型，结合材料的力学性质和热物性参数，模拟加工过程中工件表面和内部的变形和应力分布，从而得到残余应力的大小和分布规律。
残余应力仿真研究的主要步骤包括：首先建立切削加工的数值模型，包括工件、刀具、切削参数等的几何和物理特性；然后设置材料的本构模型和热物性参数，以及数值仿真的边界条件和初始条件；接着通过数值计算的方法，对切削加工过程中工件的变形和应力进行仿真计算，得到残余应力的分布规律；对仿真结果进行分析和评价，为减小残余应力提出相应的措施和方法。
车轴加工残余应力浅析
机械加工引起的残余应力，热应力引起的残余应力和相变引起 的残余应力。机械应力引起的残余应力指的是车轴在加工过程 中受到机械力作用产生塑性变性导致，在加工过程中，刀具前 方车轴表面材料局部发生严重的塑性变形，沿车轴表面受到压 缩，塑性收缩，而垂直车轴方向受到拉伸，塑性伸长；热应力 引起的残余应力指的是工件受到不均匀的热量变化形成温度梯 度导致局部形变引起的，在加工过程中由于刀具与车轴产生剧 烈摩擦，车轴表面温升速度大于内部，温度升高体积膨胀，产 生局部形变[2]。
3 残余应力的检测 在车轴加工过程中，由于机械加工的特性不可避免的产生
残余应力，虽微小的残余应力对车轴运行不存在风险，但是对 于车轴加工完成后的残余应力的检测至关重要。钻孔法和Ｘ射 线衍射法目前应用最广发的检测方式。
3.1 钻孔法 钻孔法是目前应用较为成熟的残余应力检测方法，多采用 在车轴工件表面粘贴中心钻孔的专用应变片，根据孔周围局部 区域的残余应力释放情况分析数据得出应力分布。钻孔法测残 余应力对待测工件表面损伤较小，操作简单、可靠。 3.2 Ｘ射线衍射法 Ｘ射线衍射法是无损检测中最常见的一种检测方法，残余 应力会造成待测工件材料晶格畸变，通过测量晶格畸变量计算 出待测工件的残余应力[3]。
研究背景 我国地域辽阔人口众多，为满足人们的出行需求，我国大
力发展轨道行业。高速动车组凭借其载客量大、运行速度快、 准点率高、安全稳定等优势成为人们出行的首选交通工具。高 速铁路的发展拉近了各个城市间的距离，带动了区域经济的均 衡发展。车轴是动车组列车中最为核心的部件之一，在运行过 程中，车轴长期受轮轨的强烈冲击以及车辆载荷，尤其是近些 年动车组列车运行速度的提升以及车辆轴重的增加，使车轴的 运行环境更加恶劣。1992年发生的法国一辆TGV列车因车轴断 裂导致列车出轨；2002年发生的德国一辆列车因为一根车轴断 裂整辆列车出轨，这些事故表明车轴加工质量的保证对车辆运 行安全是十分重要的，在车轴加工过程中，对于加工残余应力 的控制决定了车轴的质量稳定性。
高速干铣削高强钢加工表面硬化及残余应力研究
高速干铣削高强钢加工表面硬化及残余应力研究于英钊;高军;郑光明;楚满福;张旭;李源【摘要】According to the poor machined quality during high-speed milling of AISI 4340 high-strength steel,ce mented carbide coated tool was used to make experiments on high-speed dry milling.Effect of cutting parameters on working hardening and residual stress is studied.The results show that the milling speed has the greatest influence on the hardening degree and the depth of hardening layer.The hardness of the machined surface and the depth of hardening layer decreases gradually with the increase of milling speed.The machined surface compressive residual stresses are produced in the feed direction,the cutting direction and the 45 ° ling speed and feed rate