機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析

郭春修

浙江埃菲生能源科技有限公司

機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析

郭春修

浙江埃菲生能源科技有限公司

在工作過(guò)程中，機(jī)器出現(xiàn)故障通常是由于機(jī)器中的個(gè)別零件出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的，因?yàn)闄C(jī)器本身是由許多的小零件組裝而成的，機(jī)器故障就說(shuō)明機(jī)器中的某個(gè)零件失效而不能發(fā)揮它的使用功能，機(jī)器中的任何一個(gè)部件都可能導(dǎo)致機(jī)器停止運(yùn)作。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的研究，發(fā)現(xiàn)零件失去功能的情況，大部分是由于零件的表面質(zhì)量的問(wèn)題。零件表面質(zhì)量的好壞對(duì)零件是否發(fā)揮功能有密切的關(guān)系。因此，對(duì)零件的表面質(zhì)量加以重視，研究在零件的加工過(guò)程中影響零件表面質(zhì)量的因素，從而提高零件表面質(zhì)量和使用功能。

機(jī)械加工；質(zhì)量；因素

機(jī)械零件的加工質(zhì)量，除加工精度外，表面質(zhì)量也是極其重要的一個(gè)方面。加工表面質(zhì)量，是指機(jī)器零件在加工后的表面層狀態(tài)。一臺(tái)機(jī)器在正常的使用過(guò)程中，由于其零件的工作性能逐漸變壞，以致不能繼續(xù)使用，有時(shí)甚至?xí)蝗粨p壞，其原因除少數(shù)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不周而強(qiáng)度不夠，或偶然事故引起了超負(fù)荷以外，大多數(shù)是由于磨損或受到外界介質(zhì)的腐蝕以及疲勞損壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞，都是發(fā)生在零件的表面，或是從零件表面開(kāi)始的。因此，加工表面質(zhì)量將直接影響到零件的工作性能，尤其是它的可靠性和壽命。

1 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量因素

1.1 切削刀具對(duì)工件表面的影響

刀具是加工機(jī)械零件重要的工具，因此其參數(shù)會(huì)對(duì)加工零件表面帶來(lái)直接影響，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索實(shí)踐發(fā)現(xiàn)刀具的刀尖圓弧半徑大小、副偏角主偏角等參數(shù)會(huì)給加工零件表面粗糙程度帶來(lái)嚴(yán)重影響。條件相同情況下，使用硬質(zhì)合金刀具加工而成的零件表面粗糙程度小于使用高速鋼刀具加工的零件表面粗糙程度。除此之外，刀具切削刃和前后刀面自身的粗糙程度也會(huì)影響零件表面粗糙程度，所以，為了避免刀具自身粗糙程度的影響，應(yīng)保證其粗糙值低于零件粗糙值1-2級(jí)。

1.2 零件加工的原材料

原材料作為機(jī)械加工中非常重要的基礎(chǔ)部分，當(dāng)其在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，不管擁有何種技術(shù)手段和技術(shù)條件，若加工材料欠佳那么機(jī)械加工表面質(zhì)量也勢(shì)必會(huì)受到影響。為此，機(jī)械加工企業(yè)要重視長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展就必須對(duì)原材料有更深的認(rèn)識(shí)，并盡可能選擇以高品質(zhì)的材料為主。

1.3 零件加工的技術(shù)

零件加工本身就對(duì)技術(shù)要求非常高，同時(shí)技術(shù)也是支撐零件加工的基礎(chǔ)，除去原材料可使機(jī)械加工表面受到影響，加工技術(shù)也是影響機(jī)械加工表面的重要因素之一。優(yōu)秀的技術(shù)條件和技術(shù)支持，可在很大程度上彌補(bǔ)因原材料導(dǎo)致的影響；反之，技術(shù)較差，那么無(wú)論所使用的材料的如何高品質(zhì)，那都可能無(wú)法取得更加滿意的效果，甚至還可能導(dǎo)致材料被浪費(fèi)。為此提高切削和打磨等加工技術(shù)均是提升機(jī)械加工表面質(zhì)量的重要方法。

