影響加工表面質(zhì)量的因素分析

李祝慶

【摘 要】機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。筆者根據(jù)在化工設(shè)備制造企業(yè)從事產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的多年經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)械加工中出現(xiàn)的一些表面質(zhì)量問(wèn)題不斷進(jìn)行分析和總結(jié)，就影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素進(jìn)行分析和提出一些改進(jìn)措施，希望對(duì)工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械加工 表面質(zhì)量 影響因素 改進(jìn)措施

機(jī)械加工表面質(zhì)量，是指零件在機(jī)械加工后加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，被加工件的物理、化學(xué)及力學(xué)性能直接受加工后的表面影響。質(zhì)量零件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只有極薄的一層（幾微米～幾十微米），但都錯(cuò)綜復(fù)雜地影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。

一、影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

1.表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品性能的影響

零件的磨損過(guò)程：起始磨損——正常磨損——快速磨損。表面粗糙度太大和太小都不耐磨。表面粗糙度太大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??；表面粗糙度太小，也會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。因?yàn)楸砻嫣饣?，存不住?rùn)滑油，接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，載荷加大時(shí)，磨損曲線向上、向右移動(dòng)，最佳表面粗糙度值也隨之右移。紋理方向與運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，耐磨性較好。加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因?yàn)樗鼓Σ粮北砻鎸咏饘俚娘@微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高，這是因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏松”，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。

2.表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

（1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差，對(duì)承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。

（2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，殘余拉應(yīng)力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展，而降低疲勞強(qiáng)度殘余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。

（3）表面質(zhì)量對(duì)零件配合質(zhì)量的影響

表面粗糙度對(duì)零件配合精度的影響：表面粗糙度較大，則降低了配合精度。表面殘余應(yīng)力對(duì)零件工作精度的影響： 表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會(huì)影響它們精度的穩(wěn)定性。

（4）表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

a. 表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。

b. 表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

零件表面殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性。表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能還有其他方面的影響：如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測(cè)量精度；對(duì)滑動(dòng)零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。

二、影響表面粗糙度的因素

1.切削加工影響表面粗糙度的因素

（1）刀具幾何形狀的復(fù)映

刀具相對(duì)于工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(fù)映。減小進(jìn)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(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度，合理選擇潤(rùn)滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)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。

（2）工件材料的性質(zhì)

加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)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。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(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)，使表面質(zhì)量下降。

（3）切削用量

切削用量是切削時(shí)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的總稱，包括切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削深度）。

2.磨削加工影響表面粗糙度的因素

正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過(guò)程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也是由幾何因素和表面金屬的塑性變形來(lái)決定的。影響磨削表面粗糙的主要因素有：砂輪的粒度；砂輪的硬度；砂輪的修整；磨削速度；磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)；工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量；冷卻潤(rùn)滑液。

三、影響加工表面層物理機(jī)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(jī)械性能產(chǎn)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(yīng)力的產(chǎn)生。

四、提高機(jī)械加工工件表面質(zhì)量的措施

1.制定合理的工藝規(guī)程

制訂科學(xué)合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質(zhì)量的基礎(chǔ)，科學(xué)合理的工藝規(guī)程是加工工件的方法依據(jù)。只有制訂了科學(xué)合理的工藝規(guī)程，才能為加工工件表面質(zhì)量滿足要求提供科學(xué)合理的方法依據(jù)，使加工工件表面質(zhì)量滿足要求成為可能。

2. 合理地選擇切削參數(shù)

選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質(zhì)量。切削參數(shù)的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進(jìn)給速度的選擇等。

3. 合理地選擇切削液

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，以保證工件的加工質(zhì)量。

4. 工件主要工作表面最終工序加工方法

工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要，因?yàn)樽罱K工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機(jī)器零件的使用性能。

五、結(jié)論

當(dāng)零件表面存在殘余應(yīng)力時(shí)，它的疲勞強(qiáng)度會(huì)有明顯的下降，尤其對(duì)應(yīng)力集中或在有腐蝕性介質(zhì)中工作的零件影響較為明顯。所以，在機(jī)械加工時(shí)應(yīng)盡量避免或減小殘余應(yīng)力。

另外，生產(chǎn)中改善表面層材質(zhì)變化常用的方法是滾壓、擠（脹）孔、噴丸強(qiáng)化、金剛石壓光等冷壓方式。這些方法在實(shí)踐的生產(chǎn)應(yīng)用中極大地提高了機(jī)械加工零件的表面質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的工作性能、可靠性和壽命。

工件的表面質(zhì)量與其使用性能密切相關(guān)，工件的使用性能是以保證機(jī)器正常工作為前提的設(shè)計(jì)要求，因此在加工工件過(guò)程中，我們還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益等多方面考慮，既保證工件表面的加工質(zhì)量，又避免增大零件的制造成本，造成不必要的損失。

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