機械加工零件表面質量控制分析

辛樞（江蘇省濱海中等專業(yè)學校，江蘇 濱海 224500）

機械加工零件表面質量控制分析

辛樞
（江蘇省濱海中等專業(yè)學校，江蘇 濱海 224500）

零件表面質量是影響零部件使用壽命的重要因素，伴隨著現在科技水平的不斷提高，在加工過程中對零件的表面質量有了更高的要求。要達到這個目的不僅要有高精度的機器設備，還要對影響表面質量的因素有所了解，更要在生產實踐中采取一定的措施，從而更好的提高機械加工零件的表面質量。

表面質量；表面粗糙度；耐磨性

1 表面質量對零件使用性能的影響

（1）表面質量對耐磨性的影響。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，磨損反而增加。（2）表面質量對抗疲勞強度的影響。金屬在受到交變載荷的作用之后產生的疲勞破壞通常會發(fā)生在零件的表面和表面冷硬層的下面，在交變載荷作用下，表面粗糙度值越大，表面的紋痕越深，抗疲勞破壞的能力就越差。（3）零件表面質量對耐腐蝕性能的影響。表面質量決定了耐腐蝕性能的強弱，加工表面的粗糙度越差，在其表面上腐蝕性物質就越容易聚集，這將會嚴重降低加工表面的耐腐蝕性能。（4）零件表面質量對配合質量的影響。對于間隙配合而言，粗糙度值大會使間隙增大，破壞了所要求達到的配合性質。在機械零件過盈配合中，配合件在裝配的過程中由于工件表面一部分凸起的波峰被擠平，造成過盈量減小，因此降低了配合件之間的連接強度。有的時候，直接使加工出來的工件配合不起來。

2 影響表面粗糙度的因素

表面粗糙度受刀尖圓弧半徑、進給量及刀具的主偏角、副偏角有關。切削過程中刀具刃口鈍圓半徑及后刀面對工件的擠壓、摩擦作用使金屬材料發(fā)生塑性變形，使表面粗糙度惡化。

（1）刀具材料和幾何參數：在切削條件相同時，用硬質合金刀具加工出的表面粗糙度遠比用高速鋼刀具加工的要低。并且適當地減小r、K和k可降低表面粗糙度。（2）切削液：在機械加工過程中，因為切削液能滲透到刀具的前面、主后面、副后面以及切屑上，因此能減少刀具、切屑與工件間的摩擦力，并能在刀具表面上形成吸附性的潤滑膜，從而減少了刀具與工件間的摩擦和黏結，改善加工材料的切削加工工藝性能，從而提高工件的表面質量。

3 提高機械零件加工表面質量的具體措施

（1）零件材料方面。材料本身的物理、力學性能以及熱處理的效果對零件加工后的表面粗糙度、殘余應力都有著重要的影響。在加工工藝條件允許的條件下，可通過以下途徑改善零件的加工性能。①合理選擇毛坯材料的質量。提高毛坯外形的幾何尺寸精度，選擇適合加工的表面硬度，提高毛坯內部組織的均勻性，都可以提高加工時切削力的穩(wěn)定性，使加工振動及刀具磨損減小到最低限度，最終有利于提高零件加工表面質量。比如經過冷拔加工的低碳鋼、具有部分球化珠光體組織的中碳鋼易于切削加工；而細長、薄壁工件對切削力、切削溫度、振動十分敏感，切削加工較為困難，表面粗糙度難于達到。②通過適當熱處理改善切削加工性。通過熱處理可改變加工材料的金相組織，使材料的切削加工性得到改善。如低碳鋼可經過正火適當降低塑性，提高硬度；熱軋中碳鋼金相組織不均勻，可經過正火可使得其組織與硬度均勻；高碳鋼及其工具鋼硬度高，有較多的片狀滲碳體組織，加工性能差，可經過球化退火降低其硬度，得到球狀滲碳體；不銹鋼可進行調質處理降低其塑性；鑄鐵可進行退火處理，降低表層硬度。這些措施都能有效地改善材料的切削加工性，提高加工零件的表面質量。