per tooth have greater influence on residual stress.The smaller degree of surface hardening and higher surface residual compressive stress can be obtained at vc =400 ～ 500m/min,fz =0.03 ～ 0.06 mm/tooth,ap =0.2 ～ 0.3 mm,ae =3 ～ 4 mm.The research of this paper has theoretical significance on manufacturing of surface processing quality of high-strength steel parts.%针对AISI 4340高强钢加工质量较差的问题,采用硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,研究切削参数对加工表面硬化和残余应力的影响.结果表明:铣削速度对加工表面硬化程度和硬化层深度影响最大,且随着铣削速度的增加,加工表面硬度值减小,硬化层深度逐渐减小;加工表面在进给、切削以及45°方向均产生残余压应力,铣削速度和每齿进给量对残余应力的影响较大;在vc=400～500 m/min fz-0.03～0.06ram/齿,ap=0.2～0.3 mm,ae=3～4 mm的切削条件加工时,可以获得较小的加工表面硬化程度和较大的表面残余压应力.该结果对高强度钢类零部件的生产具有理论指导意义.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P142-146)【关键词】高速铣削;涂层刀具;加工表面硬化;残余应力【作者】于英钊;高军;郑光明;楚满福;张旭;李源【作者单位】山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000;山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000;山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000;山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000;山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000;山东理工大学机械工程学院,山东淄博255000【正文语种】中文【中图分类】TH161+.14;TG714AISI 4340钢是一种高强度高硬度马氏体钢，其优良的力学性能被广泛应用于航空航天、汽车、造船等领域的关键部件中，如飞机起落架，汽车轮轴等的制造中［1］。
车轴残余应力浅析
车轴残余应力浅析【摘要】针对火车车轴裂纹损伤的问题，本文分析了车轴残余应力的形成机理和检测方法，探讨了残余应力对车轴的危害，指出了车轴残余应力消除的方法，对车轴制造工艺的设计有一定的指导作用。
【关键词】车轴；残余应力；危害；检测【Abstract】Aiming at the problem of cracking damage of train axle，the formation mechanisms of residual stress and detection methods were analyzed，the harms of residual stress were discussed and methods to eliminate axle residual stress were pointed out in this paper. the design has a certain guiding axle manufacturing process.【Key words】Axle；Residual stress；Harm；Detection火车车轴是铁路机车中一个非常重要的构件，随着机车速度的不断提高，车轴在运行中出现的各种损伤，将直接影响着铁路运输的安全。
统计有关文献表明，车轴裂纹是各种损伤中的主要故障类型[1]。
