淺析機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素與改善途徑

■龍世鋒 ■湖南中鐵五新鋼模有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100

機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件最外層的粗糙程度，零件表面的粗糙值越大，則零件的磨損程度相對(duì)較高，則零件的質(zhì)量也會(huì)相對(duì)降低。因此，想要提高零件的質(zhì)量，首先要提高加工表面的質(zhì)量。

1 零件表面加工質(zhì)量的影響因素

1．1 耐磨性的影響

零件的磨損程度是由機(jī)械加工表面的質(zhì)量好壞決定的，零件的磨損分為初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個(gè)階段。零件的表面磨損程度還與機(jī)械加工表面的粗糙程度有關(guān)，在使用過(guò)程中，表面粗糙程度與零件表面磨損程度呈正比，與其使用壽命呈反比，表面粗糙程度越小，則受損值就越小，其使用壽命越長(zhǎng)，但并不是粗糙值越小對(duì)零件就越好，粗糙值太小，則潤(rùn)滑油不容易被儲(chǔ)存，在零件運(yùn)行的過(guò)程中容易和其他零件發(fā)生摩擦，從而導(dǎo)致零件受損，因此，在制造零件之前要先設(shè)計(jì)出相應(yīng)的磨損值。

1．2 疲勞強(qiáng)度的影響

金屬都有個(gè)特性：通過(guò)對(duì)金屬施加荷載或其他作用，會(huì)使金屬產(chǎn)生一定的變形和冷熱交替的物理現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象在理論上被稱為疲勞強(qiáng)度。所以，加工零件的表面光滑程度決定了其疲勞強(qiáng)度的大小。零件表面越光滑，其抵抗疲勞的能力越強(qiáng)。

1．3 耐蝕性的影響

零件的表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響也比較大，零件表面粗糙值越大，則其抗耐蝕性越差。

2 機(jī)械加工表面質(zhì)量較差的原因

2．1 切削加工和磨削加工

零件在進(jìn)行最后的表面加工時(shí)，一些刀具的幾何形狀會(huì)殘留到零件表面上，形成削削層殘留面積。殘留面積的大小和高度由進(jìn)給量、主偏角、副偏角決定，因此，想要減小殘留面積的高度要從這幾個(gè)方面考慮，可以適當(dāng)減小這些值以及增大刀尖圓弧半徑。同時(shí)，導(dǎo)致零件加工表面質(zhì)量較差的原因還包括刀具的前角。由于每個(gè)零件的材料性質(zhì)不同，其在加工時(shí)表面的粗糙程度也各有不同，若零件具有較強(qiáng)的韌性，那么就有相應(yīng)的金屬塑形，對(duì)于加工的表面光滑度也相對(duì)較小。若零件具有較大的脆性，則在加工切屑時(shí)會(huì)出現(xiàn)碎粒狀，從而留下相應(yīng)的麻點(diǎn)，導(dǎo)致加工表面的光滑度降低。

零件表面的粗糙程度還與磨削加工有很大的聯(lián)系。磨削加工表面粗糙度成因是由于幾何因素與表面金屬的塑性變形相結(jié)合，影響其的因素主要有砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整磨削速度等。

