淺談?dòng)绊憴C(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及措施

摘要：機(jī)械產(chǎn)品的使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產(chǎn)品的零件加工質(zhì)量密切相關(guān)，零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)零件表面粗糙度、零件表面層的物理力學(xué)性能等因素的分析和研究，來(lái)提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施。

關(guān)鍵詞：表面質(zhì)量；工藝；機(jī)械加工

1. 機(jī)械加工表面質(zhì)量及其影響因素

機(jī)械加工表面的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是由于加工過(guò)程中的產(chǎn)生表面塑性變形，引起的冷作硬化現(xiàn)象，因切削熱導(dǎo)致的表面金相組織變化以及殘余應(yīng)力等物理機(jī)械性能的變化；二是零件加工表面存在表面粗糙度、波度等表面幾何形狀誤差。

表面粗糙度可以分為縱向粗糙度和橫向粗糙度，也即零件表面存在著微觀不平度，將沿切削速度方向的粗糙度稱為縱向粗糙度，把垂直于切削速度方向的粗糙度稱為橫向粗糙度。一般說(shuō)來(lái)，橫向粗糙度較大，這主要是由刀具幾何因素和切削因素兩方面共同作用形成的，縱向粗糙度則是由切削因素形成[1]。而工件—刀具—機(jī)床系統(tǒng)的振動(dòng)也常是引起粗糙度的重要因素。

在理想切削狀態(tài)下，刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在已加工表面上遺留下來(lái)的切削層殘留面積，形成理論粗糙度，其最大高度可由刀具形狀和進(jìn)給量的幾何關(guān)系求得。

在切削速度較低的情況下切削塑性材料時(shí)，易于產(chǎn)生刀瘤與鱗刺，而鱗刺與刀瘤會(huì)使工件的表面粗糙度嚴(yán)重惡化。在加工塑性材料時(shí)，刀瘤與鱗刺是影響粗糙度的主要因素。

刀瘤是切削過(guò)沖中底層切屑與刀具前面發(fā)生冷焊作用形成的附著于刀尖上切屑堆塊。在切屑過(guò)程中，刀瘤不斷形成，長(zhǎng)大，然后粘附在切屑上被帶走或留在工件上[2]。刀瘤是不穩(wěn)定的，它有時(shí)會(huì)伸出至刀尖之外，且形狀不規(guī)則，使加工表面上形成深度與寬窄不一樣的刀痕，大大增加了表面的粗糙度。

鱗刺是已加工表面上出現(xiàn)的鱗狀毛刺般缺陷。切屑與刀具前面之間的摩擦和冷焊作用產(chǎn)生周期性地滯留在刀尖上，代替刀具推擠切削層，使工件和切削層之間產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。如此連續(xù)發(fā)生，就在加工表面上出現(xiàn)一系列的鱗刺，構(gòu)成加工表面的縱向粗糙度。

2. 影響加工表面粗糙度的工藝因素及控制措施

2.1 .磨削加工

2.1.1.砂輪

粒度：磨粒越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)越多，刻劃溝痕越細(xì)密，表面粗糙度越小。但磨粒過(guò)細(xì)，砂輪易堵塞，磨削性能下降，磨削力和溫度下降，反而增大表面粗糙度，甚至出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象。

硬度：砂輪的硬度要適中，太軟，磨粒易脫落，使粗糙度增加；太硬，磨鈍了的磨粒又不易脫落，堵塞砂輪，增加工件材料的塑性變形，也會(huì)使工件表面變粗糙。

砂輪修整：砂輪磨鈍后必須進(jìn)行認(rèn)真修整，目的是使砂輪具有正確的幾何形狀和銳利刀刃。砂輪修整的質(zhì)量越好，砂輪的表面磨粒的等高性越好，磨削出的表面粗糙度值越小。

