机械加工和热处理是机械制造业中的关键工艺环节，同时也是改善零件加工质量、提高生产效率的重要手段。随着各类机械装备性能的提高,制造出符合设计要 求、用户满意、具有较高几何精度、性能可靠的产品是机械制造企业的目标。在制造高精度、高性能产品的背后必须有高的工艺制造水平和能力来保证。
机械加工与热处理的关系
以工作中遇到的实例，如矫直辊、齿轮、齿轴等来说明在机械加工工艺中，冷热工序配合的必要性和重要性。
1.切削加工与热处理
切削加工时工件的硬度应符合效率原则，硬度过高，则加工困难、刀具磨损严重、粗糙度高；硬度过低,则发生粘刀现象，易产生切削瘤同样增加刀具的 磨损并划伤工件表面。因此,应把硬度控制在170～210HB左右，以利于加工。影响加工性能除了硬度外，还有金属件内部组织。对高碳钢 (w(C)≥016%) 而言，得到碳化物呈球化且均匀分布的组织比片状珠光体切削加工性能好;对低碳钢(w(C)≤0125%)而言，退火钢中含有大量铁素体、切屑易粘刀、表面 粗糙度差、使用寿命低，可采用正火工艺使钢切削性能得到改善；对中碳钢(w(C)=0125%～016%)而言，含碳量偏下限的宜采采用正火工艺，含碳量 偏上限的应采用调质工艺，这样可获得低的表面粗糙度和好的切削加工性。
接触疲劳强度和弯曲疲劳强度与硬度成正比关系，即硬度越高，疲劳强度也越高。对需要表面强化(高频淬火、氮化)的工件，不能为了满足切削加工性 而采用降低调质硬度的方法，这将导致硬化层下的基体缺乏必要的强度，且降低了接触疲劳强度，严重时重载齿轮甚至在齿根部发生断齿。
2.磨削加工与热处理
对轧辊、矫直辊或要求精度高的齿轮应在渗碳淬火、回火后要进行磨削加工，磨削过程中有时会发生磨削裂纹(见图1)，其中图1(a)是在平面磨削时出现的裂纹，图1(b)是用砂轮端面磨削齿轮齿端平面时出现的裂纹，图1(c)是在齿轮磨床上磨齿时出现的裂纹。
图1 典型磨削裂纹形态
磨削裂纹与热处理和冷加工均有关系。从热处理角度来说,造成磨削裂纹主要因素有碳化物浓度高、残余奥氏体含量多、回火不充分等。所以热处理时要注意控制这几方面的不利影响。从冷加工角度来说,在磨削时要控制进刀量，选择合适的砂轮粒度和高效冷却剂。
3.机加工与热处理
机加工工艺对热处理的影响很大，改变某些机加工工艺将给热处理带来很大的方便，如硬度300～400HB的车轮采用调质工艺就比中频淬火方便且 成本较低。齿轮经渗碳淬火后，公法线长度会涨大，冷加工时把公法线控制在中、下差，以便热处理后公法线在公差范围内。因此,热处理前公法线长度公差应在冷 加工和热处理之间应合理分配(一般可取4∶6)。
编制机加工工序与热处理的加工路线时，考虑到感应加热淬火产品在热处理前多数已基本成形，对容易开裂产品应调整工序，以避免开裂,如支撑辊的中 频淬火、齿圈渗碳淬火等。图2为支撑辊示意图，材料为GCr15，辊面全长中频淬火，按图示形状中频淬火后，发现在两端台阶根部开裂，经机加工改为辊面中 频淬火后再车出两端台阶，就避免了两端裂纹。图3为齿圈示意图，由于厚薄相差大，按图示形状渗碳、淬火后齿圈变形严重。采用齿圈两侧加厚渗碳，车渗碳层后 再淬火工艺解决了变形问题。
图2 支撑辊示意图
图3 齿圈示意图
