影響機械加工件表面層物理力學(xué)性能的因素

機械加工中機械加工件由于受到切削力和切削熱的作用，其表面層的物理力學(xué)性能將產(chǎn)生很大的變化，造成與基體材料性能的差異，這些變化主要表現(xiàn)為表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現(xiàn)的殘余應(yīng)力。

1、表面層金相組織的變化

機械加工過程中，在加工區(qū)由于加工時所消耗的熱量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能使加工表面出現(xiàn)溫度的升高。當溫度升高到超過金相組織變化的臨界點時，表面層金相組織就會發(fā)生變化。一般的切削加工，切削熱大部分被切屑帶走，因此影響也較小。但對磨削加工來說，由于單位面積上產(chǎn)生的切削熱比一般切削方法大幾十倍，切削區(qū)的高溫將引起表面層金屬的相變。影響磨削燒傷的因素有:

1、1砂輪材料 對于硬度太高的砂輪，鈍化磨料顆粒不易脫落，砂輪容易被切削堵塞。因此，一般用軟砂輪好。

1、2磨削用量 當磨削增大時，工件表面及表面下不同的溫度都將提高，容易造成燒傷;當工件縱向進給量增大時，磨削區(qū)溫度，但熱源作用時間減小，因而可減輕燒傷。但提高工件速度會導(dǎo)致其表面粗糙度值增大。提高砂輪速度可彌補此不足。實踐證明，同時提高工件速度和砂輪速度可減輕工件表面燒傷。

1、3冷卻方式 采用切削液帶走磨削區(qū)熱量可避免燒傷。但由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強大的氣流層，切削液不易附著，以致沒有多少切削液能進入磨削區(qū)。因此，可采用高壓大流量的冷卻方式，一方面可增加冷卻效果，另一方面可以對砂輪表面進行沖洗，使切屑不致堵塞砂輪。

2加工表面的冷作硬化

加工過程中表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料的強化，其強度和硬度均有所提高，這種變化的結(jié)果稱為冷作硬化。加工表面層冷作硬化指標以硬化層、表面層的顯微硬度及硬化程度表示。一般硬化程度越大，硬化層的也越大。影響冷作硬化的主要因素:

2、1切削用量 切削速度增大，刀具與工件接觸擠壓時間短，塑性變形小。速度大時溫度也會，有助于冷硬的恢復(fù)，冷硬較弱。進給量增大時切削力增加，塑性變形也增加，硬化加強。但當進給量較小時，由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多，硬化程度也會增大。

2、2刀具 刀具刃口圓弧半徑增加，對表層擠壓作用大，使冷硬增加;刀具副后刀面磨損增加，對已加工表面摩擦增大，使冷硬增加;刀具前角加大可減小塑性變形，使冷硬減小。

2、3工件材料 工件材料的硬度越低，塑性變形越大，切削后冷作硬化現(xiàn)象越嚴重。

3、表面層的殘余應(yīng)力

切削過程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀和組織變化時，在表層金屬與基體材料交界處將會產(chǎn)生相互平衡的彈性應(yīng)力，該應(yīng)力就是表面殘余應(yīng)力。表面層的殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，主要有以下三種原因:

1、冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力

在切削力作用下，已加工表面發(fā)生強烈的塑性變形，表面層金屬體積發(fā)生變化，此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態(tài)。切削力去除后，基體金屬趨向恢復(fù)，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制，恢復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

2、熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力

工件被加工表面在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。當切削過程結(jié)束時，表面溫度下降，由于表層已產(chǎn)生熱塑性變形并受到基體的限制，因而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

3、金相組織變化引起的殘余應(yīng)力

切削時產(chǎn)生高溫會引起表面層金相組織變化。由于不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化引起體積變化，當表面層體積膨脹時，因受到基體的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力。表面層體積縮小，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。