機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響

詹 瓊（阜寧縣職教中心,江蘇 阜寧 224400）

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響

詹 瓊
（阜寧縣職教中心,江蘇 阜寧 224400）

在機(jī)械加工的工作中，除了機(jī)械加工精度之外機(jī)械加工的表面質(zhì)量也是一個重要的關(guān)注方向，機(jī)械加工表面質(zhì)量指的是零件加工之后的表面層狀態(tài)，本文主要對機(jī)械加工表面質(zhì)量的內(nèi)容以及機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素和完善進(jìn)行了相關(guān)探討。

機(jī)械加工; 表面質(zhì)量; 機(jī)器使用; 性能; 影響; 完善

0 引言

在機(jī)械加工質(zhì)量中，零件表面質(zhì)量是一項重要的評判因素，機(jī)械加工之后零件表面層的微觀幾何結(jié)構(gòu)以及表層金屬材料性質(zhì)的變化即為機(jī)械加工表面質(zhì)量的表現(xiàn)，機(jī)械加工之后的零件由于各方面的影響并不能呈現(xiàn)完全光滑的表面，不可避免的在不同程度上會存在冷硬、裂紋、粗糙波紋等缺陷問題，這種缺陷的表現(xiàn)極為精細(xì)，通常表現(xiàn)為0.05～0.15mm，雖然表現(xiàn)不夠明顯但是這些表面的質(zhì)量情況直接影響著機(jī)器零件的正常使用和性能表現(xiàn)，在零件和機(jī)器的使用過程當(dāng)中，絕大部分的磨損、疲勞等形式的損害都是從零件表面問題產(chǎn)生的，在工業(yè)日益發(fā)展的今天，機(jī)器也在不斷的向著高速化、精密化以及多功能化的方向發(fā)展，機(jī)器在這種情況下的使用對于零件的要求更為精密，表面的質(zhì)量問題容易造成機(jī)器運(yùn)行的問題或者零件的失效，所以在工作中必須對機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行充分的控制。

1 機(jī)械表面加工質(zhì)量的內(nèi)容

在機(jī)械加工表面質(zhì)量控制當(dāng)中首先我們要了解的就是機(jī)械表面加工質(zhì)量的主要內(nèi)容。

1.1 表面層的物理力學(xué)性能

表面層的物理力學(xué)性能主要是指在加工過程中，由于加工條件對金屬表面的作用所產(chǎn)生的冷作硬化等問題，這種表面層的金相組織變化即為表面層的物理力學(xué)性能表現(xiàn)。

1.2 表面層幾何形狀的表現(xiàn)

表面層的幾何形狀也是有多種類的表現(xiàn)形式：

1.2.1 表面粗糙度

表面粗糙度主要是指在加工中形成的表面上較小間距以及峰谷組成的微觀幾何表現(xiàn)，這是一種誤差的表現(xiàn)，這種誤差的評定主要是根據(jù)輪廓算數(shù)平均偏差值或者輪廓微觀不平度的十點平均高度，通過這兩個值即可對表面粗糙度有一個準(zhǔn)確的評定。

1.2.2表面波度

這種表面幾何形狀的表現(xiàn)是介于微觀表面粗糙和宏觀形狀誤差之間的一種形狀誤差，這屬于周期性誤差的一種，主要原因是由于機(jī)械加工過程中的低頻振動，屬于工藝缺陷。

1.2.3 表面加工紋理

這種表面幾何形狀表現(xiàn)為表面經(jīng)過切削等工藝之后造成的刀紋的形狀紋理，這種誤差的表現(xiàn)主要由表面形成方式以及所采用的加工方法、切削方式所決定的。

1.2.4 傷痕

這種表面的性質(zhì)表現(xiàn)在個別位置上出現(xiàn)的缺陷，例如裂痕、氣孔、劃痕、砂眼等，這種誤差缺陷沒有固定的形式，往往是隨機(jī)產(chǎn)生。

2 機(jī)械表面加工質(zhì)量造成的影響

2.1 對耐磨性的影響

零件的磨損在生產(chǎn)過程中是一項非常重要的因素，在零件磨損過程中往往分為三個階段，初期磨損、階段正常磨損以及劇烈磨損，其中磨損的重要原因之一就是表面粗糙程度，表面粗糙程度越小對于零件來說磨損度越小，磨損性能就越好，但是表面過于光滑仍會造成一定的問題，表面光滑直接影響到潤滑油的附著，從而造成接觸面之間的分子粘結(jié)加重，磨損程度反而更大，也就是說減小磨損不是一味地降低表面粗糙度，而是科學(xué)的選擇一個最佳值，該最佳值需要根據(jù)具體的工程情況進(jìn)行計算得出，從而減少磨損，提高利用率。

2.2 對疲勞強(qiáng)度的影響

金屬由于在交變荷載的不停作用下往往會造成零件表面或者表面直線產(chǎn)生硬化層，從而出現(xiàn)疲勞破壞，疲勞強(qiáng)度直接關(guān)系到零件的表面質(zhì)量問題，通常來說表面粗糙度與抗疲勞能力成反比。

2.3 對耐蝕性的影響

由于表面的粗糙往往會增加接觸面積，所以表面的粗糙度對于耐蝕性也有重要的影響，通常表現(xiàn)為表面粗糙度值愈大，抗蝕性就愈差。

2.4 對配合質(zhì)量的影響

在間隙配合中，粗糙度也會有所影響，粗糙值越大固然磨損就會越大，間隙增大就會造成配合出現(xiàn)問題，配合性質(zhì)不能保障，并且在配合中由于過盈配合的出現(xiàn)就會造成配合件之間的連接強(qiáng)度降低，影響配合質(zhì)量。