车轴的这些损伤，都与车轴制备过程中的瞬时应力状态及最终残余应力分布状态有较大的关系[2]。
因此，开展车轴锻件残余应力的形成机理及检测与消除方法的研究显得十分必要。
1 车轴材料及制备工艺早期国内常用的机车车轴材料为40钢和50钢。
40钢韧性较好，但强度稍低，使用寿命短，易出现裂纹，无法适应当前列车高速、大运量的发展要求；50钢强度较高，但韧性较差，不易加工。
近些年来，国内开始使用低碳合金钢EA4T 作为车轴材料，以德国为标准，实现了EA4T国产化。
EA4T是一种德国牌号的低碳合金钢材，其主要成分与国内钢牌号25CrMo相近，现多用于高铁车轴、地铁车轴和高速机车车轴。
高速端面铣削加工引入残余压应力场的试验研究
第28卷 第2期2008年4月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 28,N o 2 A pr il 2008高速端面铣削加工引入残余压应力场的试验研究龙震海, 赵文祥, 王西彬(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081)摘要:为研究高速铣削加工表面残余应力分布,在统计试验设计指导下,使用X 射线衍射/电解抛光方法对试样表层、次表层残余应力分布进行测量,得出残余应力分布曲线经验预报公式,探讨切削参数对残余压应力场特征指标的影响规律。
研究结果表明,合理的高速切削工艺将在加工表面内引入类似喷丸强化效果的残余压应力场;(3,1)有理式模型与三阶多项式模型是描述高速铣削引入残余应力分布曲线的有效拟合公式;高速切削工艺参数对加工表面残余应力场的产生有直接影响,每齿进给量是决定残余压应力分布的关键因素,每齿进给量的变化将引起残余应力场形成机理的改变。
关键词:高速加工;残余应力场;峰值应力作用深度;经验建模中图分类号:TG506 7;TG 178 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2008)02-0024-06收稿日期:2007-03-22;修订日期:2007-04-30作者简介:龙震海(1974 ),男,博士,(E -m a il)l ong z hh @yahoo co m 。
表层残余应力分布是影响工件表面服役性能的重要指标之一,合理的表层残余压应力分布将大幅延长作用于交变载荷与微动磨损条件下工件的疲劳寿命[1]。
在零件结构尺寸和材料机械性能一定的情况下,机械加工后的表面质量是影响零件疲劳寿命的关键因素。
当零件材料为高缺陷敏感度的高强度、超高强度钢时,对零件加工表面质量的要求更为严格。
美国军标为此特别规定,抗拉强度超过1500M Pa 的高强度钢/超高强度钢零件在服役前必须进行喷丸强化处理,通过调节零件表层的残余压应力分布,提高零件的抗疲劳与抗应力腐蚀性能[2]。
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可靠性 ， 检测 工件 残余 应 力 时对 同一 点 的残 余 应力
进 行 ２次 测 量 ， 对 工 件 同 一 截 面 周 向 间 隔 １ ０ 测 并 ２。
表 ２ 工 件 表面 ２ ｍ 以 下 残余 应 力 检 测 值 ｍ
摘 要 ： 对 ２ＣＭ 在 ５ ｒ ｏ高 速 车轴 合 金 材 料 车 削试 验 和被 加 ＿ 表 面 残余 应 力 测 量 的 基 础 上 ． Ｔ － 通过 统 计
大量 试 验 数 据 ， 分析 不 同 车 削参 数 、 同 刀具 类 型 对 车 轴 表 面残 余 应 力值 的 影 响 。 结 果 表 明 ， 不 高转
刀 片 ，６个 值 利 用 Ｒ ． ｍ 刀 片 ， 图 ３ 数 据 表 ２ ０ ４ｍ 见 。 明 较 为 锋 利 的 Ｒ ． ０ ４ ｍｍ 刀 片 易 在 工 件 表 面 产 生 残
余压应 力 。Ｒ ． ０ ８ｍｍ 的刀 片 使 工 件 表 面 易 于 产 生 拉应 力 ， 当然 刀尖 圆 弧 只是 控 制 残 余 应 力 的条 件 之
上 述 热 处 理 后 组 织 均 匀 。 考 察 机 械 加 工 产 生 工 件 表
图 １ 试 验 用 工件 外 形
面残 余应力 的试 验可行 ， 检测 结果见 表 ２ 。
表 １ 刀 具 基 本 情 况 表
２ 结 果 分 析