（2）刀具方面。①合理選擇刀具材料。應根據工件材料和具體加工條件合理選擇刀具材料，提高加工表面質量。如涂層硬質合金、TiCN基硬質合金、陶瓷刀具一般適合加工鋼鐵等黑色金屬；而PCD刀具一般適合加工鋁、鎂、銅等有色金屬和非金屬材料；加工導熱性差的零件時，應采用導熱較好的刀具材料，使切削溫度迅速地傳出去，金剛石導熱系數為硬質合金的2~9倍，切削熱容易散出,這對于表面粗糙度要求很高的精密加工來說非常適合。②提高刀具鋒利程度，減小切削層擠壓變形。減小擠壓變形可以降低切削力與切削溫度，是提高零件表面質量的有效措施。對切割與擠壓變形影響較大的是刀具的前角與刃口圓弧的大小。第一，加大刀刃前角。增大刀具前角能使金屬材料被切削層受到擠壓變形和摩擦減小，總切削抗力減小，排屑順暢，刀具的切割效果突出。第二，減少刀尖的圓弧半徑。減少刀尖的圓弧半徑，切削時可以減小徑向切削力和刀尖的變形量，從而減小刀具的振動。第三，用刀具斜刃切削。刀具斜刃切削時，刀具的實際前角加大，使切屑流向改變，從而加強了刀具的切割效果。③提高刀具的刃磨質量。使用前、后刀面粗糙度小的刀具，可以減小刀具與切屑之間的摩擦，從而降低切削變形和切削力，并能抑制積屑瘤和鱗刺的產生，從而保證零件表面的質量。

（3）切削用量方面。①切削速度v：加工塑性材料時，切削速度為低速或者中速時易產生鱗刺和積屑瘤，粗糙度也大。提高切削速度可以降低切削力，積屑瘤和鱗刺高度會降低或消失，使零件表面質量提高。因此，采用較高的切削速度，既可以提高工件表面質量，又可以提高勞動生產率，所以盡量采用新刀具材料和結構，以便有可能采用更高的切削速度。②進給量f和切削深度ap：減少加工時的進給量和切削深度，可以減小表面粗糙度，但進給量和切削深度減小到一定程度再減小，表面粗糙度不會明顯下降；當進給量更小時，粗糙度反而會上升。

（4）冷卻潤滑方面。合理選擇和使用切削液，可以減少零件的變形抗力和摩擦阻力。在實際加工過程中，要根據具體情況選用切削液，并與適當的冷卻潤滑方法相配合，能夠有效降低塑性變形、切削區(qū)域的溫度和刀具磨損，顯著提高表面質量。用高速鋼切削塑性材料時，要加切削液；在精加工時，切削液對減少外磨擦、降低切削溫度、抑制積屑瘤的產生，起著十分重要的作用。

（5）其他方面。①提高機床剛性及運動精度。盡管機床具有很高的剛度，但振動仍然是影響表面粗糙度的主要因素之一。在實際加工過程中，機床主軸振動、導軌振動以及刀具振動都會使刀具與工件間相對位置發(fā)生微幅變動，最終使零件表面微觀特征的改變，表面質量降低。機床剛性好、精度高，對減小切削力的波動和抑制振動效果明顯，可保證切削加工的平穩(wěn)性，提高零件表面質量。②提高刀具剛性。刀桿橫截面積大、刀桿伸出刀架長度短，刀具剛性好，就不會發(fā)生刀具和工件間的自激振顫。當振顫出現后，切削速度產生瞬間變化，引起切削力和摩擦力大小出現周期性變化，工件表面出現振紋以及共振現象，并產生噪聲，工件表面質量將明顯變壞。③合理選擇加工方法：選擇不同的切削方法，所獲得表面粗糙度不同；比如鉆孔的精度一般為3.2~6.3 um。鏜孔的精度一般為1.6~3.2 um。因此，應根據表面質量的不同要求恰當的確定加工方法。④控制殘余應力的分布：在切削加工中控制殘余應力的平衡，可以避免或減小零件的變形，提高零件的表面質量。如采用對稱切削法、減小切削進給量等。

4 結語

由于機械零件加工表面對零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、配合性、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響，因此對零件的重要表面應提出一定的表面質量要求，更要注重刀具方面、零件方面、切削用量方面、冷卻方面，要采取一定的措施，從而更好的提高機械零件的加工質量。

[1] 陸劍中.金屬切削原理與刀具[M].機械工業(yè)出版社，2005.7.1

TH161

A

1671-0711（2016）07（下）-0023-02