影響金屬切削加工表面質量的因素

張偉健 張丹丹

【摘要】近年來，工業技術得到了很大的提高，對機械設備要求更加嚴格，在某些惡劣的工況條件下，一些重要零部件仍要正常運轉。如果表面層有任何瑕疵，不僅直接影響設備運行的穩定性，而且還會導致零部件的損壞，縮短零部件的壽命。所以說，金屬切削加工表面質量十分重要，該問題也受到更多的關注。

【關鍵詞】金屬切削；外表面；影響因素

1、引言

通過大量的實踐已經證明，在實際的機械加工中，理想的光滑表面較難實現，總是存在某些細微的誤差。除此之外，在加工時，表面材料會受到切削力、切削熱的影響，也使得原有的機械性能發生一定的改變。我們都知道，所謂表面質量，就是機械加工后，零件表面層發生微觀上的幾何形態變化，或者表層材料性質發生改變。所以說，表面質量主要包括兩個方面：一方面是加工表面粗糙度，另一方面是表面層的機械性能變化。這兩方面的好壞會直接影響零件的耐磨性、疲勞強度、耐蝕性、配合質量等等。例如，表面粗糙度會直接影響零件表面的抗磨損性能，表面越平滑，就越能抗磨損。但物極必反，表面過于平滑時，其表面不能附著潤滑油，導致磨損增加。所以說，這些因素都有一個最優值，以維持零部件在設備中的最佳機械性能。

2、影響金屬切削加工表面質量的因素

2.1 影響表面粗糙度的因素

2.1.1 工件材料的性質。加工塑性材料時，由于刀具對金屬的擠壓，產生了塑性變形，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。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時，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，使表面粗糙度增大

2.1.2 切削加工的方式。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復映。減小進給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。此外，適當增大刀具的前角，以減小切削時的塑性變形的程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質量，以減小切削時的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。影響切削表面粗糙的主要因素有：

a.切削速度、切削深度、工件速度、切削效率、工件圓周進給速度與軸向進給量。減小切削用量和提高切削速度，可以增加工件單位面積上的刻痕數，同時可降低因塑性變形造成的表面粗糙度。因為在高速切削下，切削表面來不及塑性變形，因而提高切削速度有利于降低表面粗糙度。增大切削深度和提高工件速度會使塑性變形加劇，從而增高粗糙度。為了提高切削效率，通常在開始切削時采用較大的切削深度，而在切削后期采用小的切削深度，或進行無進給切削，以降低工件表面粗糙度。

b.切削液對加工過程起冷卻和潤滑作用，能降低切削區的溫度，減少刀刃與工件的摩擦，從而減少切削過程的磨損程度。

c.切削力對金屬切削處理的影響。材質的抗剪切強度和切削力呈正有關關系，即較高的抗剪切強度，更大的處理力。切削力也受該材質的韌性和延展性影響，韌性更好，處理力更大。

2.1.3 切削刀具的影響。碳鋼、合金鋼抵制彎曲的能力很強，但其耐高熱性能特別不好，中、低速切削可考慮。高速鋼的堅硬程度非常高，抗損傷和破壞能力很強，耐高熱，其導熱性也很好。在高溫情況下，高速鋼可完成處理工作，避免危險的發生。還有一種刀具，它是在高速鋼的基礎上，添加某些微量元素，大大增加高速鋼的抗損傷性能和耐高熱性能，氧化鋁是高速鋼的主要成分，壓制后燒結。其化學性能十分穩定，它適合于高速切削。總所周知，鉆石是最堅硬的材質，不僅可以完成有色金屬的切削處理，也可以完成非金屬材質高精度的處理。處理工具性能的好壞直接影響到處理過程的安全性和高效性。

2.2 影響加工表面層機械性能的因素

在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機械性能產生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應力的產生。由于磨削加工時所產生的塑性變形和切削熱，比刀刃切削時更嚴重，因而磨削加工后加工表面層機械性能的變化會很大。

2.2.1 加工方法的影響

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。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，該表面最終工序應選擇能在該表面產生殘余壓應力的加工方法。

2.2.2 冷作硬化

冷作硬化是指在機械加工過程中，因切削力作用產生的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產生相對位移，使表面層金屬的硬度和強度提高。表面層金屬強化，會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質也會發生變化。

影響冷作硬化的主要因素。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。切削刃鈍圓半徑對加工硬化的影響切削速度增大，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，冷硬現象就愈嚴重。

2.2.3 熱塑性變形

表面層在切削熱的作用下產生熱膨脹，此時基體溫度較低，因此表面層熱膨脹受基體的限制產生熱壓縮應力。當表面層的溫度超過材料的彈性變形范圍時，就會產生熱塑性變形。當切削過程結束，溫度下降至與基體溫度一致時，因為表面層已產生熱塑性變形，但受到基體的限制產生了殘余拉應力，里層則產生了壓應力。

3、結論

基于以上分析，金屬切削過程中，首先必須做應力分析，合理選擇切削液和刀具材料。產品的質量與穩定性與表面質量密切相關的，在工作??的過程中，在保證工件表面質量的同時，還要避免增加零件的制造成本。因此，只有認真負責的完成這些工作，采取相應的技術措施，減少質量問題的發生，處理好表面質量，提高機械產品的質量。才能有效地控制金屬切削的表面質量，獲得高品質的產品，從而取得更好的成績。

參考文獻：

[1]高國紅，孫玉剛.提高數控處理中心切削效率的途徑[J].才智，2011（21）.