试 验 过 程 测 量 的表 面残 余 应 力 次 数 达 到 ３ ０ ５
一
，
能否产 生利 于工 件 表 面疲 劳 强 度 的残 余 压 应 力
２ ２ 切 削 深 度 对 车 轴 轴 向 残 余 应 力 的 影 响 ．
在 丁 件 表 面 按 ６种 不 同 的 切 削 深 度 加 工 工 件 ，
还得取 决 于 、 结
Ｒ ． ｍ 的刀 片加 工试 验 工 件 ， 测 量 了 １ ５次残 ０ ８ｍ 共 ０
余应 力值 ， １次值 为残 余 压 应 力 ， 中 ４个值 是利 ３ 其
用 的 Ｒ ． ｍ 刀 片 ，７个 值 利用 的是 Ｒ ． ｍ 刀 ０８ｍ ２ ０ ４ｍ 片 ；４次值 为残余 拉应 力 ， 中 ４ ７ 其 ８次利 用 Ｒ ． ｍ ０ ８ｍ
冷 热 工 艺
文 章 编 号 ： ０ ７６ ３ （ ０ １ ０ ４０ ４ １ １ ０ －０ ４ ， １ ） １ ）３ ４２ ２
机车车辆工艺 第 １ ２ １ ２月 期 ０ １年
高速 车轴 车 削加 工表 面残余 应 力 的研 究
汤 长俊 ， 李 辉
（ 西 省 晋 西 工 业 集 团公 司 ， 西 太原 ０ ０ ２ ） 山 山 ３０ ７
经过 “ 火 、 火 、 正 淬 回火 ” 理 的 ２ ＣＭｏ车 轴 用 处 ５ｒ 钢 ， 验 设 备 及 刀 具 采 用 Ｃ ８４ 试 Ｋ １ ０机 床 和 Ｓ Ｃ 刀 Ｅ Ｏ
Ｓ ｓ ｍ Ｘ 射 线 应 力 分 析 仪 器 测 量 车 轴 表 面 残 余 应 ｙｔ ｅ
力。
片 ， 片情况详 见表 ｌ。试验 工 件 及部 位 见 图 １所 刀
速数 控 机 床 加 工 车 轴 合 金 材 料 时 ， 削参 数及 刀 具 类型 对 车 轴 表 面 残 余 应 力值 的 影响 十分 显 著 。 车
关键 词 ： 余 应 力 ；车 削 ； 残 高速 车 轴 中 图分 类 号 ： Ｇ５ ６ １ Ｔ ０ ． ；Ｕ２ ０ ３ １ ． ６ ． ３ １ 文献 标 识 码 ： Ｂ
１ 试 验
１ １ 试 验 对 象 ．
采用 单 因素试验 方法 ， 次 试验 是 在 只 改变 １种 每 因素 的基 础上测 量工 件表面残 余应 力值 。
１ ３ 检 测 仪 器 ． 试 验 过 程 中 采 用 Ｔ Ｃ ４ ０ —Ｒａ ｆ ａ ｔ ｎ Ｅ ００Ｘ ｙ Ｄｉｒｃｉ ｆ ｏ
作 者 简 介 ： 长 俊 （１８ 汤 ９ ２一） 男 ， 理 Ｔ程 师 ， 士 。 ， 助 硕
３ ４
长 ， 向残余应 力值 的波动 可归结 为刀 具磨损 引起 。 轴
汤 长俊 ， 李 辉 高速 车轴 车 削加 工表 面 残 余 应 力 的研 究
表 ３ 进 给 速度 一残余 应 力
切削环 境 ， 索适 合 批量 生产 的切 削参 数尤 为重要 。 探
刀片刀 尖 圆弧 为 Ｒ ． ０ ８ｍｍ， 量加 工 参 数对 应 工 件 测
示 。为 了确定加 工 材料 中原 有残 余 应 力 的影 响 ， 在 分 析车削 加 工 表 面 残 余 应 力 前 对 工 件 表 面 以下 ２
ｎｎ处组织 进行残余 应 力检 测 ， 测结 果 表 明 ： 料 ｌ Ｉ 检 材 本 身残余 应 力 值 的极 差 值 为 ３ ．５ ＭＰ ， 料 经 过 ３ ９ ａ 材
收稿 日期 ：０ ０—０ ２１ ８—１ ０
０ １ ／ ．５ｍｍ ｒ的情 况 下 ， 在工 件 表 面轴 向残 余 应 力
值 随着 进给速 度 增 加而 增 加 ， 达 到０ １ ｍ ｒ ． ５ｍ ／ 时
残 余 应 力 表 现 为 拉 应 力 ，见 表 ３ 由 于 试 验 工件 较 。
量 ２个 点 。为 了避免 统计数 据重 复和 提高检测 值 的 可靠 性 ， 在试 验结 果统 计 时 同 一截 面 上残 余 应 力值 按平 均值统 讨 。 ‘
２ １ 进 给 速 度 对 车 轴 表 面 残 余 应 力 的 影 响 ．
在进行 进给速 度对工 件表 面残余 应力影 响试验
时 ， 用 Ｒ ． ｍ 的 刀 片 ， ８种 参 数 加 工 ， 削 参 采 ０４ｍ 分 车
数及轴 向残余 应力测 量值 见 表 ３ 。从 数 据 的显 示结 果 可 以看 出 ， 其他切 削参数 既 定 和进 给速 度 为 ０ ０ ．５
１ ２ 试 验 方 法 ．
～
试 验 过 程 中分 别 对 切 深 、 速 、 给 和 刀 尖 圆弧 转 进