李德軍

摘? 要：機械零件的破壞一般總是從表面層開始的，因此零件的表面質量是至關重要的。本文分析了加工表面質量對零件使用性能的影響以及影響表面粗糙度的工藝因素。

關鍵詞：金屬;加工;表面質量

加工表面質量包括加工表面的幾何形狀誤差、表面層金屬的力學物理與化學性能兩個方面的內容。由于機械加工中力因素和熱因素的綜合作用，使加工表面層金屬的力學物理性能和化學性能將發(fā)生一定的變化。

一、表面質量對零件使用性能的影響

1.表面質量對零件耐磨性的影響

零件的耐磨性主要與摩擦副的材料、熱處理狀況、表面質量和潤滑條件有關。當兩個零件的表面互相接觸時，如果表面粗糙，只是表面的凸峰相接觸，實際接觸面積遠小于理論接觸面積，因此單位面積上壓力很大，破壞了潤滑油膜，凸峰處出現(xiàn)了干摩擦。如果一個表面的凸峰嵌入另一表面的凹谷中，摩擦阻力很大，且會產生彈性變形、塑性變形和剪切破壞，引起嚴重的磨損。零件表面紋理形狀和紋理方向對表面耐磨性也有顯著影響，在輕載荷并充分潤滑的運動副中，兩配合面的刀紋方向相同時，耐磨性較好;與運動方向垂直時，耐磨性最差。而在重載荷又無充分潤滑的情況下，兩結合表面的刀紋方向垂直時磨損較小。可見重要的零件最終加工應規(guī)定最后工序的加工紋理方向。

2.表面質量對零件疲勞強度的影響

表面粗糙度值大，在交變載荷作用下，零件容易引起應力集中并擴展疲勞裂紋，造成疲勞損壞。如表面粗糙度值R_a由0.4μm降低到0.04μm時，對于承受交變載荷的零件，其疲勞強度可提高30%～40%。表面粗糙度越大，疲勞強度也降得越低。合理地安排加工紋理方向及零件的受力方向有利于疲勞強度的提高。

殘余應力與疲勞強度有極大關系。殘余壓應力可提高零件的疲勞強度，而殘余拉應力使疲勞裂紋加劇，降低疲勞強度。帶有不同殘余應力表面層的零件，其疲勞壽命可相差數(shù)倍至數(shù)十倍。適當加工硬化有助于提高零件的疲勞強度。

3.表面質量對零件配合性質的影響

表面粗糙度大，磨合后會使間隙配合的間隙增大，降低配合精度。對于過盈配合而言，裝配時配合表面的凸峰被擠平，減小了實際過盈量，降低了連接強度，影響了配合的可靠性。表面加工硬化嚴重，將可能造成表層金屬與內部金屬脫離的現(xiàn)象，也將影響配合精度和配合質量。

4.表面質量對零件抗腐蝕性的影響

零件在介質中工作時，腐蝕性介質會對金屬表層產生腐蝕作用。表面粗糙的凹谷易沉積腐蝕性介質而產生化學腐蝕和電化學腐蝕。腐蝕性介質按箭頭方向產生侵蝕作用，逐漸滲透熟金屬內部，使金屬層剝落、斷裂，形成新的凹凸表面。然后，腐蝕又由新的凹谷向內擴展，這樣重復下去使工件表面遭到嚴重的破壞。表面光潔的零件，凹谷較淺，沉積腐蝕性介質的條件差，不太容易被腐蝕。凡是零件表面存在殘余拉應力，都將降低零件的耐腐蝕性;而零件表層存在殘余壓應力和一定程度的強化都有利于提高零件的抗腐蝕能力。另外，表面質量好能提高密封性能，降低相對運動零件的摩擦系數(shù)，減少發(fā)熱和功率消耗，減少設備的噪聲等。

二、影響表面粗糙度的工藝因素

1.刀刃在工件表面留下的殘留面積

在被加工表面上殘留的面積越大，獲得的表面越粗糙。用單刃刀具切削時，殘留面積只與進給量f、刀尖圓弧半徑r_ε及刀具的主偏角κ_r、副偏角κ_r′有關。減小進給量f，減小刀具的主、副偏角，增大刀尖圓弧半徑，都能減小殘留面積的高度H，也就降低了零件的表面粗糙度。進給量f對表面粗糙度影響較大，當f值較低時，有利于表面粗糙度的降低。減小刀具的主、副偏角，均有利于表面粗糙度的降低。一般在精加工時，刀具的主、副偏角對表面粗糙度的影響較小。

2.積屑瘤的影響

在一定的切削速度范圍內加工塑性材料時，由于前刀面的擠壓和摩擦作用，使切屑的底層金屬流動緩慢而形成滯流層，此時切屑上的一些小顆粒就會粘附在前刀面上的刀尖處，形成硬度很高的楔狀物，稱為積屑瘤。

積屑瘤的硬度可達工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃進行切削。由于積屑瘤的存在，使刀具上的幾何角度發(fā)生了變化，切削厚度也隨之增大，因此會在已加工表面上切出溝槽。積屑瘤生成以后，當切屑與積屑瘤的摩擦大于積屑瘤與刀面的冷焊強度或受到振動、沖擊時，積屑瘤會脫落，又會逐漸形成新的積屑瘤。因些積屑瘤的生成、長大和脫落，使切削發(fā)生波動，并嚴重影響工件的表面質量。脫落的積屑瘤碎片，還會在工件的已加工表面上形成硬點。因此，積屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽視的因素。

3.切削用量

選擇不同的切削參數(shù)對表面粗糙度影響較大。在一定的速度范圍內，如用中、低速（一般1c