20Cr2Ni4钢为低碳合金钢,具有较高的淬透性,经热处理后可获得优良的综合力学性能,是重载齿轮的常用材料,其在工作过程中所受载荷较大。但是切削加工过程易在零件表层产生残余应力,这将严重影响零件的使用性能。而残余应力的产生与材料参数和切削参数密切相关,所以本文针对车削加工过程研究车削参数对20Cr2Ni4钢表层残余应力深度分布的影响具有重要意义。主要研究内容如下:根据20Cr2Ni4钢材料特性改进Oxley模型,建立考虑刀刃圆弧的切削力模型,采用镜像热源法建立切削温度分布模型。确定切削过程中切削力与切削热分别引起的零件表层内任一点的机械应力与热应力,根据应力的弹性加载、弹塑性加载和应力应变释放等过程求解残余应力深度分布解析模型。由模型推导过程得出影响残余应力深度分布的主要切削参数。在明确主要影响参数的基础上,采用试验法探索其影响规律。因此,设计基于20Cr2Ni4钢直角车削的车削参数对残余应力深度分布影响的正交试验。根据具体的车削参数制定正交试验方案,设计样件结构并根据方案完成车削加工及残余应力深度分布曲线的测试。完成测试后,对各曲线分别选取四个代表残余应力深度分布曲线特征的特征值。以特征值为指标进行正交试验分析,确定各特征值的主要影响参数并分析不同车削参数对各特征值的影响规律。最后列举分析结果的应用实例,通过控制车削参数实现残余应力深度分布的主动控制,保障零件的使用性能。