2 提高機(jī)械加工表面質(zhì)量措施

2.1 刀具方面

切削時(shí)在切削熱和切削力的影響下，工件切割表面的物理性能發(fā)生改變，這種變化在殘余應(yīng)力、微硬度和金相組織的變化較為明顯。實(shí)踐證明磨削比使用切削熱的刀刃引起的塑性變形程度大，因此工件表面粗糙程度會(huì)增大，因此，選擇切削刀具時(shí)應(yīng)選擇副偏角較小，刀尖圓弧半徑較大的精刀具，同時(shí)注意把握使用和工件材料相當(dāng)?shù)牡毒卟牧希故褂脟?yán)重磨損的刀具。

2.2 嚴(yán)格控制材料質(zhì)量

零件表面質(zhì)量與所選擇的材料有著非常緊密的聯(lián)系，為此，在選擇加工材料時(shí)，應(yīng)對(duì)加強(qiáng)這兩個(gè)方面的控制。而針對(duì)低合金和低碳的鋼材料，由于其自身具有較強(qiáng)的可塑性，為此，在零件加工的過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)“正火處理”，使其塑性能夠得到控制，逐漸下降，同時(shí)針對(duì)金相組織，也因零件質(zhì)量的不同，其要求也有所差異，故應(yīng)更加深入地了解其組織狀態(tài)和經(jīng)理分布，提升對(duì)其了解程度，以便選擇最佳的材料。

2.3 磨削裂紋的產(chǎn)生及防止

當(dāng)表面層的殘余拉應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋，有的磨削裂紋也可能不在工件的外表面，而是在表面層下成為肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。裂紋的方向常與磨削方向垂直或成網(wǎng)狀，裂紋的產(chǎn)生常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。磨削裂紋的產(chǎn)生與材料及熱處理工序有很大的關(guān)系，磨削硬質(zhì)合金時(shí)，由于其脆性大，抗拉強(qiáng)度低以及導(dǎo)熱性差，所以特別容易產(chǎn)生裂紋。磨削含碳量高的淬火鋼時(shí)，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。工件在淬火后如果存在殘余應(yīng)力，則即使在正常的磨削條件下也可能會(huì)出現(xiàn)裂紋。滲碳、滲氮時(shí)如果工藝不當(dāng)，就會(huì)在表面層晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物。當(dāng)磨削時(shí)，在熱應(yīng)力作用下就容易沿著這些組織發(fā)生脆性破壞，而出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。由于磨削熱是產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的根本原因，因此防止產(chǎn)生裂紋的途徑，也在于降低磨削熱以及改善其散熱條件，前面所述的減輕表面熱損傷的措施，均有利于避免產(chǎn)生表面殘余拉應(yīng)力和裂紋。在磨削工序前后進(jìn)行去除內(nèi)應(yīng)力的低溫回火處理，亦能有效地減小表面層的拉應(yīng)力，防止產(chǎn)生磨削裂紋。

2.4 采用先進(jìn)的合金刀具

隨著技術(shù)的革新，合金刀具的研發(fā)使用，大大提高了工作效率，與此同時(shí)，加工操作者也開(kāi)始對(duì)不同刀具或者加工同一材料不同類刀具進(jìn)行研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)每一類型的刀具都對(duì)其特定加工對(duì)象有良好使用效果，通常情況下要根據(jù)加工材料的物理特性進(jìn)行有目的選擇，有的材料密度大，硬度高，耐高溫，不易變形，膨脹系數(shù)低，這時(shí)候就要采用高硬度、強(qiáng)韌性、高溫力學(xué)性能強(qiáng)的刀具進(jìn)行加工。隨著各種優(yōu)良性能的刀具層出不窮，人們也在不斷的探索總結(jié)各種材料加工的熔點(diǎn)、彈性、導(dǎo)熱系數(shù)等特點(diǎn)，根據(jù)加工材料選擇刀具，最大化提高刀的切削質(zhì)量。

綜上所述，由于機(jī)械加工表面對(duì)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(duì)機(jī)器零件的重要表面應(yīng)提出一定的表面質(zhì)量要求。由于影響表面質(zhì)量的因素是多方面的，因此應(yīng)該綜合考慮各方面的因素，對(duì)表面質(zhì)量根據(jù)需要提出比較經(jīng)濟(jì)適用性的要求。

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