刀具磨損后產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因是什么？

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東莞京雕教育科技有限公司2024-11-17

刀具磨損后產(chǎn)生殘余應(yīng)力主要有以下原因： **切削力因素** - **切削力不均勻**：刀具磨損后，切削刃變鈍，切削力的大小和方向會發(fā)生變化。例如，在車削過程中，新刀具切削時切削力相對穩(wěn)定，而磨損后的刀具在切削時會出現(xiàn)切削力的波動。這種不均勻的切削力會使工件表面材料在不同方向上受到不同程度的拉伸和壓縮。 - **局部塑性變形**：由于切削力的變化，工件表面局部區(qū)域會產(chǎn)生更大的塑性變形。比如，刀具磨損嚴(yán)重時，在切削刃與工件接觸的部位，材料會被強(qiáng)行擠壓，導(dǎo)致該區(qū)域的金屬纖維發(fā)生扭曲和拉伸。當(dāng)切削過程結(jié)束后，這些發(fā)生了塑性變形的區(qū)域無法完全恢復(fù)到原始狀態(tài)，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力在工件表面的分布是不均勻的，可能在某些區(qū)域形成較大的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。 **切削溫度因素** - **溫度梯度**：刀具磨損會導(dǎo)致切削溫度升高，而且在工件表面不同位置會形成溫度梯度。例如，在銑削加工中，刀具磨損后靠近切削刃的工件表面溫度較高，而遠(yuǎn)離切削刃的區(qū)域溫度相對較低。這種溫度差異會使材料產(chǎn)生不均勻的熱膨脹和收縮。 - **熱脹冷縮不均勻**：由于溫度梯度的存在，工件表面的高溫區(qū)域在加工過程中會膨脹，而低溫區(qū)域膨脹較小。當(dāng)加工結(jié)束后，工件冷卻，高溫區(qū)域的收縮量大于低溫區(qū)域，從而在工件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。例如，在加工鋼鐵材料時，如果切削溫度過高，可能會在表面形成幾百兆帕的殘余應(yīng)力。 - **相變引起體積變化**：刀具磨損導(dǎo)致的高溫可能會使工件材料發(fā)生相變。例如，對于一些合金鋼，在特定的溫度范圍內(nèi)可能會從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體等其他相。相變過程中會伴隨著體積的變化，這種體積變化如果受到周圍材料的限制，就會在工件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 **刀具幾何形狀因素** - **切削刃鈍圓半徑增大**：刀具磨損后切削刃的鈍圓半徑增大，在切削過程中會對工件表面產(chǎn)生更大的擠壓作用。這種擠壓作用類似于一個局部的壓力加載過程，會使工件表面材料產(chǎn)生塑性流動，從而導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。例如，新刀具切削刃鈍圓半徑可能只有幾微米，而磨損后的刀具鈍圓半徑可能增大到幾十微米，這會明顯改變切削過程中的應(yīng)力分布。 - **刀具后刀面磨損帶的影響**：刀具后刀面磨損后會形成一定寬度的磨損帶，在切削過程中磨損帶會與工件表面產(chǎn)生摩擦。這種摩擦不僅會增加切削力，還會使工件表面材料在摩擦方向上受到剪切力，進(jìn)而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。