机械加工中影响表面物理机械性能变化因素分析

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1、机械加工中影响表面物理机械性能变化因素分析【摘要】机械加工中的表面物理机械性能的变化对其表面质量有很大影响，本文通过三个方面对其影响因素进行了分析。【关键词】冷作硬化;金相组织变化;残余应力机械加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表面层冷作硬化、金相组织的变化和残余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。1表面层的冷作硬化表面层显微硬度的变化，是加工时塑性变形引起的

2、冷作硬化和切削热引起的金相组织变化综合作用的结果。加工过程中表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料的硬化，其强度和硬度均有所提高，这种变化的结果即形成冷作硬化。1.1冷作硬化的特点7变形抵抗力提高（屈服点提高），塑性降低（相对延伸率降低）。金属冷作硬化的结果，使金属处于高能位不稳定状态，只要一有条件，金属的冷硬结构本能地向比较稳定的结构转化。这些现象统称为弱化（回复）。机械加工过程中产生的切削热，将使金属在塑性变形中产生的冷硬现象得到恢复。由于金属在

3、机械加工过程中同时受到力因素和热因素的作用，机械加下后表面层金属的最后性质取决于强化和弱化两个过程的综合。表面层的硬化程度决定于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力愈大，塑性变形大，则硬化程度严重。变形速度快，塑性变形不充分，硬化程度减弱。1.2影响冷作硬化的因素（1）刀具：刀具刃口圆角和后刀面磨损量增加时，冷硬层深度和硬度也随之增高。（2）切削用量：切削速度增大时，刀具与工件接触时间短，塑形变形程度减小，硬化层深度和硬度都有所减小。进给量增大时，切削力增大，塑性变形也增大，硬化现象加强;但当进给量

4、过小，由于刀刃圆弧在加工表面单位长度上的挤压次数增多，硬化程度也会增大。（3）工件材质：工件材料的硬度愈低，塑形愈大时，切削后的冷硬现象愈加重。2加工表面的金相组织变化7切削加工中，由于加工所消耗的能量绝大部分转化为热能，因此在加工区，尤其在加工表面温度将上升。温度升高到超过金相组织变化的临界点时，就会引起金相组织变化。对于一般的切削加工，切削热大部分被切削带走，加工表面温度较低，其影响不甚严重。但对单位切削功率消耗特别多的一些加工方法，就会出现表面层的金相组织变化。磨削的单位切削力比其它加工方法大数十倍，

5、其切削速度又特别高，所以磨削的单位切削功率消耗远远大于其它加工方法。如此大的功率消耗绝大部分转化为磨削热，其中大部分热量传给工件，引起工件表面金相组织变化。影响磨削烧伤的因素主要有：2.1磨削用量磨削深度。当磨削深度增加时，无论工件表面温度，还是表面层下不同深度的温度，都随之升高。故烧伤会增加。工件纵向进给量。纵磨时工件纵向进给量增加，工件表面温度及表层下不同深度的温度都会降低，烧伤将减少。但为弥补纵向进给量增大而导致表面粗糙度增大的缺陷，可采用较宽的砂轮。工件速度。当工件速度增加时，磨削区的温度会上升，其

6、影响与磨削深度相比则小得多。但提高工件速度，会导致工件表面更为粗糙。为弥补此缺陷，一般可提高砂轮速度。2.2冷却方法7采用切削液带走磨削区的热量可以避免烧伤。常用的冷却方法效果较差，由于砂轮高速旋转时，圆周方向产生强大气流，使切削液很难进入磨削区。如图1所示，切削液不易进入磨削区AB，且大量倾注在已经离开磨削区的加工面上，这时烧伤早已产生。为改善冷却方法，可采用图2所示的内冷法，即将经过严格过滤的冷却液通过中空主轴引进砂轮的中空腔内。由于离心力的作用，将切削液沿砂轮孔隙向四周甩出，直接冷却磨削区;另外，冷却

7、液喷嘴加装空气挡板可减轻砂轮圆周表面的高压气流作用使冷却液易进入磨削区（如图3）。图1普通冷却方法图2内冷却装置图3冷却液喷嘴3加工表面层的残余应力工件经机械加工后，其表面层都存在残余应力。残余压应力可提高工件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度，残余拉应力的作用正好相反。若拉应力值超过工件材料的疲劳强度极限时，则使工件表面产生裂纹，加速工件的损坏。3.1产生残余应力的原因（1）冷塑性变形的影响机械加工时，在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属的比容加大，体积膨胀，则因受基体材料制约就会在表层产生残余压

8、应力，而在里层金属中产生残余拉应力。7（2）热塑性变形的影响机械加工时，切削区会有大量的切削热产生，表面层与里层金属间产生很大的温度梯度。冷却时，表面层收缩从而形成较大的残余拉应力，而在里层金属中产生残余压应力。（3）金相组织的影响切削时的高温会引起表面层金相组织变化。由于不同金相组织有不同的密度，亦具有不同的比容。当表层金属体积膨胀，则因受基体材料制约就会在表层产生残余压应力;相反，则表层产生残余拉应力。残余拉