3 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素和完善措施

3.1 切削加工

在機(jī)械的切削加工中，刀具的應(yīng)用會對工件的運(yùn)動留下切削層殘留，這種殘留就會造成機(jī)械加工表面質(zhì)量的問題，刀具的切削殘留需要從多方面進(jìn)行處理，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。

除此之外，在切削過程中增大刀具的前角，合理選擇潤滑方式，提高刀具刃磨質(zhì)量等都能夠有效的減小表面粗糙情況，提高機(jī)械加工表面質(zhì)量。

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3.2 工件材料的性質(zhì)

在塑性材料的加工時，刀具對金屬會產(chǎn)生一個擠壓的作用從而造成金屬的塑性變形，并且刀具造成的撕裂作用也會造成表面的粗糙加大，工件的韌性越好金屬的塑性變形就愈大，這種塑性變形就會造成表面粗糙程度的不斷加大，在脆性材料的加工過程中由于切屑的影響容易造成表面麻點的出現(xiàn)，對于表面粗糙難以保證。這種情況下就需要根據(jù)不同的材料性質(zhì)進(jìn)行切削方式的選擇，從而減輕表面的粗糙程度。

3.3 磨削加工

與切削加工產(chǎn)生的表面粗糙一樣，磨削加工也是一個重要的影響因素，磨削加工的表面粗糙表現(xiàn)也是由于幾何因素和表面金屬本身的塑性變形產(chǎn)生的，包括了砂輪的硬度、砂輪的粒度、砂輪的修正磨削速度等。

加工表面層的物理機(jī)械性能在切削和磨削加工中容易產(chǎn)生熱作用，在熱作用的效果下金屬表面的顯微硬度產(chǎn)生變化、殘余應(yīng)力和金相組織出現(xiàn)變化，在磨削加工中產(chǎn)生的熱和塑性變形比切削更嚴(yán)重，所以在磨削過程中要合理使用切削液降低區(qū)域溫度，避免燒傷的問題，并且還能夠沖去切屑和脫落的顆粒等，降低表面粗糙程度，提高工件質(zhì)量。

3.4 表面層冷作硬化

在機(jī)械加工中對于冷硬化的主要因素包括：切削刃鈍圓半徑增大，塑性變形加劇等。刀具后刀面磨損增大，后刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削速度增大，進(jìn)給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。

3.5 表面層材料金相組織變化

在工件加工過程中由于相互作用到一定程度之后就會造成表面層溫度的提高，表面層溫度就會對表層金屬產(chǎn)生作用，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的溫度值以后就會造成表層金屬的金相組織類變化，這種金屬的自身變化就會影響到金屬本身的硬度以及強(qiáng)度，隨之還會在表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力的問題，這就是磨削燒傷的一種表現(xiàn)放似乎，根據(jù)過程來說在磨削中可能產(chǎn)生的燒傷通常表現(xiàn)為以下幾種，一是回火燒傷，是由于磨削區(qū)溫度高到淬火鋼的相變溫度，這就會造成工件表層金屬發(fā)生變化，第二是淬火燒傷。如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，這種情況下造成的燒傷即為回火燒傷。三是退火燒傷，當(dāng)磨削區(qū)的溫度大幅度提高到相變溫度值的時候，沒有及時的添加或者補(bǔ)充冷卻液的情況下就會造成表層金屬出現(xiàn)退火組織為退火燒傷。

對于磨削燒傷的改善最主要的就是要找到磨削燒傷的根源，磨削燒傷是由于磨削熱造成的，這就需要從磨削熱的產(chǎn)生進(jìn)行完善，一是從工藝上盡量減少磨削熱的產(chǎn)生，二是在冷卻上要提高冷卻效果，合理選擇工具和冷卻條件以及切削用量，從而對切削熱進(jìn)行有效的控制，盡量減小由于切削磨削造成的表面質(zhì)量問題。

3.6 表面層殘余應(yīng)力

在切削過程中金屬內(nèi)層塑性變形的產(chǎn)生會造成金屬表面的比容增大，這種塑性變化容易出現(xiàn)在金屬的表層，從而造成表層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力的現(xiàn)象，另外在切削加工中由于切削熱的產(chǎn)生也會造成表面殘余應(yīng)力的問題，最后由于不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。

在工件零件的加工過程中最終工序的選擇不能忽視，最終工序如果造成殘余應(yīng)力的問題將直接影響到功能的使用，所以在最終工序加工方法要根據(jù)零件的工作表面條件以及破壞可能產(chǎn)生的形式進(jìn)行科學(xué)的選擇，從而盡可能的避免造成殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，提高工件質(zhì)量，保證工件在應(yīng)用過程中的科學(xué)有效。

4 結(jié)語

綜上所述，在機(jī)械加工中，表面質(zhì)量是一項非常關(guān)鍵的因素，在這種情況下我們需要對表面質(zhì)量的影響因素進(jìn)行充分的分析，提高對表面質(zhì)量的重視程度，加大在加工過程中的工藝控制和管理方法，真正實現(xiàn)工件表面質(zhì)量的有效保障，提高工件的質(zhì)量，為工業(yè)化的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.254