【正文】 層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面層產(chǎn)生壓縮殘余應力的表面強化工藝。有關磨削硬化的機理及影響因素，與切削加工硬化相近。如淬火鋼外圓的平均硬度層為20～40m，磨削時硬化程度為25～30m。 以上分析了影響表面物理力學性能的兩個主要因素。因此凡能減少或消除殘余應力的措施，均可減少或防止磨削裂紋的產(chǎn)生。當此拉應力超過工件的拉伸強度時，工件表面即產(chǎn)生裂紋。對磨削加工，熱態(tài)塑性變形和相變起主導作用。 （4）改善冷卻條件 改進磨削冷卻液的配方，加大磨削液的流量，提高磨削液的壓力，改進磨削液噴咀結構及采用內冷卻方式等，都能使磨削區(qū)的溫度降低。 （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間，從而降低工件表面溫度；磨削深度應適宜，太大，則產(chǎn)生的熱量大，太小將引起磨削時滑擦能的增加；工件縱向進給量越大，因砂輪與工件表面的接觸時間相對減少，故磨削區(qū)表面溫度越低，磨削燒傷越少。每顆磨粒的切削厚度增加，會減少滑擦能的消耗。 （2）及時合理地修整砂輪 修整太細，容易引起工件燒傷；修整太粗，又形響表面粗糙度，故應合理選擇砂輪修整參數(shù)。 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，減少磨削時的能量消耗。若上述情況不進行冷卻而以干磨，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。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。 當淬火鋼表面溫度超過相變臨界溫度（一般中碳鋼為 720C）時，馬氏體將轉變?yōu)閵W氏體。這種情況稱為回火燒傷。 對于淬火鋼，當磨削區(qū)溫度超過馬氏體的轉變溫度（中碳鋼為200～300C）時，工件表面原來的馬氏體將轉變成回火屈氏體或索氏體。這時，就會引起工件表面層的金相組織發(fā)生變化，稱為磨削燒傷。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500～600C。 （二）影響磨削加工表面層物理力學性能的因素 磨削加工中，起主導作用的磨削熱會引起表面層金相組織發(fā)生變化、殘余應力及磨削燒傷等。同時，光磨還可以提高工件的幾何形狀精度。所謂光磨即無進給磨削，是指在磨削將要結束時，不再進行徑向進給，而靠工藝系統(tǒng)的彈性回復獲得微量進給進行磨削。同時又容易破壞切削刃上的微刃，從而影響砂輪工作表面的質量及其切削性能，使工件表面粗糙度增大。 磨削深度對表面粗糙度有較大影響。但太低會使工件燒傷和產(chǎn)生形狀誤差。當提高其速度，則同一時間內參與切削的磨粒微刃增多，每個微刃的去除量減少，殘留面積減小，從而減小磨削力和塑性變形，并同時降低工件的表面粗糙度。砂輪鈍化必須進行修整，若修整導程（即砂輪轉一轉，金剛石的縱向移動量）和修整比（即修整時的切深與修整導程之比）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。 砂輪的修整量對磨削表面粗糙度有重大影響。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，此時砂輪和工件會產(chǎn)生強烈摩擦導致工件表面燒傷，這也不利于降低工件表面粗糙度。磨削時，磨粒微刃切入工件的深度是很淺的，并不是整個磨粒都起切削作用，這和240砂輪近乎一致。而用240粒度號的砂輪，同樣經(jīng)過精細修整和采用微量進給切削，其表面粗糙度并不比前者小。但當粒度細到一定程度后，對降低表面粗糙度就不明顯。 （1）砂輪 砂輪的粒度對加工表面粗糙度的影響頗大。由于以上特點，磨削過程是比較復雜的。 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，直至只能對工件表面起擠壓和刻劃作用。磨拉破碎后就會形成新的切削刃。