残余应力对刀具的使用寿命有什么影响？

东莞京雕教育科技有限公司2024-09-13

残余应力对刀具使用寿命的影响主要体现在以下几个方面： **刀具内部应力状态方面** - **残余拉应力的影响**： - 当刀具内部存在残余拉应力时，它会与切削过程中产生的外部应力叠加。例如在高速切削时，切削力产生的应力与残余拉应力叠加后，容易使刀具内部的微观裂纹扩展。这些裂纹可能原本就存在于刀具材料中，或者是在刀具制造过程中产生的。残余拉应力会降低刀具材料的断裂韧性，使得刀具在承受切削力时更容易发生脆性断裂。 - 残余拉应力还会使刀具在加工过程中更容易产生疲劳裂纹。在反复的切削力作用下，刀具表面的应力集中区域会逐渐形成疲劳裂纹，并且这些裂纹会在残余拉应力的作用下加速扩展。比如在断续切削工况下，刀具频繁地受到冲击载荷，残余拉应力会明显缩短刀具出现疲劳破坏的时间，从而降低刀具的使用寿命。 - **残余压应力的影响**： - 适当的残余压应力可以在一定程度上提高刀具的使用寿命。残余压应力能够抵消一部分切削过程中产生的拉应力，从而降低刀具内部的实际应力水平。例如在刀具的涂层过程中，通过特殊工艺可以在涂层中引入残余压应力，当刀具进行切削加工时，涂层中的残余压应力可以有效抑制裂纹的萌生和扩展。 - 残余压应力可以使刀具表面的硬度和强度得到提高。在刀具制造过程中，通过一些表面处理工艺（如喷丸处理）可以在刀具表面形成残余压应力层，这层压应力可以使刀具表面的组织结构更加致密，提高刀具的耐磨性和抗疲劳性能。 **切削过程中的应力分布方面** - **应力集中现象**：如果刀具内部的残余应力分布不均匀，会在某些区域形成应力集中。例如在刀具的刃口附近或者是刀具材料的晶界处，如果存在较大的残余应力梯度，那么在切削过程中，这些区域会成为应力集中点。应力集中会使刀具在这些局部区域承受比其他区域更高的应力，从而加速刀具的磨损和损坏。 - **应力对切削刃形状的影响**：残余应力会导致刀具切削刃的微观形状发生变化。当刀具存在残余应力时，在切削过程中切削刃会因为应力的释放而产生微小的变形。这种变形可能会使切削刃的刃口半径增大或者使切削刃的直线度发生改变，从而影响刀具的切削性能。例如在精加工过程中，对刀具切削刃的形状精度要求较高，残余应力引起的切削刃形状变化会使加工表面粗糙度增大，同时也会加速刀具的磨损。