加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因
加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是由于金属材料在加工过程中受到了外力的作用，导致其内部结构发生了变化。这种变化会引起材料表面产生残余应力，即在没有外力作用时仍存在的应力。
在金属材料的加工过程中，通常会使用机械或热加工方法。机械加工包括切削、冲压、钻孔等方法，而热加工则包括锻造、淬火、回火等方法。这些加工方法都会对材料的结构和性能产生影响，从而导致表面残余应力的出现。
首先，机械加工中的切削和冲压是最常见的加工方法之一。在这些过程中，金属材料受到了剪切和挤压等外力作用。由于这些作用力不均匀地分布在材料表面上，因此会导致表面局部区域内的晶体结构发生变形。这种变形会使得局部区域内的晶体结构比周围区域更紧密，从而形成压缩残余应力。
其次，在热加工过程中，金属材料会受到高温和快速冷却等作用力。例如，在锻造过程中，金属材料被加热到高温状态，然后通过快速冷却来形成所需的形状。这种过程会导致材料表面局部区域内的晶体结构发生变化，从而形成拉伸残余应力。
此外，在淬火和回火等热处理过程中也会产生残余应力。在淬火过程中，金属材料被迅速冷却，从而使得表面区域内的晶体结构发生变化。由于冷却速度不同，导致表面和内部的温度差异很大，因此会产生拉
伸残余应力。在回火过程中，金属材料被加热到一定温度并保持一段
时间后再进行冷却。这种过程也会导致表面和内部的晶体结构不同而
产生残余应力。
总之，加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是由于金属材料在
加工过程中受到了外力的作用而导致其内部结构发生了变化。这些变
化会引起材料表面产生残余应力，进而影响材料的性能和寿命。因此，在实际生产中，需要采取相应的措施来减轻或消除残余应力的影响。
例如，可以通过热处理、表面处理等方式来改变材料内部结构，从而
消除残余应力。
残余应力的产生、影响及防控措施 崔曙东 摘要：对钢结构而言，残余应力的存在，是影响结构脆断、疲劳破损和结构稳定性降低的重要因素。本文试图对残余应力的产生、对结构的影响和如何有效降低残余应力及影响作简单分析。 关键词：残余应力脆断疲劳破损刚度稳定性 1引言 钢结构自问世以来，由于其具备的强度高、自重轻、抗震性能好、、施工速度快、地基基础费用省、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，钢结构在建筑领域被广泛应用。但是，也不能否认，钢结构还存在着许多缺陷和隐患，例如稳定性从一开始就一直是钢结构中无法回避的问题，还有随着钢结构建筑的深入发展，脆断和疲劳破损等问题也越来越突出。而上述的诸多问题，无一不与构件内部的残余应力存在密切联系，本文试图从实际出发，探讨残余应力的产生过程、对结构或构件的影响以及如何有效降低残余应力及影响。 2残余应力的成因 残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，产生的原因很多，其中，焊接残余应力是很重要的一种，另外在钢材的加工过程中也会产生参与应力。 2.1焊接残余应力 焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，不均匀的温度场将使焊件各部分产生不均匀的变形，从而产生各种焊接残余应力。焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接过程中某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随着时间而变化。焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。焊接残余应力大大降低了焊接部位材料的有效比例极限，是结构发生脆断的重要原因之一。焊接结构中残余拉应力还会降低结构抗疲劳和耐腐蚀的能力;残余压应力会降低受压构件的刚度，从而使稳定承载力。焊接残余应力是焊件产生变形和开裂等工艺缺陷的重要原因，由于其影响因素众多，计算残余应力又极为复杂，因此给残余应力的研究带来了许多困难，对焊接结构的残余应力研究就显得尤为重要。[1] 2.1.1沿焊缝轴线方向的纵向焊接残余应力 施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律（变形前的平截面，变形后仍保持平面）而受到其相邻较低温度区的约束，使焊缝区产生纵向压应力。由于钢材在高温时呈塑性状态（称为热塑状态），因而高温区这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形，这种塑性变形当温度下降、压应力消失时是不能恢复的。在焊后的冷却过程中，如假设焊缝区金属能自由变形，冷却后钢材因已有塑性变形而不能恢复其原来长度。事实上由于焊缝区与其邻近钢材是连续的，焊缝区因冷却产生的收缩变形又因平截面变形的平截面规律受到邻近低温区的钢材的约束，使焊缝区产生拉应力。这个拉应力当焊件完全冷却后仍残留在焊缝区的钢材内，故名焊接残余应力，对于低合金钢材焊接后的残余应力常可达到其屈服点。又因截面上残余应力必须自相平衡，焊缝区以外的钢材截面内必然有残余压应力。
