影響機械加工表面質(zhì)量的因素及措施

冷云凱

[摘要]在機械加工中,有很多因素影響工件表面質(zhì)量,如何使工件的表面質(zhì)量達到要求,如何減小各因素對工件表面質(zhì)量的影響,就成為加工前必須考慮的問題,通過對影響機械加工表面質(zhì)量的因素進行分析,并對提出提高工件表面質(zhì)量的措施。

[關(guān)鍵詞]機械加工 表面質(zhì)量 影響因素

中圖分類號:TH12文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810096-01

機器由機械零件裝配而成,機器的失效是個別零件的失效造成的,其根本原因是零件喪失了其應(yīng)具備的使用性能。而研究與生產(chǎn)實踐表明,零件的失效大都從表面開始,零件表面質(zhì)量的高低是決定其使用性能好壞的重要因素。因此,正確地理解零件表面質(zhì)量內(nèi)涵,分析機械加工過程中影響加工表面質(zhì)量的各種工藝因素,改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能具有重要的意義。

一、影響機械加工表面質(zhì)量的因素

(一)機器使用性能對機械加工表面質(zhì)量的影響

1.耐磨性對表面質(zhì)量的影響。一個剛加工好的摩檫副的兩個接觸表面之間,最初階段在表面粗糙的峰部觸,實際接觸面積遠小于理論接觸面積,在相互接觸的部有非常大的單位應(yīng)力,使實際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞,引起嚴重磨損。

2.疲勞強度對表面質(zhì)量的影響。在交變載荷作用,表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中,產(chǎn)生疲勞紋。表面粗糙度值愈大,表面的紋痕愈深,紋底半徑愈,抗疲勞破壞的能力就愈差。

殘余應(yīng)力對零件疲勞強度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴大,加速疲勞破壞;而表面層殘余應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴展,延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。

3.耐蝕性對表面質(zhì)量的影響。零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多。抗蝕性就愈差。表面層的殘余拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂,降低零件的耐磨性,而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。

(二)影響表面粗糙度的因素

1.切削加工影響表面粗糙度的因素。(1)刀具幾何形狀的反映刀具相對于工件作進給運動時,在加工表面留下了切削層殘留面積,其形狀是刀具幾何形狀的反映。(2)工件材料的性質(zhì)加工塑性材料時,由刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形,加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用,使表面粗糙度值加大。(3)切削用量加工脆性材料時,切削速度對于粗糙度影響不大;加工塑性材料時,積屑瘤對粗糙度影響很大。

2.磨削加工影響表面粗糙度的因素。影響磨削表面粗糙的主要因素有:砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整、磨削速度、磨削徑向、進給量與光磨次數(shù)、工件圓周進給速度與軸向進給量、冷卻潤滑液等。

(三)影響加工表面層物理機械性能的因素

1.表面層冷作硬化。切削刃鈍圓半徑增大,對表層金屬的擠壓作用增強,塑性變形加劇,導致冷硬增強。刀具后刀面磨損增大,后刀面與被加工表面的摩擦加劇,塑性變形增大,導致冷硬增強。切削速度增大,刀具與工件的作用時間縮短,使塑性變形擴展深度減小,冷硬層深度減小。切削速度增大后,切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短了,將使冷硬程度增加。進給量增大,切削力也增大,表層金屬的塑性變形加劇,冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大,冷硬現(xiàn)象就愈嚴重。

2.表面層材料金相組織變化。當切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后,表層金屬的金相組織將會發(fā)生變化。(1)磨削燒傷當被磨工件表面層溫度達到相變溫度以上時,表層金屬發(fā)生金相組織的變化,使表層金屬強度和硬度降低,并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生甚至出現(xiàn)微觀裂紋,這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。(2)改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源,故改善磨削燒傷由兩個途徑:一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生;二是改善冷卻條件,盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。正確選擇砂輪合理選擇切削用量改善冷卻條件。

3.表面層殘余應(yīng)力。(1)產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因:①切削時在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生,使表面金屬的比容加大;②切削加工中,切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生;③不同金相組織具有不同的密度,亦具有不同的比容的變化必然要受到與相連的基體金屬的阻礙,因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。(2)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法,須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的損壞形式。在交變載荷作用下,機器零件表面上的局部微觀裂紋,會因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴大,最后導致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮,該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。

二、提高機械加工工件表面質(zhì)量的措施

(一)制訂科學合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質(zhì)量的基礎(chǔ)。科學合理的工藝規(guī)程是加工工件的方法依據(jù)。只有制訂了科學合理的工藝規(guī)程,才能為加工工件表面質(zhì)量滿足要求提供科學合理的方法依據(jù),使加工工件表面質(zhì)量滿足要求成為可能。對科學合理的工藝規(guī)程的要求是工藝流程要短,定位要準確,選擇定位基準時盡量使定位基準與設(shè)計基準重合。

(二)合理的選擇切削參數(shù)是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵。選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成,降低理論加工殘留面積的高度,保證加工工件的表面質(zhì)量。切削參數(shù)的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進給速度的選擇等。試驗證明,在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成,這是因為刀具前角增大時,切削力減小,切削變形小,刀具與切屑的接觸長度變短,減小了積屑瘤形成的基礎(chǔ)。

(三)合理的選擇切削液是保證加工工件表面質(zhì)量的必要條件。選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦系數(shù),可降低切削力和切削溫度,從而減輕刀具的磨損,以保證工件的加工質(zhì)量。

(四)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要。工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要,因為最終工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法,須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。

三、結(jié)論

工件的表面質(zhì)量與其使用性能密切相關(guān),工件的使用性能是以保證機器正常工作為前提的設(shè)計要求,因此在加工工件過程中,我們還應(yīng)從經(jīng)濟效益等多方面考慮,才能既保證工件表面的加工質(zhì)量,又避免增大零件的制造成本,造成不必要的損失。

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