影響機械加工件表面層物理力學性能的因素

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性能將產生很大的變化，造成與基體材料性能的差異，這些變化主要表現為表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現的殘余應力。

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化為熱能使加工表面出現溫度的升高。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。但由于旋轉的砂輪表面上產生強大的氣流層，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生塑性變形，使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并產生晶粒的拉長、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，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，切削后冷作硬化現象越嚴重。

3、表面層的殘余應力

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生相互平衡的彈性應力，該應力就是表面殘余應力。表面層的殘余應力的產生，主要有以下三種原因:

1、冷態(tài)塑性變形引起的殘余應力

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，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘余應力。

2、熱態(tài)塑性變形引起的殘余應力

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

3、金相組織變化引起的殘余應力

切削時產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，產生了壓應力。表面層體積縮小，則產生拉應力。