切削加工表面機械性能研究

劉杰

摘 要 一般來說，切削加工表面的機械性能會對產品質量產生直接的影響，并影響到工作性能。因此，就需要對不同加工階段的切削加工表面機械性能進行研究，讓其在生產條件下維持在穩定狀態，以確保產品生產質量。

關鍵詞 切削加工 表面機械性能 研究

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A

0前言

金屬在切削加工時，由于工件表面在刀具作用下，會發生相應的機械性能改變。所以，為了讓切削加工零件維持在最佳的工作狀態，就需要對其機械性能予以深入分析。

1表面機械性能研究

（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，容易出現硬化，并致使表面層的硬度增加。而在這種環境下，表層也會存在內應力，使得表面層出現裂紋、撕裂等現象。且金屬顯微硬度會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，并在離開表面起始段后硬度快速降低，且從某一深度開始，下降極逐漸趨于平緩，最后過渡為金屬原有硬度。硬化層的強化、深度跟切削條件有密切的關聯。在切屑時，通常會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溫升，使得再結晶現象的發生。一般，切削速度、刀具鈍化程度、刀具幾何形狀等，均會對硬化深度及強度造成影響。

（2）顯微硬度。零件表面層的顯微硬度，主要是由塑性變形時的加工硬化、切削熱等產生的綜合結果。而在切削過程中，因表面層的金屬要經反復摩擦以及塑性變形，所以表面層晶粒會產生不同程度的錯位與變形、破碎等現象，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改變，并出現機械性能的改變，且在塑性變形的條件下，導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度增加，并大大降低了其塑性與韌度，易伴有殘余應力、表面裂紋等，在降低抗疲勞強度的同時，增加了表面的粗糙，使得產品質量容易受到影響。而在實際加工中，為了避免此類現象的發生，需要通過退火操作，利用熱能來進一步消除表面硬化程度，恢復其變形能力。當然，為了更好的提升加工質量，要對影響零件表面層顯微硬度的各類因素予以深入分析。其中，在刀具后刀面的磨損量及、刃口圓角逐漸增加時，其硬化層的硬度、深度也會逐漸增加。所以，在生產過程中，要增加刀具的鋒利程度，并適當增加前角，以降低硬化的發生。此外，切削速度與切削進給量等同樣會對表面層硬度產生直接影響。尤其是在較快的切削速度下，由于工件跟刀具間的接觸時間較短，所以塑性變形會有所下降。而在這個過程中，其溫度會增加，致使表面層出現再結晶，并促使表面層硬化的恢復，使其切削層硬度與深入隨之降低。當然，工件材料也會對其硬化等產生影響。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隨之增加，并致使表面層硬化程度的增加。另外，適當使用切削液，也會起到潤滑、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。一般來說，切削參數及冷卻潤滑條件，會對刀具工件表面產生一定的影響，進而對加工表面的硬化程度造成影響。而在高速車削狀況下，使用的切削參數越大，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；若是增大進給量，會致使加工硬化層的深度增加。通過有限元仿真實驗，可發現在車削加工的AlSl 316L表面殘余應變中，其應變結果會通過應變-硬度曲線，來證實軸向切削深度的增加，會使得表面殘余應變也隨之增加。同時，隨著切削速度的不斷增大，被加工材料顯微硬度也會逐漸增加，尤其在高速銑削時，若是應變率較大，則會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、冷卻潤滑條件也會對加工硬化產生不同的影響。

2結束語

當前對于切削加工表面機械性能的研究，通常采用有限元法、實驗法、解析法進行。通常來說，切削加工表面顯微硬度、殘余應力等，均為零件表面機械性能的主要構成部分，其中，殘余壓應力可以有效抑制零件的表面裂紋擴展，讓零件表面耐疲勞性得到有效提升，而殘余拉應力則會加速表面裂紋擴展，使得零件出現疲勞破壞。尤其在應力集中、腐蝕性介質出現時，殘余拉應力更是會對零件的疲勞強度造成較大的影響。而殘余應力增加還會導致薄壁件出現變形現象，進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。特別是存在過度加工硬化時，零件表面更是會出現不同程度的微裂紋，進而對其耐腐蝕性、耐疲勞性造成影響，并加速刀具的磨損。所以，為了提升產品的加工質量，就需要對切削加工表面的機械性能進行深入研究。

參考文獻

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