表面残余应力
表面残余应力 胡宏宇 （浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州 310032） 摘要：残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。 关键词：残余应力；切削变形；磁测法；喷丸强化； Surface residual stress （S chool of mechanical engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China） Abstract：Residual stress is mainly caused by the uneven plastic deformation of component. All kinds of engineering materials in the preparation of blank, parts and components processing, heat treatment and assembly process will produce different degree of residual stress. Residual stress because of its intuitive factors such as poor and difficult to detect is often neglected. Seriously affect the residual stress of component machining precision and dimension stability, static strength, fatigue strength and corrosion cracking. Especially
加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因 引言 加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是许多工业领域中的常见现象。这些残余应力的产生来源于加工过程中材料的塑性变形，对于材料的性能和寿命具有重要的影响。本文将从微观层面出发，深入探讨加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力的原因。 塑性变形导致的应力 塑性变形是指材料在外力作用下发生不可逆的形变。在加工过程中，材料的塑性变形主要发生在表面区域。这是因为加工过程中，材料受到来自切削或压力的外力作用，会发生塑性流动，导致表面区域发生变形。 塑性变形过程中的应力分布是不均匀的，通常在表面附近会形成残余应力。这是因为材料的塑性变形是通过原子的位移和晶格缺陷的形成来实现的。在内部晶体结构的重新排列过程中，会形成应力场。 加工表面产生压缩残余应力的原因 加工表面产生压缩残余应力的主要原因是在形变过程中，材料的表层受到了压缩的应力。以下是几个主要的原因： 1. 切削过程中的挤压效应 在切削加工过程中，切削刃对材料进行切削时，会造成材料的塑性变形和挤压。切削刃与材料表面形成的摩擦力和压力会导致材料局部变形，形成压缩残余应力。 2. 机械压力的作用 除了切削过程中的挤压效应，加工过程中的机械压力也会导致材料表面的塑性变形和压缩残余应力。例如，冲压和锻造等加工过程中，通过施加外力使材料受压变形，产生残余应力。
3. 热加工引起的残余应力 热加工过程中的温度变化会导致材料的热膨胀和收缩。当材料表面受到不均匀加热或冷却时，会发生残余应力。热加工过程中的残余应力可以通过控制加热和冷却速度等参数进行调节。 加工表面产生拉伸残余应力的原因 除了压缩残余应力，加工表面也可能产生拉伸残余应力。这些拉伸残余应力的主要原因如下： 1. 切削过程的拉伸效应 在切削过程中，不仅可以产生压缩残余应力，还可能导致拉伸残余应力的形成。例如，在部分切削过程中，切削刃对材料表面施加拉伸力，导致材料表面的拉伸变形和产生拉伸残余应力。 2. 冷加工引起的残余应力 冷加工过程中，材料受到外力的挤压和变形。当冷加工过程中的变形量过大时，会导致材料表层出现拉伸残余应力。这是因为冷加工过程中的变形是通过原子间作用力的重排来实现的，在冷加工过程中产生过大的变形会导致原子间的相对位移，进而产生拉伸残余应力。 3. 加工温度对残余应力的影响 材料的加工温度也是影响加工表面产生拉伸残余应力的重要因素。在高温下进行加工时，材料的塑性变形能力增强，容易发生拉伸残余应力。而在低温下进行加工时，材料的塑性变形能力减小，容易产生压缩残余应力。 总结 加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是加工过程中常见的现象。这些残余应力的产生源于材料的塑性变形，受到了切削、压力、温度变化等因素的影响。了解这些应力的形成机制对于改善材料的性能和寿命具有重要意义。在工程实践中，可以通过调节切削参数、加工温度和冷却方式等来控制加工表面的残余应力，以满足特定需求。
