关键词：磨削;表面淬硬;残余应力;应力作用深度

　　磨削淬硬是利用磨削加工过程中产生的热、机械复合作用直接对可淬硬钢零件进行表面淬火的新工艺。它实现了磨削加工与表面淬火的集成制造，减少了零件热处理工序、专用热处理设备与人员等的投入以及能源的消耗和热处理设备排放物对环境的污染。自1994年Brinksmeier E等学者提出该项新工艺以来，国内外学者进行了许多研究，并取得了若干创新成果;但鲜见有关磨削淬硬层残余应力的研究。本文以平面磨削淬硬加工试验为基础，利用x射线应力测定仪研究了不同磨削用量、冷却方式和磨削行程条件下40cr钢磨削淬硬层残余应力的变化规律，为主动控制磨削淬硬层质量以及正确制订磨削淬硬加工工艺提供了试验依据。

　　1 磨削淬硬层残余应力

　　1.l机械作用引起的残余应力

　　磨削过程中，机械应力可分为挤压应力和切削应力。

　　在磨削淬硬过程中，粗磨条件导致磨削力较大、磨削温度较高;加上砂轮堵塞加剧，磨粒磨损严重。因此，在法向磨削力的强烈挤压作用下，高温软化的磨削表层横向和纵向尺寸急剧增大，从而导致磨削加工表层产生压缩应力。

　　同时，在磨削淬硬过程中，由于磨粒刃前方部分材料同时承受拉应力与压应力，在磨粒向前移动时，该部分材料产生塑性变形与塑性流动。由于磨粒刃的三元切削效应，使表面沿切削运动方向受到压缩作用，其垂直方向受到拉伸作用。从而导致切削运动方向产生残余拉应力，在其垂直方向产生残余压应力。实际上，由于磨削淬硬加工过程中磨粒磨损严重且存在崩刃情况，使磨粒刃前方和下方的材料受压，切削引起的残余应力存在拉、压应力两种可能，其数值小于挤压引起的压缩廊力。

　　1.2热应力引起的残余应力

　　在磨削淬硬过程中，试件表层受热后温度沿深度的分布如图la所示。图中，θ_¢为材料进入xx塑性流动状态的温度;θ_¢为材料弹塑性变形的临界温度，θ_¢以上(区域Ⅱ)是塑性变形区，θ_¢以下(区域Ⅲ)是纯弹性变形区。θ¢为室温。

　　磨削加工表面下某一深度处的温度随时间t的变化关系如图1a右上角所示。当加热温度达到{zg}温度θ₁时，若最表层温度超过Θ_p，区域I处于xx塑性流动状态，不产生内应力，如图1b所示。在θ_p一θ_h 的区域Ⅱ一Ⅲ，材料处于热膨胀状态，产生了压应力。在Θ_p —θ _s 。的区域Ⅱ，从全塑性向弹塑性状态过渡，因此压缩应力逐渐增大;在θ_n—θ_h的区域Ⅲ，材料尚处于弹性状态，仍有弹性压缩变形，产生压应力。θ_h以下的材料因保持室温不变，将不会产生弹性变形，但在外层材料热膨胀的影响下，将产生与之平衡的拉应力。

　　在加热终止，开始冷却的瞬间，见图1c，外表面冷却速度大于内表层，原表面无应力的塑性层迅速冷却而收缩，因受到下层的阻碍而产生拉应力，同时使区域Ⅱ、Ⅲ的压应力进一步增大。由于内外表面温度不一致而造成的应力分布使外表层的压应力逐渐减小，一直进行到内外温度一致为止。当试件xx冷却，内外层温度趋于一致时，见图1d，区域I、Ⅱ两层受热膨胀后产生的塑性压缩变形，使其冷却后的实际长度比受热前短，导致区域I的拉应力进一步上升，区域Ⅱ也随着冷却由压应力变为拉应力;而区域Ⅲ、Ⅳ两层由于应力平衡而产生压应力。因此，图1d为在磨削温度作用下所产生的热应力分布。