司榮峰，董彥超

（南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，河南 南陽 473000）

1 機(jī)械加工中的材料磨損

1.1 按磨損原因分類

（1）磨料磨損。被加工材料中常有一些硬度極高的微小顆粒，能在刀具表面劃出溝紋，這就是磨料磨損。磨料磨損在各個(gè)面都存在，前刀面最明顯。而且各種切削速度下都能發(fā)生麻料磨損，但對(duì)于低速切削時(shí)，由于切削溫度較低，其它原因產(chǎn)生的磨損都不明顯，因而磨料磨損是其主要原因。另外刀具硬度越低磨料麻損越嚴(yán)重。

（2）冷焊磨損。切削時(shí)，工件、切削與前后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。冷焊磨損一般在中等切削速度下比較嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；多相金屬比單向金屬小；金屬化合物比單質(zhì)冷焊傾向?。换瘜W(xué)元素周期表中B族元素與鐵的冷焊傾向小。高速鋼與硬質(zhì)合金低速切削時(shí)冷焊比較嚴(yán)重。

（3）擴(kuò)散磨損。在高溫下切削、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變刀具的成分結(jié)構(gòu)，使刀具表層變得脆弱，加劇了刀具的磨損。擴(kuò)散現(xiàn)象總是保持著深度梯度高的物體向深度梯度低物體持續(xù)擴(kuò)散。

（4）氧化磨損。當(dāng)溫度升高時(shí)刀具表面氧化產(chǎn)生較軟的氧化物被切屑摩擦而形成的磨損稱為氧化磨損。如：在700~800℃時(shí)空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化物、碳化鈦等發(fā)生氧化反應(yīng)，形成較軟的氧化物;在1000℃時(shí)PCBN與水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

1.2 按磨損形式分類

（1）前刀面損。在以較大的速度切削塑性材料時(shí)，前刀面上靠近切削力的部位，在切屑的作用下，會(huì)磨損成月牙凹狀，因此也稱為月牙洼磨損。在磨損初期，刀具前角加大，使切削條件有所改善，并有利于切屑的卷曲折斷，但當(dāng)月牙洼進(jìn)一步加大時(shí)，切削刃強(qiáng)度大大削弱，最終可能會(huì)造成切削刃的崩碎毀損的情況。在切削脆性材料，或以較低的切削速度及較薄的切削厚度切削塑性材料時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生月牙洼磨損。

（2）刀尖磨損。刀尖磨損為刀尖圓弧的后刀面及鄰近的副后刀面上的磨損，它是刀具上后刀面磨損的延續(xù)。由于此處的散熱條件差，應(yīng)力集中，故磨損速度要比后刀面快，有時(shí)在副后刀面上還會(huì)形成一系列間距等于進(jìn)給量的小溝，稱為溝紋磨損。它們主要由已加工表面的硬化層及切削紋路造成。在切削加工硬化傾向大的難切削材料時(shí)，最易引起溝紋磨損。刀尖磨損對(duì)工件表面粗糙度及加工精度影響最大。

（3）后刀面磨損。在很大切削厚度切削塑性材料時(shí)，由于積屑瘤的存在，刀具的后刀面可能不與工件接觸。除此之外，通常后刀面都會(huì)與工件發(fā)生接觸，而在后刀面上形成一道后角為0的磨損帶。一般在切削刃工作長(zhǎng)度的中部，后刀面磨損比較均勻，因此后刀面的磨損程度可用該段切削刃的后刀面磨損帶寬度VB來衡量。由于各種類型的刀具在不同的切削情況下幾乎都會(huì)了發(fā)生后刀面磨損，特別是切削脆性材料或以較小的切削厚度切削塑性材料時(shí)刀具的磨損主要是后刀面磨損，而且磨損帶的寬度VB的測(cè)量比較簡(jiǎn)便，因此通常都用VB來表示刀具的磨損程度。VB愈大，不但會(huì)使切削力增大，引起切削振動(dòng)，而且會(huì)影響刀尖圓弧處的磨損，從而影響加工精度及加工表面質(zhì)量。

2 固體材料的熱力學(xué)問題

2.1 固體的構(gòu)形和變形

在機(jī)械加工過程中，固體的構(gòu)型變形是在所難免的。實(shí)際上，根據(jù)本身的幾何結(jié)構(gòu)特征往往可以判斷出其享有的變化。目前來看，占據(jù)的空間往往具有不可控制的變形量，所以在系統(tǒng)構(gòu)成過程中，幾何特征的差異也是相對(duì)確定的。為了明確不同的質(zhì)點(diǎn)占用的空間，需要結(jié)合其具體的情況與構(gòu)形來進(jìn)行分析。在這個(gè)過程匯總，一方面需要考慮到數(shù)量對(duì)于構(gòu)形的影響，另外一方面也要結(jié)合其具體的變形量來進(jìn)行分析。固體變形以及張量的變化往往都可以通過位移量來進(jìn)行表征，具有很強(qiáng)的相關(guān)性。所以，在具體的研究中也可以借助于對(duì)稱張量的方式來進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果準(zhǔn)確性同樣可以得到保障。

