磨削残余应力是如何产生的

原创 胡伟明  2021-07-09 20:56:00  阅读 147 次 评论 0 条
摘要:

磨削加工是由嵌有许多小刀具的砂轮进行的切削加工。这种磨削所产生的试样加工变形层比一般切削更局限于表面,并且伴随着很大的发热现象。磨削残余应力主要是由磨削过程中的机械作用应力、热应力和相变应力综合作用的结果。1.磨粒的机械作用引起塑性变形而形成的残余压应力在磨削过程中,工件表面层的材料会产生很大的塑性变形,并在工件与磨粒刃尖接触点附近形成赫兹型应力场,导致工件表面层形成残余压应力。一般来讲,由于这种机械作用被局限于5~15μm的深度范围,因此,仅在工件表面的极薄层分布着这种残余压应力。2.磨削热造

磨削加工是由嵌有许多小刀具的砂轮进行的切削加工。这种磨削所产生的试样加工变形层比一般切削更局限于表面,并且伴随着很大的发热现象。磨削残余应力主要是由磨削过程中的机械作用应力、热应力和相变应力综合作用的结果。

1.磨粒的机械作用引起塑性变形而形成的残余压应力

在磨削过程中,工件表面层的材料会产生很大的塑性变形,并在工件与磨粒刃尖接触点附近形成赫兹型应力场,导致工件表面层形成残余压应力。一般来讲,由于这种机械作用被局限于5~15μm的深度范围,因此,仅在工件表面的极薄层分布着这种残余压应力。

2.磨削热造成热塑性变形而形成的残余拉应力

磨削时会产生大量的磨削热,使工件磨削区的表面层金属承受瞬时高温而膨胀。由于受到下层金属的束缚,使其产生很大的压应力,此压应力很容易超过工件材料的屈服强度而产生塑性变形。在冷却过程中,表面部分将存在残余压应变,而产生残余拉应力。因此,所有能降低磨削温度的因素都可以减小残余拉应力。

3.组织变化引起的残余应力

组织变化引起的残余应力,即相变应力,也是由磨削热引起的。这是因为只有在达到一定的温度时,工件材料才能发生组织的转变。但由于组织变化不同于热塑性变形,因此它们对残余应力的影响也不相同。相变产生残余应力的性质取决于相变的类型。当由比体积小的相向比体积大的相转变时(如马氏体转变为奥氏体),会产生残余拉应力;反之,则产生残余压应力(如回火马氏体转变为非回火马氏体)。

因此,对于钢类工件,在磨削温度未达到二次淬火温度时,由于马氏体的回火效应使工件体积收缩,在表面层形成残余拉应力;而当磨削温度达到二次淬火温度时,二次淬火层内的回火马氏体转变为非回火马氏体会使体积膨胀,而在二次淬火层内形成残余压应力。但对于碳含量高的钢材,如果二次淬火层内产生大量的残留奥氏体,那么该层就会产生收缩,同样会形成残余拉应力。


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