1 磨削表面残余应力的形成机理 塑性凸出效应的影响 磨削时，由于磨粒切刃具有大的负前角，变形区的塑性变形非常严重，在磨粒刃尖前方区域将形成复杂的应力状态。在磨粒切刃刚走过的表面部分上，沿表面方向出现塑性收缩、而在表面的垂直方向出现拉伸塑性变形——这就是塑性凸出效应，结果磨削表面出现残余拉应力。 挤光作用的影响 在切削加工过程中，刀具和工件之间会产生作用力。垂直于被加工表面的作用力和由此产生的摩擦力一起对被加工表面产生挤光作用。当刀刃不锋利或切削条件恶劣时，挤光作用的影响更为明显，挤光作用会使零件表面产生残余压应力。 热应力的影响 磨削时，磨削表面层在磨削热的作用下产生热膨胀，而此时基体温度较低，磨削表面层的热膨胀受到基体的限制而产生压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形所允许的温度时，表面层的温度下降至与基体温度一致时，表面层产生残余拉应力。
磨削液冷却效应 磨削过程中，由于磨削液的使用，磨削表面层在冷却过程中会产生一个降温梯度，它与热应力的影响刚好相反，它可减缓由热应力造成的表面残余拉应力。 磨削过程中，除了上述影响残余应力的因素外，还有表面层的二次淬火及表层的回火现象。 2 磨削表面残余应力数学模型的建立 通过上述分析可知，影响磨削表面残余应力的主要因素可归纳为：磨削力、磨削温度和磨削液的冷却性。力和温度是磨削过程中产生的两种磨削现象，直接对残余应力产生影响；而磨削液对残余应力的影响，一方面是通过表面的降温过程直接产生的，另一方面是通过对力和温度的影响间接产生的。本文试图通过对力和温度的试验数据，以及磨削表面二维残余应力测试数据的数学处理，给出一种反映力、温度和磨削液的冷却性能与表面残余应力关系的数学模型。数学模型中应包括上述影响磨削表面残余应力的因素，即 σRT=σF+σR+σL 式中：RT——磨削表面残余应力 F——磨削力的影响 R——磨削温度的影响 L——磨削液冷却性能的影响
金属变形后残余应力产生原因 引言 金属变形是指金属材料在外力作用下发生塑性变形的过程。在金属变形后，常常会产生残余应力，这些应力存在于金属内部，并可能对材料的性能和使用造成影响。本文将探讨金属变形后残余应力产生的原因。 金属变形的类型 在讨论残余应力产生原因之前，首先需要了解金属变形的类型。常见的金属变形方式包括拉伸、压缩、扭转、弯曲等。每种变形方式都会对材料内部结构和晶粒取向产生影响，从而导致残余应力的生成。 塑性变形与晶界滑移 塑性变形是指材料在外力作用下发生可逆或不可逆位错滑移而引起的永久性形变。晶界滑移是一种主要的位错滑移方式，在金属塑性变形过程中起着重要作用。当外力施加到金属上时，位错开始沿晶界滑动，导致晶体内部发生相对位移。这种相对位移会引起内部应力的重新分布，从而产生残余应力。 形变不均匀性 金属在变形过程中往往发生形变不均匀现象。形变不均匀性可以由多种因素引起，如材料的非均匀组织结构、外力施加方式的不均匀、温度梯度等。这种形变不均匀性会导致材料内部产生残余应力。 冷加工和热加工 金属的冷加工和热加工是两种常见的金属变形方式。冷加工是指在室温下对金属进行塑性变形，而热加工是在高温下进行的塑性变形。冷加工和热加工对残余应力的产生有着不同的影响。 冷加工 冷加工过程中，金属材料会发生塑性变形，并且通常伴随着较大的应变量。由于冷加工速度较快，材料内部晶体结构无法完全适应外力施加，从而导致残余应力的产生。冷加工还会引起材料的显微组织改变，如晶粒细化、位错密度增加等，进一步增加了残余应力的产生。
热加工 热加工过程中，金属材料在高温下发生塑性变形。由于高温下晶体结构的可塑性增加，位错滑移更容易发生，从而减小了残余应力的产生。热加工还可以通过热处理等方法来消除或减小残余应力。 金属材料的性质 金属材料的性质对残余应力的产生也有一定影响。以下是一些常见的金属材料性质与残余应力产生的关系： 弹性模量 弹性模量是衡量材料抵抗形变能力的指标。弹性模量越大，材料在外力作用下发生形变时产生的残余应力越小。 塑性变形能力 金属材料的塑性变形能力指其在外力作用下发生塑性变形时所能吸收的能量。塑性变形能力越大，材料在发生塑性变形时产生的残余应力越小。 晶粒尺寸和取向 晶粒尺寸和取向对金属材料内部结构和位错滑移有重要影响。晶粒尺寸越小，位错滑移越容易发生，从而产生的残余应力也相对较小。晶粒取向的不均匀性也会导致残余应力的产生。 结论 金属变形后残余应力的产生是由多种因素共同作用引起的。塑性变形和晶界滑移、形变不均匀性、冷加工和热加工、金属材料的性质等都会对残余应力产生影响。了解这些原因有助于我们更好地理解金属变形过程中的应力分布和材料性能变化，从而为金属材料的设计和使用提供指导。 参考文献： - Callister, W. D. (2014). Materials Science and Engineering: An Introduction. John Wiley & Sons. - Dieter, G. E., & Bacon, D. J. (1988). Mechanical Metallurgy. McGraw-Hill Education. - Hosford, W. F., & Caddell, R. M. (2017). Metal Forming: Mechanics and Metallurgy. Cambridge University Press.
