劉杰

摘 要 一般來(lái)說(shuō)，切削加工表面的機(jī)械性能會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，并影響到工作性能。因此，就需要對(duì)不同加工階段的切削加工表面機(jī)械性能進(jìn)行研究，讓其在生產(chǎn)條件下維持在穩(wěn)定狀態(tài)，以確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 切削加工 表面機(jī)械性能 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

金屬在切削加工時(shí)，由于工件表面在刀具作用下，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的機(jī)械性能改變。所以，為了讓切削加工零件維持在最佳的工作狀態(tài)，就需要對(duì)其機(jī)械性能予以深入分析。

1表面機(jī)械性能研究

（1）表面層硬度。在切削加工中，上表面層由于需要承受較大的塑性變形，因此，容易出現(xiàn)硬化，并致使表面層的硬度增加。而在這種環(huán)境下，表層也會(huì)存在內(nèi)應(yīng)力，使得表面層出現(xiàn)裂紋、撕裂等現(xiàn)象。且金屬顯微硬度會(huì)隨著表面深度的增加而不斷降低，其變形層的顯微硬度變化通常表現(xiàn)在兩方面，一方面為表面顯微硬度相比較原有的組織硬度提升了30%-50%，并隨著距表面深度的加深，其硬度也緩慢降低；另一方面則是表面顯微硬度相比較原有組織提升了2-3倍，并在離開(kāi)表面起始段后硬度快速降低，且從某一深度開(kāi)始，下降極逐漸趨于平緩，最后過(guò)渡為金屬原有硬度。硬化層的強(qiáng)化、深度跟切削條件有密切的關(guān)聯(lián)。在切屑時(shí)，通常會(huì)存在硬化及消硬化的相互作用。其中，硬化主要由切削力作用形成，跟切削壓力呈正比；而消硬化主要是由于切削區(qū)溫升，使得再結(jié)晶現(xiàn)象的發(fā)生。一般，切削速度、刀具鈍化程度、刀具幾何形狀等，均會(huì)對(duì)硬化深度及強(qiáng)度造成影響。

（2）顯微硬度。零件表面層的顯微硬度，主要是由塑性變形時(shí)的加工硬化、切削熱等產(chǎn)生的綜合結(jié)果。而在切削過(guò)程中，因表面層的金屬要經(jīng)反復(fù)摩擦以及塑性變形，所以表面層晶粒會(huì)產(chǎn)生不同程度的錯(cuò)位與變形、破碎等現(xiàn)象，并使得表面層的加工硬化增加。加之，由于切削熱的作用，使得零件表面層金相組織容易出現(xiàn)改變，并出現(xiàn)機(jī)械性能的改變，且在塑性變形的條件下，導(dǎo)致加工硬化與切削熱的金相組織受到影響，最終使得零件表面層硬度及強(qiáng)度增加，并大大降低了其塑性與韌度，易伴有殘余應(yīng)力、表面裂紋等，在降低抗疲勞強(qiáng)度的同時(shí)，增加了表面的粗糙，使得產(chǎn)品質(zhì)量容易受到影響。而在實(shí)際加工中，為了避免此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生，需要通過(guò)退火操作，利用熱能來(lái)進(jìn)一步消除表面硬化程度，恢復(fù)其變形能力。當(dāng)然，為了更好的提升加工質(zhì)量，要對(duì)影響零件表面層顯微硬度的各類(lèi)因素予以深入分析。其中，在刀具后刀面的磨損量及、刃口圓角逐漸增加時(shí)，其硬化層的硬度、深度也會(huì)逐漸增加。所以，在生產(chǎn)過(guò)程中，要增加刀具的鋒利程度，并適當(dāng)增加前角，以降低硬化的發(fā)生。此外，切削速度與切削進(jìn)給量等同樣會(huì)對(duì)表面層硬度產(chǎn)生直接影響。尤其是在較快的切削速度下，由于工件跟刀具間的接觸時(shí)間較短，所以塑性變形會(huì)有所下降。而在這個(gè)過(guò)程中，其溫度會(huì)增加，致使表面層出現(xiàn)再結(jié)晶，并促使表面層硬化的恢復(fù)，使其切削層硬度與深入隨之降低。當(dāng)然，工件材料也會(huì)對(duì)其硬化等產(chǎn)生影響。若是工件材料有良好的塑性，則切削加工塑性變形程度也會(huì)隨之增加，并致使表面層硬化程度的增加。另外，適當(dāng)使用切削液，也會(huì)起到潤(rùn)滑、冷卻的作用，使得變形、摩擦降低，并減輕表面硬化。

（3）加工硬化。一般來(lái)說(shuō)，切削參數(shù)及冷卻潤(rùn)滑條件，會(huì)對(duì)刀具工件表面產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而對(duì)加工表面的硬化程度造成影響。而在高速車(chē)削狀況下，使用的切削參數(shù)越大，則表面顯微硬度值也就越高。在這種條件下，若是提升切削速度、切削深度，能夠在一定程度是上降低加工硬化層的深度；若是增大進(jìn)給量，會(huì)致使加工硬化層的深度增加。通過(guò)有限元仿真實(shí)驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)在車(chē)削加工的AlSl 316L表面殘余應(yīng)變中，其應(yīng)變結(jié)果會(huì)通過(guò)應(yīng)變-硬度曲線(xiàn)，來(lái)證實(shí)軸向切削深度的增加，會(huì)使得表面殘余應(yīng)變也隨之增加。同時(shí)，隨著切削速度的不斷增大，被加工材料顯微硬度也會(huì)逐漸增加，尤其在高速銑削時(shí)，若是應(yīng)變率較大，則會(huì)致使加工硬化程度加深，并使得顯微硬度值增加。所以，不同的加工材料及加工形式，其切削參數(shù)、冷卻潤(rùn)滑條件也會(huì)對(duì)加工硬化產(chǎn)生不同的影響。

2結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前對(duì)于切削加工表面機(jī)械性能的研究，通常采用有限元法、實(shí)驗(yàn)法、解析法進(jìn)行。通常來(lái)說(shuō)，切削加工表面顯微硬度、殘余應(yīng)力等，均為零件表面機(jī)械性能的主要構(gòu)成部分，其中，殘余壓應(yīng)力可以有效抑制零件的表面裂紋擴(kuò)展，讓零件表面耐疲勞性得到有效提升，而殘余拉應(yīng)力則會(huì)加速表面裂紋擴(kuò)展，使得零件出現(xiàn)疲勞破壞。尤其在應(yīng)力集中、腐蝕性介質(zhì)出現(xiàn)時(shí)，殘余拉應(yīng)力更是會(huì)對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度造成較大的影響。而殘余應(yīng)力增加還會(huì)導(dǎo)致薄壁件出現(xiàn)變形現(xiàn)象，進(jìn)而影響到零件的使用性能，并影響其尺寸精度，使得表面韌性、塑性大大降低。特別是存在過(guò)度加工硬化時(shí)，零件表面更是會(huì)出現(xiàn)不同程度的微裂紋，進(jìn)而對(duì)其耐腐蝕性、耐疲勞性造成影響，并加速刀具的磨損。所以，為了提升產(chǎn)品的加工質(zhì)量，就需要對(duì)切削加工表面的機(jī)械性能進(jìn)行深入研究。

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