局部急冷磨削表面残余应力的研究.pdfVIP

华 南 理 工 大 学 学 报 (自然科 学版) 第2l卷第3期 JournalofSouthChinaUniversityofTechnology Vo1．2lNo．3 1993年 9月 (Nat~ LISdenoe) septen1bef1993 局部急冷磨削表面残余应力的研究 一 [f_8 —陈——秉——-均一——南’’——祥—一 ● 6 (华南理工大学 机械工程一系) 攫 要 残余应力的性质与大小直接影响零件的物理机械性能．采用局部急冷新工艺进行 磨削试验．结果表明可使零件表面获得残余压应力，为控制与调整已加工表面应力状态、提 高零件表面质量提供 了一条有效的途径。 关键词：壅堂皇 一堡旦 控制一调整／皇全堕型 工矸，丧面 中图资料分类号 ：TH151．14 残余应力是工件表面质量的一项重要 内容，它的重要性已日益为人们所了解与重视 。 残余应力对构件的疲劳强度、应力腐蚀、形状精度等均有重大影响。如零件表面为残余 拉应力，则零件的疲劳强度大为降低 ，抗腐蚀性能较差}如零件表面为残余压应力 ，则 可提高其疲劳强度与抗腐蚀性能[。在机械加工 中，磨削通常是最后一道工序 ，因此 ，磨 削后的表面残余应力状态将直接影响工件的表面质量。在一般的常规磨削中，工件表面 多为残余拉应力跚。如能在磨削过程 中，采用一些方法控制某些因素，使零件表面获得残 余压应力，将会提高零件的表面质量，改善零件的使用性能 ，井获得 良好的经济效益 。本 文提出了急冷磨削的设想，井通过一系列试验进行验证 。结果表 明，这种方法是可行的． 它可作为控制与调整 已加工表面残余应力的又一种新的途径 。 1 局部急冷磨削原理 文献 [3]介绍，在切削加工中．工件表面产生残余应力的原因有三个方面 ：热塑变 形效应}里层金属弹性的恢复 I表层金属在切削热的作用下发生相变 。热塑变形效应总 是使工件表层产生残余拉应力 。里层金属弹性恢复形成的残余应力概弹性变形性质而定 。 里层承受的是压缩变形时，表面为残余拉应力I里层承受的是拉伸变形时，表面为残余 压应力。切削热作用下金属产生相变所引起的残余应力枧相变下比容大小变化而定。如 相变后表层体积膨胀 ，因受到里层金属的限制 ，则表面呈残余压应力}如相变后表层体 积缩小，因受到里层金属的限制 ，则表面呈残余拉应力。 已加工表面所表现出来的残余应力 ．是由上述三方面综合作用的结果。在一定条件 下 ，某一种原因会起到主导作用。热塑变形效应 占优势，已加工表面呈现残余拉应力 I里 层金属承受拉伸变形的作用 占优势，已加工表面呈现残余压应力 {相变后表层体积膨胀 此文来稿 日期t1993—3—23 第 3期 陈秉均等t局部急冷磨削表面残余应力的研究 45 的趋向占优势，已加工表面呈现残余压应力 在一般的磨削中，磨削温度较高 ，常以热 塑变形效应和相变产生的拉应力为主，因此工件表面常常呈现残余拉应力。由此可见，如 果有办法进一步降低切削温度，抑制产生拉应力的因素的影响。则会使工件表面出现残 余压应力 ，或者使工件表面原有的压应力增大 ，从而提高零件的疲劳强度与抗腐蚀性能。 局部急冷磨削就是根据上述原理而提出的 局部急冷磨削就是用液氮代替普通切削液。在磨削中，连续不断地 向工件表面浇注 液氮，液氮遇到工件表面后迅速吸收大量热量，使工件表层温度下降。磨削时 ，在切削 力作用下，工件表层产生塑性变形 ，而里层金属受到影 喃，处于弹性变形状态。磨削后 ，工件表层面积趋 向增 大 ，但受到里层金属的牵制 ，于是工件表面呈现残余压 应力 。试验 中，我们发现 ，如常规磨削后工件表面为拉