淺談?dòng)绊憴C(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

劉佳城?高廣明?張?zhí)煊?/p>

摘 要：機(jī)械加工表面粗糙度時(shí)衡量零件加工質(zhì)量的主要依據(jù)。由于影響表面質(zhì)量的因素很多，因此只有明確影響機(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，保證零件表面的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；表面質(zhì)量；改進(jìn)措施

1.影響工件表面質(zhì)量的因素

1.1耐磨性對表面質(zhì)量的影響

一個(gè)剛加工好的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段在表面粗糙的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的部位有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)際接觸面處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起磨損。

1.2疲勞強(qiáng)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，紋底半徑愈大，抗疲勞破壞的能力就愈差。殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)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(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。

1.3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(huì)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。

2.影響加工表面粗糙度的工藝因素及控制措施

2.1刀具幾何參數(shù)、材料和刃磨質(zhì)量對表面質(zhì)量的影響

刀具幾何參數(shù)中對表面粗糙度影響最大的是副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑。在一定的條件下，減小副偏角、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)合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速鋼刀具，而金剛石、立方氮化硼刀具又優(yōu)于硬質(zhì)合金，但由于金剛石與鐵族材料親和力大，故不宜用來加工鐵族材料。

2.2合理的選擇切削液

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，保證工件的加工質(zhì)量。

2.3工件材料對表面質(zhì)量的影響

加工塑性材料時(shí)，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。加工脆性材料時(shí)其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)使表面粗糙。一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙度較大，而韌性較小的塑性材料，加工后易得到較小的表面粗糙度。對于同種材料，其晶粒組織越大，加工表面粗糙度越大。

3.影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素

3.1表面層的加工硬化

表面層加工硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形時(shí)的力、變形速度和變形溫度。試驗(yàn)證明，力越大，塑性變形就越大，產(chǎn)生的加工硬化也越大；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。切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強(qiáng)，塑性變形加劇，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。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(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削速度增大，刀具與工件的作用時(shí)間縮短，塑性變形擴(kuò)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(shí)間也縮短了，將使冷硬程度增加。進(jìn)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(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。

3.2表面層的金相組織變化——磨削燒傷

當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)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。

3.3表面殘余應(yīng)力

機(jī)械加工后，工件表面層的殘余應(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。

3.4磨削用量

當(dāng)磨削深度增大時(shí)，工件表層的溫度則明顯增加，易引起燒傷或加劇燒傷，故磨削深度不能太大；同時(shí)提高工件轉(zhuǎn)速和砂輪轉(zhuǎn)速，既可以減輕工件表面的燒傷，又可以提高生產(chǎn)率；增大工件的縱向進(jìn)給速度，磨削區(qū)表面溫度降低，燒傷減小，為了彌補(bǔ)縱向進(jìn)給速度增大而導(dǎo)致表面粗糙度值增大，可采用較寬砂輪進(jìn)行磨削加工。

4. 機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

4.1疲勞強(qiáng)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，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞的能力就愈差。

4.2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(huì)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。

4.3表面質(zhì)量對耐磨性

零件的耐磨性不僅與材料、潤滑條件有關(guān)，而且還與零件的表面質(zhì)量有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，表面越粗糙，凸峰處壓力越大，磨損加快；表面粗糙度值小，零件接觸面積大，耐磨性就好。若表面粗糙度值過小，將使緊密接觸的兩個(gè)光滑表面間的貯油能力變差，潤滑條件惡化，變成干摩擦，加劇磨損。所以，并不是表面粗糙度值越小越耐磨，表面粗糙度與初期磨損量之間存在一個(gè)最佳值。

5.結(jié)語

由于機(jī)械加工表面對機(jī)器零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度、配合性質(zhì)、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響，因此對機(jī)器零件的重要表面應(yīng)提出一定的表面質(zhì)量要求，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能、壽命和可靠性。