304不锈钢铣削残余应力预测研究.pdf

摘要

摘要

不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性及力学性能，被广泛应用于医疗、核电、航

空、船舶等领域。但在加工过程中，不锈钢的塑性大、加工硬化现象严重，易导致加工

出来的零部件表面质量差、使用寿命低。作为表面质量的重要指标之一，工件表面残余

应力会对零部件的应力状态和疲劳寿命造成影响。因此，研究不锈钢机械加工的残余应

力对实际加工具有重要的理论意义和应用价值。本文以AISI304不锈钢作为研究对象，

通过解析法建立铣削残余应力预测模型，分析加工参数对不锈钢表面残余应力的影响。

主要研究内容如下：

正交切削状态下的残余应力理论研究。采用非等分剪切区理论，构建正交切削力模

型，通过赫兹接触理论展开了对正交切削过程中机械应力的研究。基于镜像热源法建立

了正交切削的温度模型，以此展开对正交切削热应力的研究。综合机械应力和热应力的

总应力特征，结合弹塑性加载、卸载和应力释放等应力演化过程，进一步科学地评估正

交切削残余应力。通过机械应力、热应力和残余应力来系统性地对正交切削的残余应力

进行研究。

铣削力及铣削温度的理论研究。通过对铣削过程的离散化研究，结合正交切削理论

来构建斜角切削力模型。分析现有铣刀螺旋角的微元切削状态，精确评估铣削力特性。

采用移动线热源温度迭加法，建立铣削温度的简化模型。依据铣削力及温度在不同工艺

参数下的变化规律，分析加工参数对铣削力及温度特性的影响。

铣削残余应力的理论研究。基于铣削力模型和正交切削理论，研究铣削状态下的机

械应力行为及特性。将镜像热源法和移动线热源温度迭加法相结合，分析铣削行为引起

的热应力变化。对现有机械应力和热应力采用弹塑性增量累积理论求解方法，确定铣削

残余应力的解析模型，深入探究了加工参数对铣削表面残余应力的影响规律。

本文通过理论、仿真和实验三者相结合的方法，系统性地研究了304不锈钢的铣削

特性，并深入探究了加工参数对铣削特性的影响规律。研究结果为提高不锈钢的铣削加

工质量提供了理论依据，并为合理选用铣削参数提供一定的参考。

关键词：304不锈钢；铣削力；铣削温度；表面残余应力；解析模型

Abstract

Abstract

Stainlesssteelhasgoodcorrosionresistance,high-temperatureresistanceandmechanical

properties,andiswidelyusedinmedicine,nuclearpower,aviation,shipsandotherfields.

However,intheprocessofprocessing,theplasticityofstainlesssteelislargeandthe

phenomenonofworkhardeningisserious,whicheasilyleadstopoorsurfacequalityandlow

servicelifeoftheprocessedparts.Asoneoftheimportantindicatorsofsurfacequality,the

residualstressontheworkpiecesurfacewillaffectthestressstateandfatiguelifeofparts.

Therefore,theresearchontheresidualstressofstainlesssteelmachininghasimportant

theoreticalsignificanceandapplicationvalueforactualmachining.Inthispaper,AISI304

stainless