残余应力在金属切削加工中的产生及其分析（一）

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美国金属切削研究协会在1964年由M.Filed和J.Kahles两位专家率先在行业内提出了在金属切削加工中“表面完整性“的概念，它是指由于受控制的加工方法的影响，导致成品的表面状态或性能没有任何损伤，甚至有所加强的结果。它是从加工的金属表面的几何纹理状态和表面受扰材料区的物理、化学、力学性能变化两方面来评价和控制表面质量的。


    加工金属表面残余应力的大小、方向及分布情况就是表面完整性的重要评价指标之一，除此之外，表面完整性的评价指标还有表面形貌（包括表面粗糙度、表面波纹度和纹理）、表面缺陷（包括宏观裂纹、伤痕、腐蚀）、微观组织（包括微观裂纹、晶粒大小、晶间腐蚀）和表层其他工程技术特性。在这里我简单谈谈金属切削加工中表面残余应力产生及其类型。
机械加工过程是一个复杂的过程，受众多因素的影响（以铣削加工为例见下图）因此产生复杂的应力变化，造成工件的质量不可保证，甚至变形。




    机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面及其与基体材料的交界处就会产生相互平衡的弹性应力，这种应力即是表面层的残余应力。它的产生主要有三种原因：
◇ 冷态塑性变形
◇ 热态塑性变形
◇ 局部金相组织变化


    实际切削加工后表面层的残余应力是上述三方面原因的综合结果。冷态塑性变形占主导地位时，表面层会产生残余压应力；当热塑性变形占主导地位时，表面层会产生残余拉应力。在下一节中将详细介绍一下这三种原因的实质及其分别产生残余应力的类型。