1 前言 
　　 
　　為了提高承受高負荷機械零件的耐磨性和接觸疲勞強度，提高其表面硬度是最有效的方法之一。通常這樣的淬硬鋼零件，磨削是最常使用的加工方法。  
但磨削效率低、成本高、耗能大、使用磨削液對環(huán)境污染大。隨著工藝水平的提高，尤其是超硬刀具材料聚晶立方氮化硼（PCBN）的使用，硬車削已經(jīng)成為可能。在一定條件下用車削代替磨削加工，具有一系列優(yōu)點，顯示了誘人的前景。除了克服磨削常見的缺點外，硬車削還具有工藝靈活性大的優(yōu)點。文中主要介紹硬工件車削后的表面完整性；車削后工件表面粗糙度、殘余應力，以及加工參數(shù)對它們的影響；精硬車削的刀具設計，特別是刃口倒棱對刀具壽命的影響。 
　　 
　　2 精硬車削加工及表面質(zhì)量 
　　 
　　車削條件 
　　 
　　在大量生產(chǎn)中，對加工齒輪錐形制動凸緣進行了現(xiàn)場試驗。工件由滲碳鋼27MnCr5制成，該鋼的主要化學成分是：0.23%C；1.1%Mn；1%Cr。精車前表面淬硬硬度850HV0.3，硬化層深度約0.6mm，硬度分布見圖1。熱處理后在深0.3mm 范圍內(nèi)其成分保持不變，含碳量約1%。因此精加工這種鋼材，相當于加工淬硬高碳鋼100MnCr。表面淬硬后其表面殘余應力的分布發(fā)生變化，并且誘發(fā)了殘余壓應力，殘余應力的分布見圖&。因工件已在熱處理前進行過車削加工，精硬車削的切削深度ap=0.15mm。這時刀具切削刃所處位置的工件硬度仍然是850HV0.3，內(nèi)部切向殘余應力為-400MPa。車削加工是在剛性好的車床上進行的。車削時的加工用量是：VC=50～250m/min； f=0.05～0.2mm/r；ap=0.15mm。使用PCBN刀具車削。用光學顯微鏡檢查刀具后面磨損VB。 
　　 
　　在精硬車削中，刀具的耐用度（后面磨損量VB）確定后，工件加工后的表面完整性主要是表面粗糙度、表面殘余應力，以及它們與切削用量的關系。 
　　 
　　車削后的工件表面，通常存在有平行于切削速度方向的長溝痕，這些溝痕是由于刀刃的微幾何造成的，是形成工件表面粗糙度的決定因素。像一般切削加工一樣，精硬車削后工件的表面粗糙度基本上是由理論粗糙度決定的。加工后工件的理論粗糙度的表達式為： Ra=f2/[18-（3re）?] （1） 
　　 
　　式中，re為刀尖圓弧半徑，mm；f為進給量，mm/r。模型中忽略刀具磨損的影響，因此在使用時必須規(guī)定合適的刀具耐用度VB的值。 
　　 
　　實驗也表明，精車時切削速度對表面粗糙度的影響很小，尤其是在進給量很小的情況下。切削速度VC大于150m/min時，刀具磨損速度加快，不適合切削。因此可以得出結論：精硬車削時，在合適的切削條件下（PCBN刀具，VC=50～150m/min），工件表面粗糙度只受進給量f的影響，其他切削用量的影響可以忽略不計。深入研究可以發(fā)現(xiàn)，在很小進給量下精硬切削，加工后工件表面的塑性流動和耕犁現(xiàn)象，也影響著工件表面粗糙度的值。 
　　 
　　加工后工件表面的殘余應力 
　　 
　　除去表面粗糙度外，對工件使用性能和壽命影響很大的另一個因素，則是工件表面殘余應力。因此精車后工件表面的殘余應力的性質(zhì)和分布，應當引起重視。實驗表明，加工后工件的表面殘余應力是切削速度VC、進給量f以及刀具后面磨損VB的函數(shù)。使用X-射線衍射儀和化學拋光，可得到車削后工件表面殘余應力分布如圖3所示。 
　　 
　　眾所周知，加工后工件表面的殘余應力主要受3個因素影響所形成，即機械、熱力效應和金相變化。 
　　 
　　在硬車削中，這3個因素受刀具的性能、特性（材料、涂層、幾何和磨損）、加工參數(shù)和刀具-工件材料相互作用的影響，是極其復雜的。工件表面物理性質(zhì)的變化，部分是由于切削壓力、切削溫度造成的。為了澄清這些影響，分析硬車削時的切屑形成機理是關鍵。 
    在硬車削加工中，刀刃前端的壓力非常大，這樣才能使工件材料塑性化到一定程度，進而形成切屑。這樣大的機械應力作用到工件表面，則會誘發(fā)殘余壓應力。熱應力主要是由于刀具磨損刃帶和工件之間的摩擦引起的。  
在相同摩擦系數(shù)下，大的正應力必然引起大的摩擦力，在刀具與工件間的相對運動下，消耗大量摩擦能，進而轉變?yōu)闊帷９ぜ砻娌痪鶆虻臒崦浝淇s變化，同樣誘發(fā)了殘余應力。切削溫度越高， 殘余應力越大。用CBN車刀車削（VC=184m/min；ap=2mm；f=0.1mm/r） 工件（ 硬度為62HRC）時測量切削溫度，后刀面處可高達800～1000℃。在這樣的高溫影響下，不僅誘發(fā)大的熱應力，也會使工件表面產(chǎn)生金相變化，產(chǎn)生新的<