表面残余应力产生的主要原因 表面残余应力是指物体表面上存在的一种内应力状态，这种应力是由于物体在制造或加工过程中受到了外力的作用而产生的。表面残余应力的产生主要有以下几个原因。 温度梯度是导致表面残余应力产生的重要原因之一。当物体在制造或加工过程中，不同部位的温度存在差异，导致物体表面的温度与内部的温度不一致。由于物体的热膨胀系数不同，表面和内部产生了不同的变形，从而引起了表面残余应力的产生。 机械变形也是引起表面残余应力的重要因素。在物体的制造或加工过程中，常常需要对物体进行弯曲、拉伸、压缩等机械变形操作。这些变形会使物体的内部产生应力，由于物体的形状复杂或变形过程中受到限制，导致应力无法完全消除，从而在表面产生了残余应力。 材料的相变也会引起表面残余应力的产生。在材料的制造或加工过程中，常常会发生相变现象，例如固态相变、液态相变等。这些相变过程伴随着物体内部结构的变化，使得表面和内部的应力分布不一致，从而产生了表面残余应力。 再者，物体的形状设计和工艺参数选择也会对表面残余应力产生影响。在物体的制造或加工过程中，设计和选择合适的形状和工艺参数可以减小表面残余应力的产生。例如，在焊接过程中，选择合适
的焊接接头形状和焊接参数，可以减小残余应力的产生。 材料的性质和组织结构也会对表面残余应力产生影响。不同材料具有不同的力学性能和内部结构，这些因素会导致材料在制造或加工过程中产生不同的应力分布。例如，金属材料具有较好的可塑性，可以通过塑性变形消除应力，而陶瓷材料则具有较差的可塑性，容易产生残余应力。 表面残余应力的产生主要是由于物体在制造或加工过程中受到了温度梯度、机械变形、材料相变、形状设计和工艺参数选择以及材料性质和组织结构等因素的影响。了解和控制这些影响因素，可以有效减小表面残余应力的产生，提高物体的性能和可靠性。
3-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容： 1．加工表面层的几何形貌 主要由以下几部分组成： ⑴表面粗糙度； ⑵波纹度 ⑶纹理方向 ⑷表面缺陷 2．表面层材料的力学物理性能和化学性能 表面层材料的力学物理性能和化学性能主要反映在以下三个方面： ⑴表面层金属冷作硬化； ⑵表面层金属的金相组织变化； ⑶表面层金属的残余应力。 3-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？ 一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。 二、加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响 (一)表面质量对耐磨性的影响 1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响 表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。 2．表面纹理对耐磨性的影响 圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差 3．冷作硬化对耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。 (二)表面质量对耐疲劳性的影响 1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好 2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响 表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。 (三)表面质量对耐蚀性的影响 1．表面粗糙度对耐蚀性的影响 表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。 2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响
机械加工表面质量 （一）加工表面质量概念 加工表面质量包含以下两个方面的内容： 1.表面粗糙度与波度 根据加工表面轮廓的特征（波距L与波高H的比值），可将表面轮廓分为以下三种（图4-40):L/H>1000，称为宏观几何形状误差，例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴；L/H= 50~1000，称为波纹度，它是由机械加工振动引起的；L/H<50，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。 2.表面层材料的物理力学性能和化学性能 表面层材料的物理力学性能，包括表面层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变化。 (1)表面层的冷作硬化机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作硬化。 (2)表面层残余应力机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力，称为表面层残余应力。在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别在于前者是在整个工件上平衡的应力，它的重新分布会引起工件的变形；后者则是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。 (3)表面层金相组织变化机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升髙，当温度升髙到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。例如磨削淬火钢件时，常会出现回火烧伤、退火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的使用性能。 （二）对机器使用性能的影响 零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副表面质量有关。 1.表面质量对耐磨性的影响 （1）表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度值大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂，使磨损加剧，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不住润滑油使接触面间容易发生分子粘接，也会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工况有关，载荷加大时，磨损曲线向上向右位移，最佳粗
切削加工表面残余应力研究综述 王增强;刘超锋 【摘要】主要研究了切削加工过程中残余应力产生的机理，并对残余应力的测量 方法以及残余应力的调整和消除手段进行了较为系统的阐述和比较，提出了在残余应力检测和消除领域的一些建议，为进一步研究提供参考和借鉴。 【期刊名称】《航空制造技术》 【年(卷),期】2015(000)006 【总页数】5页(P26-30) 【作者】王增强;刘超锋 【作者单位】西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室;西北工业大学 现代设计与集成制造教育部重点实验室 【正文语种】中文 残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，自20世纪50年 代以来国内外技术人员花费了大量的精力研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。
Guo等通过试验的方法研究了车削和磨削产生的不同性质的残余应力对工件疲劳 强度的影响[2]；Seo等通过试验和有限元模拟的方法揭示了在车轮制造和火车刹 车过程中引起的残余应力和火车车轮疲劳寿命之间的代数关系[3]；Liu等用试验的方法研究了残余应力对滚动接触疲劳强度的影响[4]；董辉跃等研究了材料去除过 程中残余应力的重新分布及该过程所引起的工件变形[5]；孙杰等基于理论计算和 有限元模拟,研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变形的影响[6]；Hiroyuki等研究了不同加工参数引起的残余应力对零件疲劳强度的影响[7]，并且 结合正交切削模型和刀尖圆角压痕模型建立了残余应力预测模型[8]；王立涛对于 铣削加工航空框类整体结构件时的残余应力和变形机理进行了研究，并将研究成果应用于实际生产[9]。 在机械加工过程中残余应力的存在不仅影响零件的加工精度而且影响零件的使用性能和寿命[10]。因此，充分了解残余应力产生的机理并掌握残余应力测量和消除方法对于充分利用残余应力的有益的一面，避免残余应力带来的危害以及改进加工工艺，延长工件的使用寿命和确保安全生产是十分有意义的。 本文主要研究了切削加工过程中残余应力产生的机理，并对残余应力的测量方法以及残余应力的调整和消除手段进行了较为系统的阐述和比较，提出了在残余应力检测和消除领域的一些建议，为进一步研究提供参考和借鉴。 残余应力的定义和分类 1 残余应力的定义 残余应力是指在没有外力作用于物体时，物体内部保持平衡的应力。在没有外力的作用下，物体内部保持平衡的应力称为固有应力，残余应力是固有应力的一种[11]。现在用一个简单的例子说明残余应力的产生。假设图1中3根弹簧在自由状态下 的长度分别为L1、L2、L3，弹性常数为 c。用两块刚性板将3根弹簧连接后的长 度为L，并且连接之后整个系统不受外力的影响。设连接后3根弹簧上产生的力分
机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答答案
机械制造工艺学习题解答 第五章：机械加工表面质量及其控制（第3版P267）5-1机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 答：（P229）机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：A．加工表面层的几何形貌，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度； ⑵波纹度；⑶纹理方向；⑷表面缺陷。 B．表面层材料的力学物理性能和化学性能，主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。 5-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？ 答：（P231）(1)由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。(2)加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响。 5-3车削一铸铁零件的外圆表面，若进给量f=0.40mm/r，车刀刀尖圆弧半径re=3mm，试估算车削后的表面粗糙度。
