Page 39 - 机械技术运用及理论研究

第一章 机械设计的常见问题思考 27

第四节 物理力学在机械制造设计中的应用

一、影响机械加工中表面层物理力学性能的因素

（一）表面层金相组织的变化
机械加工过程中，在加工区由于加工时所消耗的热量绝大部分转化为热能
使加工表面出现温度的升高。当温度升高到超过金相组织变化的临界点时，表面
层金相组织就会发生变化。一般的切削加工。切削热大部分被切屑带走，因此影

响也较小。但对磨削加工来说，由于单位面积上产生的切削热比一般切削方法大
几十倍。切削区的高温将引起表面层金属的相变。磨削加工比其他切削加工的表
面残余应力更复杂一些。一方面，由于磨粒切刃为负前角，磨粒对加工表面的
作用引起冷塑性变形。使表层产生压应力。另一方面，磨削区温度高，一般达

850℃ ~1000℃，甚至更高，很容易引起热塑性变形和金相组织发生变化，使加
工表面形成拉应力并会产生细微裂纹，严重时。形成表面烧伤。
影响磨削烧伤的因素：第一，砂轮材料对于硬度太高的砂轮。钝化磨料颗粒
不易脱落，砂轮容易被切削堵塞。因此，一般用软砂轮好。砂轮结合剂最好采用

具有一定弹性的材料。保证磨粒受到过大切削力时会自动退让，如树脂、橡胶等。
一般来讲，粗粒度砂轮不容易引起磨削烧伤。磨削用量。当磨削深度增大时。工
作表面及表面下不同深度的温度都将提高，容易造成烧伤；当工件纵向进给量增
大时，磨削区温度增高，但热源作用时间减小。因而可减轻烧伤。但提高工件速

度会导致其表面粗糙度值增大。提高砂轮速度可弥补此不足。实践证明，同时提
高工件速度和砂轮速度可减轻工件表面烧伤。第二，冷却方式。采用切削液带走
磨削区热量可避免烧伤。由于旋转的砂轮表面上产生强大的气流层，切削液不易
附着，以致没有多少切削液进入磨削区。所以普通的冷却方式效果不理想，因此

可采用高压大电流最大的冷却方式，一方面可增加冷却效果，另一方面可以对砂
轮表面进行冲洗，使切屑不致堵塞砂轮。
（二）加工表面的冷作硬化
加工过程中表面层金属产生塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，

并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化引起材料的强化。其强度和硬度均有所提高，
这种变化的结果称为冷作硬化。加工表面层冷作硬化指标以硬化层深度、表面层