機加工表面質(zhì)量改進措施

王海峰

摘 要：經(jīng)過機械加工處理后的零件，表面有細微的不平整，這種現(xiàn)象，我們稱為粗糙度，而被加工的物品的力學(xué)性、物理性和化學(xué)性一樣會受到來自被加工質(zhì)量的影響。機械設(shè)備自身的適用程度和穩(wěn)定性，以及機械構(gòu)件的抗磨損度、抗腐蝕性和損壞度等性能，這些因素都是會在很大程度上影響到加工物品外表質(zhì)量。掌握機械設(shè)備的技術(shù)方法對于加工外部質(zhì)量所產(chǎn)生影響的作用規(guī)律，對于加強物品外表質(zhì)量和設(shè)備的使用效果，都有著非常重要的意義和作用。

關(guān)鍵詞：機加工；粗糙度；零件

中圖分類號： TH13 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）15-192-2

0 引言

零件在機械加工后表面的微觀不平度，我們叫做機械加工表面質(zhì)量，也可以叫做粗糙度，零件經(jīng)過機械加工后，其表面可能會影響到被加工零件的各種性能。零件表面的質(zhì)量同時還會影響了產(chǎn)品的工作性能和可靠性。

1 機械的粗糙度對于產(chǎn)品性能的影響

1.1 粗糙度對于耐磨性的影響

零件的磨損可以分為三個階段，分別是初期磨損、正常磨損、劇烈磨損。零件表面的粗糙度在很大的程度上都會影響到零件表面的磨損。一般來講，表面粗糙度的數(shù)值越小，零件的磨損性越強?？墒侨绻砻娲植诙鹊臄?shù)值過大，潤滑油很難被保存，在接觸面也容易使得分子粘接，因此，粗糙度能不能有一個合理的數(shù)值，這和零件平時的工作情況密不可分，工作載荷加大的時候，就會使初期磨損量也加大，從而粗糙度加大。

1.2 粗糙度會直接影響到疲勞程度

一般來說，金屬如果受到交變載荷的作用而出現(xiàn)了疲勞破壞，而疲勞破壞往往都是出現(xiàn)在冷硬層的下面。因此，疲勞強度受零件表面質(zhì)量的直接影響。零件表面粗糙值如果大，那么抗疲勞破壞的能力就會變小。

1.3 粗糙度對于耐腐蝕性的影響

零件的耐腐蝕性，在某種程度上來講，完全是取決于零件的表面粗糙度。零件表面的粗糙值越大，其抗腐蝕性就越差。

1.4 粗糙度直接影響了配合質(zhì)量

零件表面的配合質(zhì)量受粗糙度的直接影響。如果粗糙值大，就會使得磨損變得越來越大，進而間隙變大，這就不符合所規(guī)定的配合性質(zhì)要求。對于過盈配合來講，在裝配中，一些表面的凸峰被擠平，這就導(dǎo)致了過盈量也隨之變小，最終使各配件之間的連接強度降低了很多。

2 影響機械加工粗糙度的原因

2.1 切削加工

刀具在進行進給作用的時候，會在表面留下切削層的殘留面積，這些面積的形狀，就是刀具幾何形狀的反映。如果想要使殘留面積高度降低，就要先使進給量和主、右偏角縮小，然后使刀尖圓弧的半徑增加。同時，適當(dāng)使刀具的前角加大，會減小塑形變形的程度，而潤滑液的正確選擇，以及提高刃磨質(zhì)量，都是降低塑性變形和抑制刀瘤產(chǎn)生的方法，同時還是減小粗糙度值的必要措施。

2.1.1 零件的性質(zhì)

塑性材料在加工的過程中，由于刀具對金屬的擠壓所產(chǎn)生的變形，加上零件分離時候的撕裂作用，就使得零件表面的粗糙度增加。零件的韌性越好，就會帶動金屬的塑性變形越大，也會使加工表面變得更加粗糙。在對脆性材質(zhì)加工時，切屑都已經(jīng)成碎粒，其崩濺的碎片一旦落到了加工的表面，那么就會留下非常多的小坑，使表面變得非常粗糙。

2.1.2 零件表面受到磨削加工影響而變粗糙的原因

在正面切削的時候，零件表面粗糙度形成的過程完全一樣，幾何因素和金屬表面自身的塑性變形都將形成磨削加工時候表面的粗糙度。

2.1.3 加工表面層時候，物理機械性能的原因

在切削時，零件會受到切削力和切削熱的兩種作用，因此造成了金屬表面物理機械性能的變化，這其中最突出的就是金屬表面層的微硬度發(fā)生變化。

2.2 金屬表面層的冷作硬化

2.2.1 冷作硬化和評定參數(shù)