2.2 固體熱力學(xué)的應(yīng)力研究

根據(jù)相關(guān)理論研究成果來看，應(yīng)用于不同的連續(xù)機(jī)構(gòu)當(dāng)中機(jī)械加工往往可以帶來熱力學(xué)的應(yīng)力調(diào)整。比如說固體以及其他類型的物體在受到外部的作用力時(shí)往往都會(huì)表現(xiàn)出一定的表面張力，這些表面張力通過物體接觸的方式傳遞，其產(chǎn)生的模式與方法存在差異，所以不僅僅存在于物體的表面，而是通過內(nèi)部分子的作用關(guān)系傳遞的物體的內(nèi)部，所以在測(cè)量過程中無論是過程還是方向都具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

3 被加工材料韌性損傷的演變規(guī)律

隨著工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)水平的不斷提升，目前材料的制造加工遇到了許多新的問題，其中包括一部分加工損傷以及故障。實(shí)際上，任何機(jī)械加工都可能會(huì)導(dǎo)致材料受損，這是由于其周圍的環(huán)境或者材料本身的性質(zhì)存在缺陷，加工模式與方法不匹配所導(dǎo)致的。一般來說，材料宏觀上的缺陷與微觀上的缺陷都可能會(huì)影響到加工性能，所以在很大程度上也有可能會(huì)影響到材料的韌性以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3.1 韌帶斷裂淺析

從材料的內(nèi)部特征上來看，損傷以及演變都是導(dǎo)致破壞的重要原因。引起破壞的因素是多方面的，除了宏觀的裂紋之外，還包括損傷以及結(jié)構(gòu)破壞等等。從這個(gè)角度上來看，這個(gè)問題出現(xiàn)一般都是由于持續(xù)拓展導(dǎo)致的，韌性損傷就是持續(xù)拓展后形成的斷裂損傷。該模式在學(xué)界也可以稱之為韌性斷裂或者塑性斷裂，這是常規(guī)塑性變形長(zhǎng)期存在所導(dǎo)致的一種必然的結(jié)果。通過拉伸的方式產(chǎn)生斷裂，可以通過不同的鍛煉方式來進(jìn)行研究，這個(gè)過程中很好地適應(yīng)了應(yīng)力的條件，滿足了擴(kuò)展的要求，在破壞后可能會(huì)成為孔狀的結(jié)構(gòu)或者其他類型的結(jié)構(gòu)，同時(shí)位置還不會(huì)發(fā)生偏移，持續(xù)的拓展并長(zhǎng)大。

3.2 空洞損傷分析

球形的空洞損傷模型也具有一定的拓展特征規(guī)律。在工程實(shí)踐當(dāng)中，材料往往都不可避免地會(huì)存在一些孔洞結(jié)構(gòu)，不同的空洞結(jié)果在大小、形狀等方面都存在一些差異，不具有固定的規(guī)律。在大多數(shù)條件下，材料的研究可以采取有限元的模式。在研究時(shí)，往往會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間和精力，甚至?xí)虼藢?dǎo)致計(jì)算的結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。結(jié)合研究的一般規(guī)律來看，要想獲得較為完善的空洞損傷分析公式，需要選擇合適的公式，對(duì)時(shí)間以及費(fèi)用等內(nèi)容進(jìn)行合理的計(jì)算，得到的數(shù)據(jù)才具有真實(shí)性以及可靠性。在沒有辦法獲得準(zhǔn)確公式的情況下，往往也就無法獲得完整的系統(tǒng)結(jié)果，這個(gè)時(shí)候?qū)τ诤罄m(xù)也會(huì)產(chǎn)生大量不利的影響。在進(jìn)行使用方法的調(diào)整時(shí)，需要做好分析與整理，對(duì)于沒有產(chǎn)生具體結(jié)果的情況則需要選擇合適的方法，或者針對(duì)某個(gè)局部區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。大多數(shù)情況下都可以通過宏觀分析的方式，利用形成規(guī)律來進(jìn)行孔洞損傷的分析，這樣就可以有效找到問題并解決問題。

3.3 應(yīng)對(duì)措施

（1）針對(duì)被加工材料和零件的特點(diǎn)，合理選擇刀具材料的各類和牌號(hào)。在具備一定硬度和耐磨性的前提下，必須保證刀具材料具有必要的韌性。

（2）合理選擇刀具幾何參數(shù)。通過調(diào)整前后角、主副偏角、刃傾角等角度，保證切削刃和刀尖有較好的強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱，是防止崩刀的有效措施。

（3）保證焊接和刃磨的質(zhì)量，避免因焊接、刃磨不善而帶來的各種疵病。關(guān)鍵工序所用的刀具，其刀而應(yīng)經(jīng)過研磨以提高表面質(zhì)量，并檢查有無裂紋。

（4）合理選擇切削用量，避免過大的切削力和過高的切削溫度，以防止刀具破損。

（5）盡可能保證工藝系統(tǒng)具有較好的剛性，減小振動(dòng)。

4 結(jié)語

總而言之，大部分被加工材料都是具有一定塑性的固體材料，在機(jī)械加工過程中在所難免的會(huì)出現(xiàn)損傷問題?？斩醋鳛樽顬槌Ｒ姷囊环N損傷類型，加強(qiáng)對(duì)空洞模型演變規(guī)律的研究十分必要。除此之外，當(dāng)材料長(zhǎng)時(shí)間處于高溫的工作環(huán)境中，會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而造成材料不可逆的損傷。