切削过程中，金属材料的表层组织发生形状变化和组织变化时，在表层金属与基体材料交界处将会产生相互平衡的弹性应力，该应力就是表面残余应力。零件表面若存在残余压应力，可提高工件的疲劳强度和耐磨性；若存在残余拉应力，就会使疲劳强度和耐磨性下降。如果残余拉应力值超过了材料的疲劳强度极限，还会使工件表面层产生裂纹，加速工件的破损。

1.表面残余应力产生的原因

1）冷态塑性变形引起残余应力

在机械加工过程中，由于切削力的作用使工件表面受到挤压、摩擦，产生强烈的塑性变形，而使基体金属发生了弹性变形。当切削力消除后，工件表面层的塑性变形不能恢复，而基体金属的弹性变形要恢复原状，但受到表层金属的限制，从而形成残余压应力。

2）热态塑性变形引起残余应力

工件在切削热作用下，表面产生热膨胀，体积变化较大，而基体金属温度较低，体积变化小。当切削加工结束后，表面温度下降，体积收缩，而基体温度低，体积收缩不如表面大。因此，表面层受到基体金属的牵制，从而产生残余拉应力。磨削加工温度越高，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。

3）金相组织变化引起残余应力

切削温度过高会引起表面层的金相组织变化。不同的金相组织有不同的体积。金相组织变化会引起体积的变化。当表面层金属体积膨胀变大时压制基体，产生残余压应力。当表面层金属体积收缩时受到基体金属的牵制，则产生拉应力。

机械加工后，金属表面层的残余应力是上述三者的综合结果。在不同的条件下，其中的一种或两种因素起主导作用。一般切削加工中，当切削温度不高时，起主导作用的是冷态塑性变形，产生残余压应力。磨削加工中热态塑性变形和相变起主导作用，产生残余拉应力。

2.影响残余应力的因素

1）刀具几何参数(www.daowen.com)

刀具的前角越大，表面层拉应力越大，随着前角的减少，拉应力也逐渐减小，当前角为负值时，在一定的切削用量下表面层可产生残余压应力。刀具后刀面的磨损增加，摩擦增大，温度升高，引起的拉应力增大。

2）切削速度

切削速度增大，表面层塑性变形程度减小，故表面残余拉应力值也随之减小。

3）工件材料

塑性大的材料，切削加工后一般产生残余拉应力，但脆性材料由于后刀面的挤压和摩擦，表面层产生残余压应力。

4）磨削用量

砂轮速度对残余应力的影响如图4-14（a）所示，砂轮速度减小，可减少切削热，减少表面层拉应力。工件速度对残余应力的影响如图4-14（b）所示，工件速度提高，可以减少表面的残余拉应力。磨削深度对残余应力的影响如图4-14（c）所示，减少磨削深度，可使表面残余拉应力减小。

图4-14　磨削用量对残余应力的影响

（a）砂轮速度对残余应力的影响；（b）工件速度对残余应力的影响；（c）磨削深度对残余应力的影响