(常州轻工职业技术学院，江苏 常州 213164)
摘 要：文章分析了切削加工表面残余应力产生的机理， 介绍了切削加工表面残余应力的研究方法与进展，提出了控制和调整加工表面残余应力的几 种主要方法。
关键词：高速切削；表面残余应力；形成机理；控制
中图分类号：tg506.1  文献标识码：b  文章编号：1007—6921(2009)08—0111—02

金属切削加工中在切削加工表面上存在着较大的残余应力。残余拉应力会使零件表面产生疲 劳裂纹，降低零件的疲劳强度、抗腐蚀性能，降低零件的使用寿命，还会使刚度差的零件发 生变形而降低形状精度。
高速切削（high-speed machining）是一个相对的概念［1］，通常指比常规切削速 度和进给速度高出5～10倍的加工，有时也称为超高速切削。高速切削概念是德国切削物理 学家萨洛蒙（carl salomon）于1931年提出的，高速切削理论认为：在常规切削速度范围内 ，切削温度随着切削速度的提高而升高，对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该范 围内，由于切削温度太高，刀具材料无法承受，切削加工不能进行，这个范围称之为“死谷 ”；但当切削速度越过“死谷”达到一临界值后，切削温度、切削力和刀具磨损开始随切削 速度增大而降低。高速切削技术因其具有高精度、高效率、切削阻力小、工序简化、高速干 切削可实现绿色制造等优点，被看做是提高生产效率和加工质量的关键技术，成为面向21世 纪的先进制造技术的重要组成部分。高速切削技术已在汽车、航空航天、模具制造业得到广 泛应用，并逐步扩展到其他机械加工领域，正成为切削加工的主流。

因此，分析高速切削加工表面残余应力产生的机理及影响因素，对合理控制表面残余应力， 提高零件加工质量有着重要的现实意义。
1 切削加工表面残余应力产生的机理

残余应力的产生是一个非常复杂的力学过程，其实质是由于金属内部组织发生了不均匀的体 积变化。机械加工时的残余应力，是由于已加工表面受切削力和切削热的作用发生严重不均 匀弹塑性变形，以及金相组织的变化影响所致。主要有以下三种原因［2］：
1.1 切削过程中表面层局部塑性变形

切削过程中，原来与切屑相连的表面层金属产生相当大的、与切削方向相同的弹塑性 变形，切屑切离后使表面带有残余拉应力而里层为残余压应力。同时，表层金属在背向力方 向也发生塑性变形，刀具对加工表面的挤压，使表层金属发生伸长塑性变形，但受到基体金 属的阻碍，工件表层产生残余压应力。另外，表层金属的冷态塑性变形使晶格扭曲而疏松， 密度减小，体积增大，也会使表层产生残余压应力而里层是残余拉应力。
1.2 表层局部热塑性变形

切削时，由于强烈的塑性变形和摩擦，使已加工表面层的温度很高，而里层温度较低 。当热应力超过材料的屈服极限时，表层在高温下将伸长，但受基部材料的限制，应该发生 的伸长被压缩。切削后冷却过程中，金属弹性逐渐恢复，至室温时，表层金属要收缩，由于 受到基体金属的阻碍，工件表层产生残余拉应力。
1.3 表层局部金相组织转变

切削时产生的高温会引起表面层金相组织变化，由于不同的金相组织密度不同，表层 体积也将发生变化。如马氏体密度为7.75g/cm3，奥氏体密度为7.968g/cm3，珠光体密 度为7.78g/cm3,铁素体密度为7.88g/cm3。若表层体积膨胀，会产生残余压应力，反之 则产生残余拉应力。
2 切削加工表面残余应力的研究方法与进展

切削加工表面残余应力的大小、性质及其分布是多种变形因素共同作用的结果，受工件材料 、切削参数、刀具参数等多种因素的影响，加之切削加工过程的多元非线性，很难对其作出 定量分析。但由于残余应力对工件的使用性能有着直接的影响，多年来，科研工作者利用各 种方法和手段致力于对残余应力机理的研究。20世纪50年代末，henriksen及