又如大模数齿轮的齿坯调质，由于受到钢材淬透层深度的限制，淬硬层很浅，可进行粗开齿后再调质，保证齿部(尤其是齿根)能淬透。调质的目的是要 保证齿轮的齿部(特别是齿根部)达到设计要求的硬度，以满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的要求，为了使齿根处达到要求的硬度，通常采用2种措施：(1)根 据钢材的淬透性选材；(2)大模数齿轮采用齿 部开槽调质、但大模数齿轮若按第1种方法不经济，所以齿轮模数较大时，一般采用先开槽后调质,再精滚齿的工艺，由于开槽调质改善了齿部冷却条件，所以可以 采用淬透性较低的合金元素较低的钢材，从而降低了成本。
机械加工中热处理配合问题的处理
在产品热处理前，技术人员应考虑产品在热处理过程中可能出现的变形和开裂问题，并采取行之有效的防范措施，以大型齿轮为例探讨如下。
1.大型齿轮渗碳淬火变形的处理
1.1 大型齿轮的渗碳淬火变形
大型齿轮经渗碳淬火后，变形较大的是外径(齿顶圆直径)、公法线长度、斜齿轮的螺旋角。齿轮外径呈明显膨胀趋势，且与装卡方式有关。若是单件齿 轮淬火，则呈现两端面外径膨胀大、中间外径膨胀小的特征;若是重叠挂装，则呈现最上层、最下层端面外径膨胀大、中间外径膨胀小的特征。
1.2 大型齿轮渗碳淬火变形的处理措施
(1)严格按热处理工艺操作，大型齿轮渗碳后不采用直接淬火工艺，以免增大变形，造成内部金相组织的不合格，多数采用快速炉冷或在缓冷坑中冷却。
(2)留足加工余量(包括变形余量和磨削量)，对公法线长度余量应经反复测试后来确定。齿轴在渗碳前轴径方向应留有大于115倍渗碳层深度的加工余量，渗碳后用齿节圆作基准面，加工去掉轴径等不要求淬硬的渗碳层,然后再进行淬火。
(3)对齿圈类齿轮尽可能使截面厚薄均匀，减少变形。
2.大型齿轮渗碳淬火开裂的处理
齿轮的开裂与热处理操作、原材料缺陷、材料的化学成分等有很大关系，应从改善钢件结构、合理选用钢材、确定合理技术条件三方面来考虑。
2.1 改善钢件结构
工件应避免尖角和严重厚薄不均。尖角处易过热,加热和淬火时应力大、极易开裂,因此应改为圆角或倒角。
2.2 合理选用钢材
对结构形状复杂、易变形和淬裂的零件可选用合适的合金钢；对形状复杂、但硬度要求不高的结构零件可选用含碳量较低的材料。含碳量高，变形和开裂的倾向大，如齿部采用感应加热的齿轮材料尽量不用感应淬火开裂倾向大的42CrMo材料，宜改用35CrMo。
2.3 确定合理技术条件
技术条件应根据零件的工作条件及损坏形式来制订，例如拉矫机工作辊(材料为9Cr2Mo，尺寸为580mm×1526mm)按原工艺(调质+中 频淬火)制造的辊子装机使用后，仅使用了七天就磨损报废了。经过现场分析，发现辊子主要受到磨擦磨损和磨粒磨损，同时工作时辊面温度达到300℃左右，从 而使辊面硬度下降，导致辊面磨损增加。辊面采用超音速热喷涂后，装机使用了2个月才磨损，寿命提高了3倍。又如渗碳齿轮的预先热处理采用调质工艺的调质硬 度控制在170～230HB为宜;对需要表面强化(高频淬火、氮化)工件，不能为了满足切削加工性能而采用降低调质硬度的方法。
结束语
合理解决制造工艺中机械加工与热处理之间配合的矛盾，并使其有机结合是机械制造企业提升制造能力的有效途径之一。(来源：机经网)
