【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)力。若相變后引起比容增大時(shí)，則將產(chǎn)生殘金壓應(yīng)力。相反，當(dāng)相變引起比容減小時(shí)，將產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。例如，淬火馬氏體的比容比較大，奧氏體比容較小，因此，若相變使淬火馬氏體含量減少，則金屬組織的體積將減小，結(jié)果產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，如果相變使奧氏體含量減少，則將引起金屬體積增加，從而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 實(shí)際上加工表面的殘余應(yīng)力是上述三方面綜合作用的結(jié)果，在一定條件下，可能由某一種或兩種原因起主導(dǎo)作用。如在切削加工中，切削熱不大時(shí)以冷塑性變形為主，表面將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 二、磨削加工時(shí)的影響因素 （一）影響磨削加工表面粗糙度因素 磨削是多數(shù)零件精加工的主要方法。磨削過程比其他切削加工過程復(fù)雜。磨削加工的表面粗糙度與其它切削加工有很大的不同，這是由砂輪結(jié)構(gòu)和磨削特點(diǎn)所決定的。砂輪是由大量磨粒用結(jié)合劑粘結(jié)而成，在磨料和結(jié)合劑之間存在一定間隙。磨削加工主要有以下特點(diǎn)： 1．切削刃的形狀和分布帶有隨機(jī)性 磨粒形狀是不規(guī)則的，它們?cè)谏拜啽砻嫔系姆植家彩请s亂無章的，砂輪經(jīng)金剛石修整后，磨粒上形成微小的等高棱角，每個(gè)棱角相當(dāng)于一切削刃，一般具有負(fù)前角和一定范圍的后角。 2．切削微刃在磨削過程中是變化的 在磨削過程中，磨粒要磨損。一般磨粒的磨損可分為磨耗性磨損、磨粒破碎和磨粒脫落三種形式。磨耗性磨損主要是由于磨粒表面受機(jī)械和化學(xué)作用，使切削刃磨損和鈍化而形成小平面。這種磨損占整個(gè)砂輪面積的比例很小，但對(duì)磨削性能影響很大。磨粒破碎大多是瞬時(shí)熱作用及局部應(yīng)力集中所引起的。這種磨損是砂輪磨損的主要形式。磨拉破碎后就會(huì)形成新的切削刃。對(duì)于磨粒脫落這種磨損，在正常情況下是比較少的。 在磨削過程中，比較尖銳的磨粒能切下一定厚度的金屬，隨著磨粒的鈍化，切削作用逐漸減弱，直至只能對(duì)工件表面起擠壓和刻劃作用。由于砂輪表面參與磨削的磨粒數(shù)目極多，砂輪的線速度又比工件線速度高得多，因此在工件表面上的任意一塊小面積上，都受到很多磨粒的切削和刻劃作用，最終形成光滑的表面。由于以上特點(diǎn)，磨削過程是比較復(fù)雜的。下面就影響磨削表面粗糙度的主要因素作簡(jiǎn)要敘述。 （1）砂輪 砂輪的粒度對(duì)加工表面粗糙度的影響頗大。粒度號(hào)越大（即磨粒越細(xì)），則在單位時(shí)間內(nèi)切削的微刃越多，加工表面的粗糙度就越小。但當(dāng)粒度細(xì)到一定程度后，對(duì)降低表面粗糙度就不明顯。例如，在精密磨削時(shí)，選用60～80粒度的砂輪，經(jīng)過精細(xì)修整后。而用240粒度號(hào)的砂輪，同樣經(jīng)過精細(xì)修整和采用微量進(jìn)給切削，其表面粗糙度并不比前者小。這是由于60～80粒度號(hào)的粒度雖粗，但經(jīng)精細(xì)修整后，砂輪表面的每個(gè)磨粒都形成許多等高性好的微刃。磨削時(shí)，磨粒微刃切入工件的深度是很淺的，并不是整個(gè)磨粒都起切削作用，這和240砂輪近乎一致。 砂輪的硬度，對(duì)于表面粗糙度也有影響。若砂輪太軟，則磨粒易脫落，不易加工出表面粗糙度小的表面；若砂輪太硬，則磨粒鈍化后不易脫落即自銳能力差，此時(shí)砂輪和工件會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)致工件表面燒傷，這也不利于降低工件表面粗糙度。所以砂輪的硬度應(yīng)選用得當(dāng)，要求磨削表面粗糙度低的工件直選用中硬砂輪。 砂輪的修整量對(duì)磨削表面粗糙度有重大影響。磨削時(shí)，砂輪表面上的磨粒并不是都同時(shí)參加切削，由于砂粒在砂輪表面上的隨機(jī)性和不等高性，故參與磨削的砂粒只是其中的一部分。砂輪鈍化必須進(jìn)行修整，若修整導(dǎo)程（即砂輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，金剛石的縱向移動(dòng)量）和修整比（即修整時(shí)的切深與修整導(dǎo)程之比）越小，則砂輪上切削微刃越多，其等高性也越好，加工出的表面粗糙度就越低。 （2）磨削用量 砂輪線速度對(duì)工件表面粗糙度有顯著影響，一般取35m／s左右。當(dāng)提高其速度，則同一時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒微刃增多，每個(gè)微刃的去除量減少，殘留面積減小，從而減小磨削力和塑性變形，并同時(shí)降低工件的表面粗糙度。 