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、殘餘應力，以及加工參數對它們的影響；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量
車削條件
在大量生產中，對加工齒輪錐形制動凸緣進行了現場試驗。工件由滲碳鋼27MnCr5製成，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，硬度分佈見圖1。熱處理后在深0.3mm 範圍內其成分保持不變，含碳量約1%。因此精加工這種鋼材，相當於加工淬硬高碳鋼100MnCr。表面淬硬后其表面殘餘應力的分佈發生變化，並且誘發了殘餘壓應力，殘餘應力的分佈見圖&。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，內部切向殘餘應力為-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後面磨損VB。
在精硬車削中，刀具的耐用度（後面磨損量VB）確定后，工件加工后的表面完整性主要是表面粗糙度、表面殘餘應力，以及它們與切削用量的關係。
車削后的工件表面，通常存在有平行於切削速度方向的長溝痕，這些溝痕是由於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，精車時切削速度對錶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大於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。深入研究可以發現，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象，也影響著工件表面粗糙度的值。
加工后工件表面的殘餘應力
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，則是工件表面殘餘應力。因此精車后工件表面的殘餘應力的性質和分佈，應當引起重視。實驗表明，加工后工件的表面殘餘應力是切削速度VC、進給量f以及刀具後面磨損VB的函數。使用X-射線衍射儀和化學拋光，可得到車削后工件表面殘餘應力分佈如圖3所示。
眾所周知，加工后工件表面的殘餘應力主要受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、塗層、幾何和磨損）、加工參數和刀具-工件材料相互作用的影響，是極其複雜的。工件表面物理性質的變化，部分是由於切削壓力、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，則會誘發殘餘壓應力。熱應力主要是由於刀具磨損刃帶和工件之間的摩擦引起的。
在相同摩擦係數下，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，進而轉變為熱。工件表面不均勻的熱脹冷縮變化，同樣誘發了殘餘應力。切削溫度越高， 殘餘應力越大。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，不僅誘發大的熱應力，也會使工件表面產生金相變化，產生新的<