磨粒破碎大多是瞬時熱作用及局部應力集中所引起的。磨耗性磨損主要是由于磨粒表面受機械和化學作用，使切削刃磨損和鈍化而形成小平面。 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。砂輪是由大量磨粒用結合劑粘結而成，在磨料和結合劑之間存在一定間隙。磨削過程比其他切削加工過程復雜。如在切削加工中，切削熱不大時以冷塑性變形為主，表面將產(chǎn)生殘余壓應力。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，結果產(chǎn)生殘余拉應力，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)生殘余壓應力。若相變后引起比容增大時，則將產(chǎn)生殘金壓應力。 （3）金屬組織變化的影響 切削加工時產(chǎn)生的高溫會引起表面層金相組織的變化。切削加工后，切削力消失，基本彈性變形趨于恢復，但受到已產(chǎn)生塑性變形表面層的牽制，不可能恢復到原來的狀態(tài)，因而在表面層形成內應力。Ⅱ區(qū)熱變形消失，完全由Ⅰ區(qū)收縮而形成較小的殘余壓應力，Ⅲ區(qū)拉應力消失，也受Ⅰ區(qū)影響而形成不大的壓應力，見圖d。由于Ⅱ區(qū)金屬的收縮，Ⅲ區(qū)的拉應力有所減小，如圖c所示。如圖b所示。Ⅰ區(qū)溫度在材料的塑性溫度以上，此時金屬產(chǎn)生熱塑性變形；Ⅱ區(qū)為過渡區(qū)，溫度在與常溫之間，這時金屬只產(chǎn)生彈性變形；Ⅲ區(qū)不受切削熱的影響，故不產(chǎn)生變形。 圖136 產(chǎn)生表面層殘余應力的原因有以下三方面： （1）熱塑性變形的影響 切削加工時產(chǎn)生的切削熱引起局部高溫，其溫度梯度很大，將導致產(chǎn)生殘余應力，其過程見圖136。例如車削和銑削后的殘余應力一般為200N／mm；高速切削及加工合金鋼時可達1000～1100N／mm；磨削時約為400～700N／mm。殘余應力的分布深度可達25～30m。 2．表面層的殘余應力 經(jīng)機械加工后的工件表面層，一般部存在一定的殘余應力。鑄鐵與鋼相比，鋼易于加工硬化。因此，工件材料的性能對加工硬化有很大影響。 切深對加工硬化的影響較小，一般說來，切深越大，加工硬化越強。同時切削速度增大會使切削溫度升高，有助于冷硬回復，故使加工硬化程度減輕。 （2）切削用量 切削速度增大時，刀具與工件的接觸時間減少。刀刃圓弧半徑增大，將使刀具對加工表面的擠壓程度增加，引起表面硬化程度加大。加工硬化最后取決于硬化和軟化的綜合效果。切削熱提高了表面層的溫度，會使已硬化的金屬產(chǎn)生回復現(xiàn)象（稱為軟化）。加工硬化程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度和切削溫度。這時，晶粒間的聚合力增加，表面層的強度和硬度增加。 以上根據(jù)不同的情況進行切削液選擇，雖目的有所不同，但對切削表面的粗糙度均有不同程度的影響。切削液有一定的隔膜效果，有助于提高刀具耐用度。 另外，加工高強度鋼，耐熱合金等工件時，由于硬點多，機械擦傷作用大，導熱系數(shù)低，切削熱不易散，故對切削液的潤滑和冷卻兩方面都有較高的要求，對高速鋼刀具可用含一定量極壓添加劑的極壓切削油或極壓乳化液。也可用低濃度的乳化液，或化學切削液。在切削一般鋼材時，降低切削溫度可減小刀具磨損，特別是高速鋼刀具，耐溫為600C左右，超過這個臨界溫度，磨損急劇增加，故宜選冷卻性為主的低濃度乳化液或化學切削液。螺紋加工、拉削和剃齒加工等刀具的導向部分與加工表面的摩擦較嚴重，要求盡可能減少螺紋和成形刀具的磨損以保持刀具的尺寸和形狀精度，故一般應選用潤滑性較好的極壓油或高濃度的極壓乳化液。故中、低速切削時應選用潤滑性好的極壓切削油或高濃度的極壓乳化液。具體選用切削液應考慮多種因素。在切削過程中，切削液能在刀具的前、后 圖135刀面上形成一層潤滑油膜，減小金屬表面間的直接接觸，減輕摩擦及粘結現(xiàn)象，降低切削溫度，從而減小切屑的塑性變形，抑制積屑瘤與鱗刺的產(chǎn)生。太大時，易產(chǎn)生振動；太小