減小工件線速度和縱向進(jìn)給量，有利于降低工件表面粗糙度。但太低會(huì)使工件燒傷和產(chǎn)生形狀誤差。工件線速度根據(jù)砂輪線速度確定，砂輪和工件線速度之比一般在50～140為宜。 磨削深度對(duì)表面粗糙度有較大影響。當(dāng)磨削深度增大時(shí)，每個(gè)磨拉的切削負(fù)荷就增大，使磨制力和磨削熱增加，工件的塑性變形也增加。同時(shí)又容易破壞切削刃上的微刃，從而影響砂輪工作表面的質(zhì)量及其切削性能，使工件表面粗糙度增大。 光磨次數(shù)對(duì)工件表面粗糙度有很大關(guān)系。所謂光磨即無進(jìn)給磨削，是指在磨削將要結(jié)束時(shí)，不再進(jìn)行徑向進(jìn)給，而靠工藝系統(tǒng)的彈性回復(fù)獲得微量進(jìn)給進(jìn)行磨削。隨著光磨次數(shù)的增加，實(shí)際磨削量越來越小，磨削力和磨削熱也越來越小，因而工件的表面粗糙度也越來越小。同時(shí)，光磨還可以提高工件的幾何形狀精度。生產(chǎn)實(shí)際中，一般光磨次數(shù)為5～10次。 （二）影響磨削加工表面層物理力學(xué)性能的因素 磨削加工中，起主導(dǎo)作用的磨削熱會(huì)引起表面層金相組織發(fā)生變化、殘余應(yīng)力及磨削燒傷等。 1．表面層金相組織變化與磨削燒傷磨削加工中，磨粒以很高的速度（一般為35m／s）和很大的負(fù)前角切削薄層金屬，在工件表面引起很大的磨擦和磨擦熱，其單位切削功率遠(yuǎn)比一般切削加工為大。由于磨削熱的很大一部分傳遞給工件，使得磨削層的溫度很高，一般可達(dá)500～600C。在某些情況下甚至達(dá)1000C。這時(shí)，就會(huì)引起工件表面層的金相組織發(fā)生變化，稱為磨削燒傷。金相組織的變化與工件材料、磨削溫度、冷卻速度等有關(guān)。 對(duì)于淬火鋼，當(dāng)磨削區(qū)溫度超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（中碳鋼為200～300C）時(shí)，工件表面原來的馬氏體將轉(zhuǎn)變成回火屈氏體或索氏體。這與回火、退火時(shí)的組織相近，使工件表面的硬度有所降低。這種情況稱為回火燒傷?；鼗馃齻谋砻嬗捎谘趸ず穸炔煌尸F(xiàn)不同的顏色，如黃、褐、藍(lán)、青等。 當(dāng)淬火鋼表面溫度超過相變臨界溫度（一般中碳鋼為 720C）時(shí)，馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時(shí)進(jìn)行快速冷卻，則會(huì)產(chǎn)生二次淬火現(xiàn)象。即表面出現(xiàn)二次淬火馬氏體，其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，這種情況稱為淬火燒傷。由于二次淬火馬氏體薄而脆，故使得表面層的物理力學(xué)性能有所降低。若上述情況不進(jìn)行冷卻而以干磨，則因工件冷卻緩慢，磨后工件表面硬度急劇下降，這種情況稱為退火燒傷。 嚴(yán)重的磨削燒傷將使工件使用壽命成倍下降，有時(shí)甚至無法使用。 減輕和消除磨削燒傷的工藝措施有： （1）選擇合適的砂輪 選用脆性較大的磨料和硬度較軟的砂輪，提高砂輪的自銳性，使其保持較好的切削能力，減少磨削時(shí)的能量消耗。在保證工件粗糙度的前提下，應(yīng)選擇較粗的砂輪粒度。 （2）及時(shí)合理地修整砂輪 修整太細(xì)，容易引起工件燒傷；修整太粗，又形響表面粗糙度，故應(yīng)合理選擇砂輪修整參數(shù)。還可以采用開槽砂輪和瓦片砂輪，使砂輪的實(shí)際工作表面積減少，增大容屑空間，以防止砂輪表面堵塞。每顆磨粒的切削厚度增加，會(huì)減少滑擦能的消耗。使磨削冷卻液容易進(jìn)入磨削區(qū)，以改善散熱條件。 （3）合理選用磨削用量 提高工件速度，可減少磨削熱源與工件表面的接觸時(shí)間，從而降低工件表面溫度；磨削深度應(yīng)適宜，太大，則產(chǎn)生的熱量大，太小將引起磨削時(shí)滑擦能的增加；工件縱向進(jìn)給量越大，因砂輪與工件表面的接觸時(shí)間相對(duì)減少，故磨削區(qū)表面溫度越低，磨削燒傷越少。為了防止縱向進(jìn)給量增大而導(dǎo)致表面粗糙，可采用較寬的砂輪。 （4）改善冷卻條件 改進(jìn)磨削冷卻液的配方，加大磨削液的流量，提高磨削液的壓力，改進(jìn)磨削液噴咀結(jié)構(gòu)及采用內(nèi)冷卻方式等，都能使磨削區(qū)的溫度降低。 2．表面層的殘余應(yīng)力與磨削裂紋 前面已經(jīng)指出，機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力，是由冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形及金相組織變化等三方面原因的綜合結(jié)果引起的。對(duì)磨削加工，熱態(tài)塑性變形和相變起主導(dǎo)作用。根據(jù)前面的分析可知，這兩個(gè)原因使磨削表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。當(dāng)此拉應(yīng)力超過工件的拉伸強(qiáng)