5-6为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值，而提高工件速度却得到相反的结果？ 答：（P224）砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，工件材料来不及变形，因而工件表面粗糙度值越小。而工件速度增大，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大。 5-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？ 答：（P240）机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。
产生残余应力的机理 各种机械工艺如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会使工件内部出现不同程度的残余应力。 从残余应力产生的原因来讲，可分成如下几类： 1、由于机械加工产生的不均匀的塑性变形引起的残余应力 2、由于温度不均匀造成的局部热塑性变形或相变作用引起的不均匀塑性变形而产生的残余应力 3、由于装配公差产生的残余应力 此外还有化学变化等多种原因都可产生残余应力。 由于产生残余应力的原因不同，因此构件内残余应力的分布和量值也不相同。某点的最终残余应力的量值，是由各种原因产生的残余应力的综合值。 现将产生残余应力的几种主要原因的力学模型分述如下。 一、机械加工引起的残余应力 二、温度不均匀引起的残余应力 三、构件尺寸公差引起的残余应力 下一节将对以上三个方面进行详细的介绍。 上文简单介绍了产生残余应力的机理，本文主要从机械加工引起的残余应力和构件尺寸公差引起的残余应力方面详细阐述产生残余应力的机理。 一、机械加工引起的残余应力 这是金属构件在加工中最易产生的残余应力。当施加外力是，物体的一部分出现塑性变形，卸载后，塑性变形部分限制了与其相邻部分变形的恢复，因而出现了残余应力。 这种由局部塑性变形引起的残余应力，在很多加工工艺中均会出现，如锻压、切削、冷拔、冷弯等等。这种残余应力往往是很大的。 二、构件尺寸公差引起的残余应力 在铆接、焊接、螺钉连接时往往有公差配合问题。如船体分段对接时必须将对接钢板拉位到一起而组合的结构，当外力去除后，整个系统就出现了残余应力。这种应力一般来说属于结构应力，大多数情况下处于弹性状态。
总之，残余应力的产生是由于工件某一部分的变形恢复受到约束而造成的。局部不均匀的塑性变形的出现，是产生残余应力较普遍的原因。 编辑：songjiajie2010
机械制造工艺学习题解答 第五章：机械加工表面质量及其控制（第3版P267） 5-1机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 答：（P229）机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：A．加工表面层的几何形貌，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度； ⑵波纹度；⑶纹理方向；⑷表面缺陷。 B．表面层材料的力学物理性能和化学性能，主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。 5-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？ 答：（P231）(1)由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。(2)加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响。 5-3车削一铸铁零件的外圆表面，若进给量f=0.40mm/r，车刀刀尖圆弧半径re=3mm，试估算车削后的表面粗糙度。
5-6为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值，而提高工件速度却得到相反的结果？ 答：（P224）砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，工件材料来不及变形，因而工件表面粗糙度值越小。而工件速度增大，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大。 5-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？ 答：（P240）机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。