2.1.2.磨削用量

砂輪轉(zhuǎn)速：提高砂輪轉(zhuǎn)速，可以減小表面粗糙度

工件轉(zhuǎn)速：增大工件轉(zhuǎn)速，塑性變形增加，表面粗糙度值也增加；

工件材料：若工件的材料硬度太高，磨粒易磨鈍，不易提高表面質(zhì)量；若工件材料的塑性、韌性較大，變形大，易堵塞砂輪，也得不到較小表面粗糙度值。

2.2. 切削加工

2.2.1.切削條件

與切削條件有關(guān)的工藝因素，包括冷卻潤(rùn)滑、切削用量等情況。中、低速加工塑性材料時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，所以，提高切削速度，減小零件已加工表面粗糙度值[3]。對(duì)于脆性材料，通常不會(huì)形成積屑瘤和鱗刺，因而，切削速度對(duì)表面粗糙度基本上無(wú)影響。正常切削條件下，切削深度對(duì)表面粗糙度影響不大，因此，機(jī)械加工時(shí)不能選用過(guò)小的切削深度。

2.2.2.刀具的幾何參數(shù)

在一定條件下，減小刀具的副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑都可以降低表面粗糙度。在同樣條件下，硬質(zhì)合金鋼刀具加工的表面粗糙度值低于高速鋼刀具。刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影響加工表面的粗糙度，因此，提高刀具的刃磨質(zhì)量，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值應(yīng)低于工件的粗糙度值[4]。

2.3. 減小機(jī)械加工表面粗糙度的加工方法

2.3.1.超精密切削

超精密切削指的是加工精度高于亞微米級(jí)，表面粗糙度值在0.025微米以下的切削加工方法。單晶金剛石車刀是目前應(yīng)用最廣泛的超精密切削刀具材料。

2.3.2.超精加工

超精加工是一種由切削過(guò)沖過(guò)渡到摩擦拋光過(guò)沖的加工方法，能獲得較高加工表面粗糙度。目前，超精加工廣泛用于軸承、精密量?jī)x及電子儀器等精密零件。

2.3.3.研磨

研磨是用研磨工具盒研磨劑從工件表面上研去一層極薄金屬的精加工方法，能獲得很高表面質(zhì)量和加工精度。

3. 影響零件表面層物理力學(xué)性能的工藝因素及控制措施

機(jī)械加工過(guò)程中，在切削力和切削熱的作用下，工件表面一定深度內(nèi)的表面層材料沿徑向產(chǎn)生剪切滑移，品格扭曲，品粒拉長(zhǎng)并纖維化，金相組織發(fā)生變化，導(dǎo)致材料物理、機(jī)械性能不同于基體材料，形成變質(zhì)層，從而影響零件表面質(zhì)量。

3.1. 表面殘余應(yīng)力

機(jī)械加工后，工件表面的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化三者綜合作用結(jié)果。切削加工時(shí)主要由冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力、磨削加工時(shí)主要是熱態(tài)塑性變形和金相組織變化引起體積變化而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力[5]。總之，只要是能減小塑性變形和降低切削和磨削溫度的因素，都可以減小零件表層殘余應(yīng)力。

3.2. 表面層的加工硬化

表面層的加工硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形是力、變形速度和變形溫度。試驗(yàn)證明，力越大，塑性變形越大，產(chǎn)生的加工硬化也就越大，變形速度越大，塑性變形就越不充分，產(chǎn)生硬化程度相應(yīng)減小；變形溫度高，則硬化程度減小。因此，提高切削速度、減小進(jìn)給量和背吃刀量，都可以減小切削變形和切削力，減輕加工硬化；增大刀具前角和后角、減小刃口鈍圓半徑，提高刀具的鋒利性，可以減小擠壓變形和切削力，從而減輕加工硬化。

4. 結(jié)語(yǔ)

只有了解和掌握影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，才能在生產(chǎn)實(shí)踐中，采取相應(yīng)的工藝措施，減少零件因表面質(zhì)量缺陷而引起的加工質(zhì)量問(wèn)題，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能、壽命和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳彥華. 機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（24）.

[2]鄭玉皎. 機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析[J]. 裝備制造技術(shù)，2009（4）.

[3]劉瑞芬. 對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的分析[J]. 河北冶金，2006（8）.

[4]高波. 機(jī)械制造基礎(chǔ)[M]. 大連理工大學(xué)出版社，2006.

[5]朱鵬超. 數(shù)控加工技術(shù)[M]. 高等教育出版社，2007.