影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及處理

鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司 孫士杰

一、表面粗糙度對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響

1.切削加工的影響。在對(duì)工具進(jìn)行切削時(shí)，所留下的切削層殘留面積和幾何刀具形狀相同，都是刀具幾何形狀的復(fù)映，切削加工的影響如圖1所示。

圖1 切削加工的影響

2.磨削加工的影響。磨削加工表面粗糙度與切削加工表面粗糙度的形成過(guò)程相同，都是由幾何刀具形狀和表面金屬塑性變形決定。砂輪的硬度和粒度、修整磨削速度、磨削速度和徑向以及軸向和工件圓周的進(jìn)給速度、進(jìn)給量、冷卻潤(rùn)滑液等因素都會(huì)影響機(jī)械加工的表面質(zhì)量。

二、表面物理機(jī)械性能對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響

1.表面層殘余應(yīng)力的影響。由于切削零件表面時(shí)，金屬層中容易發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致表層金屬體積膨脹，比容增大，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力，并且容易導(dǎo)致切削區(qū)域產(chǎn)生大量的切削熱。需要注意的是，不同金相組織的密度不同，一旦加工表面金屬層發(fā)生金相組織變化，那么必然會(huì)被基體金屬阻礙，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。影響整個(gè)機(jī)械加工表面質(zhì)量。殘余應(yīng)力的影響如圖2所示。

圖2 殘余應(yīng)力的影響

此外，零件工作表面最終工序所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也會(huì)直接對(duì)零件的使用性能造成影響。如，零件在交變載荷作用下，表面容易出現(xiàn)裂紋，在殘余應(yīng)力作用下，裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零件斷裂。因此要根據(jù)零件工作表面所承受的工作形式和零件抵抗疲勞破壞等因素來(lái)確定零件的加工工序。

2.表面層冷作硬化和材料金相組織變化的影響。機(jī)械加工的實(shí)際過(guò)程中，在切削力作用下，使得表面層金屬收到的擠壓增強(qiáng)，切削鈍圓半徑擴(kuò)大，從而是金屬產(chǎn)生塑性變形、剪切滑移、晶粒變化等問(wèn)題，導(dǎo)致零件表面金屬冷作硬化。因此切削速度越大，冷硬層深度就會(huì)越大。同時(shí)進(jìn)給量的增大也會(huì)導(dǎo)致切削力增大，使表層金屬發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致冷硬現(xiàn)象發(fā)生。

如果被磨零件的表面溫度高于變相溫度，就會(huì)導(dǎo)致金相組織變化發(fā)生，從而降低金屬層的強(qiáng)度與硬度。此外，還會(huì)造成殘余應(yīng)力的發(fā)生，使加工表面出現(xiàn)磨削燒傷。

三、改善機(jī)械加工表面質(zhì)量的有效手段

1.選擇和工件材料相匹配的適應(yīng)性較好的刀具材料。由于零件在切削加工的過(guò)程中，容易受到切削力、熱的影響，使表面金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力、金相組織和冷作硬化等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象又導(dǎo)致塑性變形和切削熱更加嚴(yán)重。為了減少殘留面積，要選擇刀尖圓弧半徑大、主偏角和副偏角小的刀具，要選擇合適的潤(rùn)滑液。同時(shí)還可以通過(guò)降低進(jìn)給量減小零件表面的粗糙度。由于材料塑性變形與金相組織變化是造成機(jī)械加工表面粗糙的主要因素，因此，塑性較大的材料要先進(jìn)行正火處理以后，才能進(jìn)行切削加工，以降低材料的塑性，減小粗糙度,同時(shí)還要滿(mǎn)足金相組織變化。

2.選擇合適的切削方式。在切削時(shí)，由于切削材料的不同，因此切削用量也會(huì)不一樣。為了減小切削變形和加工零件的表面粗糙度，降低殘留面積高度，避免切削厚度與工件發(fā)生擠壓和磨差，可以在切削塑性材料時(shí)選擇高速切削的方式；而在切削脆性材料的時(shí)候，由于表面粗糙不受切削速度的影響，因此，可以采用高效切削液使系統(tǒng)剛度加強(qiáng)，在提高機(jī)床的穩(wěn)定性的同時(shí)，確保加工表面質(zhì)量。

3.選擇合理有效的磨削參數(shù)和冷卻加工方式，以降低零件的表面粗糙度。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，確定磨削參數(shù)要先確定初步的磨削參數(shù)并進(jìn)行試磨，通過(guò)對(duì)工件表面熱損傷的查看，對(duì)磨削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；在實(shí)際磨削時(shí)，要對(duì)磨削范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量，并控制其參數(shù)。同時(shí)，采用有效的冷卻加工、精密和光整加工等方式，并選用細(xì)粒度砂輪和磨削液，也能使加工表面粗糙度降低。

4.在使用刀具的時(shí)候，盡量減小切削刃口的半徑，并對(duì)刀面磨損寬度進(jìn)行限制。同時(shí)加工時(shí)要選用有效的切削液和較高的切削速度，確定合適的進(jìn)給量，以減少殘余應(yīng)力的變化對(duì)機(jī)械加工表面層造成的質(zhì)量影響。

四、結(jié)論

機(jī)械加工表面質(zhì)量與工件使用性能聯(lián)系緊密。由于工件表面受到表面粗超度和表面物理機(jī)械性能的影響后，會(huì)直接影響工件抗疲勞的強(qiáng)度，尤其是在應(yīng)力集中和腐蝕的時(shí)候。因此，在機(jī)械加工時(shí)應(yīng)選擇合適的刀具、加工方式和切削用量，盡可能避免表面粗超度和表面物理機(jī)械性能對(duì)加工表面質(zhì)量造成影響。