進行機械加工時，由于切削力而產(chǎn)生的塑性變形，就會導(dǎo)致品格扭曲，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致畸形，顆粒之間也會發(fā)生剪切滑移的現(xiàn)象，從而品粒被拉長以及纖維化，這些都是能夠使金屬表面層提高硬度和強度的因素，種種這些，我們統(tǒng)稱為冷作硬化。

金屬表面層的強化所產(chǎn)生的后果，是加大金屬變形的阻力，當(dāng)金屬的塑性變形變小時，物理性能也隨之發(fā)生一定的變化。被冷作硬化后的金屬，處在高能的位置，所以狀態(tài)十分不穩(wěn)定，可是只要一有機會，不穩(wěn)定的狀態(tài)就會向著穩(wěn)定的狀態(tài)方向轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象，我們就稱為硬化。

2.2.2 冷作硬化的產(chǎn)生因素

當(dāng)切削刃鈍圓的半徑變大的時候，金屬表面的擠壓作用也會變的更強，這就促使金屬表面塑性變形的形成，進而使冷作硬化加強。如果刀具后刀面的磨損程度發(fā)生變化，那么被加工的零件和后刀面之間的摩擦也會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，同時塑性變形變大，這些因素都會使冷硬加強。當(dāng)切削的速度加快的時候，刀具和零件間相互作用的時間會減少，從而使得塑性變形的擴展深度和冷硬層深度都會隨之變小。提升了切削的速度，切削熱在零件表面作用所用的時間就會縮短，這就使得冷硬程度相對加大。

2.3 金屬表面層材料的金相組織變化

經(jīng)過切削熱使得被加工的零件溫度上升，金屬表面層的金相組織也發(fā)生了相應(yīng)的變化。被磨的零件表面成溫度，大大超過了相變溫度，這時候，金屬的表面層就會發(fā)生金相組織變化，從而降低金屬表層的強度，同時產(chǎn)生殘余應(yīng)力，嚴重時將會產(chǎn)生裂痕，我們稱這種現(xiàn)象為磨削燒傷。

通常情況下，在磨削淬火鋼時會有三種不同的燒傷情況：

首先是回火燒傷。這種情況是指在磨削區(qū)的溫度還處在淬火鋼溫度之下，但是又超過了馬氏體的溫度，這時候金屬表面層的馬氏體組織，就會變成回火組織，因此，我們稱這種情況叫做回火燒傷。

第二是淬火燒傷。這種情況所指的是磨削區(qū)的溫度在相變溫度之上，再加上冷卻液的配合作用，在金屬的表面層會發(fā)生第二次的淬火，也就是說，在金屬的表面層會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度大大超過了起初的回火馬氏體，而在其下層，由于冷卻的時間較長，會使硬度對于開始時候的回火馬氏體，這種現(xiàn)象叫做淬火燒傷。

最后是退火燒傷。這種情況是說磨削區(qū)的溫度雖然超過了相變溫度，可磨削區(qū)還沒有使用冷卻液，這時候金屬表面層會出現(xiàn)退火組織，從而使表面層的硬度大幅度下降，這種現(xiàn)象我們稱為退火燒傷。

改變磨削燒傷的方法途徑有兩個：第一，是磨消熱的減少；第二是冷卻條件的完善。

2.4 表面層的殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

①在進行切削的同時，金屬表面層在受到加工時，內(nèi)部會發(fā)生塑性變形，這就增加了金屬表面層的比容，由于塑性變形只會發(fā)生在金屬的表層之中，而且金屬表層的比容增加，體積也會隨著發(fā)生膨脹，這些原因都會使金屬的表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。②切削熱在進行切削加工的時候會大量產(chǎn)生。③金相組織相互之間有著不同的密度，他們都擁有各自的比容，金屬的表面只要是金相組織發(fā)生變化，那么就會受到基體的阻礙，最終形成殘余應(yīng)力。

3 如何提升加工表面的質(zhì)量

正確的選擇刀具的幾何形狀，利用大的前后角，而且要盡量縮小切削刀刃口半徑；在使用刀具的同時，要正確對后刀面磨損寬度限制；正確選擇切削用量，用較高的切削速度和小的進給量；在加工的時候，采用切削液等等，都可以減少加工零件表面成的變形強化。同時，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常利用擠孔、噴丸強化和金剛石亞光等方法，進行表面層材質(zhì)的完善。通過這些措施的合理應(yīng)用，可以很快加強加工零件表面的質(zhì)量，從而提升其工作性能及可靠性。

4 結(jié)語

零件的表面存有殘余應(yīng)力的時候，疲勞強度就會有所下降，特別是有著應(yīng)力集中，或者是具有腐蝕性介質(zhì)的零件，會有更為突出的影響，而殘余應(yīng)力產(chǎn)生的因素更加復(fù)雜。除此之外，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常利用擠孔、噴丸強化和金剛石亞光等方法，進行表面層材質(zhì)的完善。從而提高產(chǎn)品自身的可靠性及工作性能。

參 考 文 獻

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