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经切削加工后在工件已加工表面表层中所残存的内应力,叫做残余应力。残余应力有残余拉应力和残余压应力之别,应力的大小随表面层深度而变化。由于没有外力,最外层的应力与里层的应力符号相反,彼此保持平衡。巳加工表面层残余应力的成因有三个方面:
弹塑性变形作用在切削力作用下,已加工表面受到强烈的塑性变形,而里层则发生弹性变形。切削过后,里层弹性变形趋向恢复,但受到已产生塑性变形的表面层的牵制,恢复不到原状,因而在表面层产生残余应力。此时,残余应力的性质取决于里层弹性变形是拉伸还是压缩。如果里层弹性拉伸,则表层造成压应力;如果里层弹性收缩,则表层造成拉应力。
热塑性变形作用在切削过程中,由于切削热的作用,工件已加工表面层温升较高,而里层温升却较低。切削过后,巳产生热塑性变形的表层与里层均要降温到相同的室温,因此表层收缩量大,里层收缩量小,表层的收缩受到里层的牵制,因而表层残存拉应力,里层残存压应力。
相变作用高速切削时产生的高温有时可达600-800°C,表层金属有可能发生相变。例如,碳钢在723°C时要相变为奥氏体,急剧冷却后又变为马氏体,比容增大(即密度减小),因而表层金属体积膨胀。但受到里层牵制,结果表层出现压应力,而里层存在拉应力。
已加工表面层内呈现的残余应力,是上述诸因素综合作用的结果,最终可能存在的是拉应力还是压应力,要取决于何种作用占优势。一般情况,加工碳钢时残余应力可达0.78-1.08GPa,残余应力层的深度可达0.40-0.50mm。凡能减小切削变形和降低切削温度的因素都能使巳加工表面的残余应力减小。
塑性较大的工件材料,在切削后容易产生残余拉应力,且塑性越大,残余拉应力越大。切削脆性工件材料时,刀具后面挤压与摩擦严重,使加工表面产生拉伸变形,从而多产生残余
压应力。
刀具前角由正值减小到负值时,表层拉应力减小,当γ0<-30°时甚至变成压应力,同时应力扩展深度增大;切削刃钝圆半径和后面磨损量增大时,残余拉应力与扩展深度均随之增
大。
切削速度增大时,因热塑性变形作用而产生的残余拉应力增大,但扩展深度减小;进给量增大时,表层残余拉应力与扩展深度均有些增大。
此外,采用冷却润滑效果良好的切削液有助于减小表面残余应力及其扩展深度。
值得指出的是,上述因素对残余应力的影响有时因切削条件不同而要发生一些变化。

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