劉杰

摘 要 一般來說，切削加工表面的機械性能會對產(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(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 表面機械性能 研究

中圖分類號：TG506 文獻標(biāo)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(fā)生相應(yīng)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(tài)，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(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(guān)聯(lián)。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(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(chǎn)生的綜合結(jié)果。而在切削過程中，因表面層的金屬要經(jīng)反復(fù)摩擦以及塑性變形，所以表面層晶粒會產(chǎn)生不同程度的錯位與變形、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，在降低抗疲勞強度的同時，增加了表面的粗糙，使得產(chǎn)品質(zhì)量容易受到影響。而在實際加工中，為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)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(fù)其變形能力。當(dāng)然，為了更好的提升加工質(zhì)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(chǎn)過程中，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，切削速度與切削進給量等同樣會對表面層硬度產(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(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，工件材料也會對其硬化等產(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(shù)及冷卻潤滑條件，會對刀具工件表面產(chǎn)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(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(fā)現(xiàn)在車削加工的AlSl 316L表面殘余應(yīng)變中，其應(yīng)變結(jié)果會通過應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shù)、冷卻潤滑條件也會對加工硬化產(chǎn)生不同的影響。

2結(jié)束語

當(dāng)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(yīng)力等，均為零件表面機械性能的主要構(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)力則會加速表面裂紋擴展，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，殘余拉應(yīng)力更是會對零件的疲勞強度造成較大的影響。而殘余應(yīng)力增加還會導(dǎo)致薄壁件出現(xiàn)變形現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)品的加工質(zhì)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

[1] 李忠新，黃川.高速切削加工關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向[J].中國工程機械學(xué)報，2014，12（01）：48-51.

[2] 楊勇，朱衛(wèi)衛(wèi).基于正交切削理論的航空鈦合金切削加工本構(gòu)模型構(gòu)建[J].中國有色金屬學(xué)報，2014，24（05）：1259-1267.

[3] 張永貴，劉文洲.切削加工機器人剛度模型研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2014，45（08）：321-327.

[4] 張為，程曉亮.切削加工表面完整性建?，F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，36（05）：519-525.