2．2 表面層冷作硬化

冷作硬化的定義是在對(duì)機(jī)械表面質(zhì)量進(jìn)行加工時(shí)受到切削力的影響從而導(dǎo)致其的塑性發(fā)生一定的改變，晶粒會(huì)隨著塑性的變化而出現(xiàn)被拉長(zhǎng)或纖維化現(xiàn)象甚至還有些晶粒受到塑性作用而產(chǎn)生破碎現(xiàn)象，使其發(fā)生移動(dòng)，這些都會(huì)提高金屬的硬度和強(qiáng)度。這就是冷作硬化，也被稱為強(qiáng)化。金屬一般發(fā)生強(qiáng)化的效果后，就會(huì)使其變形阻力加強(qiáng)，而塑性卻會(huì)隨之逐漸減弱，從而讓金屬的物理特點(diǎn)與原來(lái)發(fā)生不一樣。金屬的強(qiáng)度和硬度被提高后，其狀態(tài)會(huì)變成高能位狀態(tài)并且不穩(wěn)定，而弱化現(xiàn)象就是金屬的此時(shí)狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展。弱化作用會(huì)受到物理性質(zhì)的影響，如溫度的高低、溫?zé)岢掷m(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短以及強(qiáng)化程度的大小。在加工金屬零件的過(guò)程中會(huì)同時(shí)受到力和熱的作用，所以，機(jī)械加工表面的最后性質(zhì)是由強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果決定的。在評(píng)定冷作硬化時(shí)，其指標(biāo)主要包含了三項(xiàng)，分別是硬化程度、顯微硬度以及硬化層深度。

2．3 表面材料的金相組織

零件加工表面的金相組織是隨著其溫度變化而變化的。相變溫度高于或者低于表面溫度時(shí)，其金相組織也會(huì)發(fā)生改變。并且在相變溫度較低時(shí)，會(huì)在很大程度上降低其強(qiáng)度和硬度，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋，這就是磨削燒傷的基本定義。

3 提高機(jī)械表面加工質(zhì)量的改善途徑

通過(guò)對(duì)加工表面質(zhì)量影響因素的分析，可以了解到影響表面粗糙程度的因素主要有切削條件、刀具、工件材料以及熱處理等幾個(gè)方面。想要提高加工表面的質(zhì)量，則要改善其表面的粗糙程度。

3．1 改善刀具

從上文可知，刀具幾何形狀會(huì)復(fù)映到切削層上，從而留下殘留面積。因此，可以刀具上做相應(yīng)的改變，將加工刀具的刀尖圓弧半徑增大、減小副偏角或選用合適的修光刃或?qū)捜芯俚兜取Ｒ鶕?jù)工件的材料來(lái)選擇合適的刀具材料，避免使用有嚴(yán)重磨損的刀具，這樣可以有效的減小表面的粗糙度，從而提高加工表面質(zhì)量。

3．2 工件材料方面

工件材料的塑性性質(zhì)和金相組織是對(duì)零件加工表面光滑度的最直接的因素。故而，一些塑性比其他材料大，如低碳碳鋼和低合金鋼等，對(duì)這些表面加工的過(guò)程中，要先提高其韌性，進(jìn)行正火處理，從而在切削加工后能提高加工表面的光滑度。同時(shí)，在切削塑性材料時(shí)，要以較快的切削速度來(lái)進(jìn)行切削，這樣可以抑制積屑瘤的出現(xiàn)，從而減少進(jìn)給量，并且，要采用高效切削液，以此來(lái)增強(qiáng)機(jī)械工系統(tǒng)的剛度，提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，以此來(lái)提高機(jī)械加工表面的質(zhì)量。

3．3 加工方法方面

在對(duì)金屬零件表面進(jìn)行加工過(guò)程中，要特別注意其加工方法，應(yīng)選用精密、超精密或光整加工方法進(jìn)行。同時(shí)選用較小的徑向進(jìn)給量、軸向進(jìn)給速度和較大的砂輪速度，降低工件速度，用細(xì)粒度砂輪。要經(jīng)常對(duì)砂輪表面進(jìn)行修整，使砂輪上的磨粒保持鋒利，從而可以更好的進(jìn)行磨削工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

零件表面的質(zhì)量直接影響零件的使用壽命。因此，要從不同的方面來(lái)降低機(jī)械加工表面的粗糙度，從而提高加工表面的質(zhì)量，延長(zhǎng)機(jī)械加工零件的使用壽命。

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［2］王凱為．淺析機(jī)械加工表面質(zhì)量影響因素［J］．?dāng)?shù)字化用戶，2013，05∶28+33．

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［4］張亞標(biāo)．機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及改進(jìn)對(duì)策研究［J］．湖南農(nóng)機(jī)，2014，09∶68 －69．