影響金屬切削加工表面質(zhì)量的因素

張偉健 張丹丹

【摘要】近年來，工業(yè)技術(shù)得到了很大的提高，對(duì)機(jī)械設(shè)備要求更加嚴(yán)格，在某些惡劣的工況條件下，一些重要零部件仍要正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果表面層有任何瑕疵，不僅直接影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且還會(huì)導(dǎo)致零部件的損壞，縮短零部件的壽命。所以說，金屬切削加工表面質(zhì)量十分重要，該問題也受到更多的關(guān)注。

【關(guān)鍵詞】金屬切削；外表面；影響因素

1、引言

通過大量的實(shí)踐已經(jīng)證明，在實(shí)際的機(jī)械加工中，理想的光滑表面較難實(shí)現(xiàn)，總是存在某些細(xì)微的誤差。除此之外，在加工時(shí)，表面材料會(huì)受到切削力、切削熱的影響，也使得原有的機(jī)械性能發(fā)生一定的改變。我們都知道，所謂表面質(zhì)量，就是機(jī)械加工后，零件表面層發(fā)生微觀上的幾何形態(tài)變化，或者表層材料性質(zhì)發(fā)生改變。所以說，表面質(zhì)量主要包括兩個(gè)方面：一方面是加工表面粗糙度，另一方面是表面層的機(jī)械性能變化。這兩方面的好壞會(huì)直接影響零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性、配合質(zhì)量等等。例如，表面粗糙度會(huì)直接影響零件表面的抗磨損性能，表面越平滑，就越能抗磨損。但物極必反，表面過于平滑時(shí)，其表面不能附著潤滑油，導(dǎo)致磨損增加。所以說，這些因素都有一個(gè)最優(yōu)值，以維持零部件在設(shè)備中的最佳機(jī)械性能。

2、影響金屬切削加工表面質(zhì)量的因素

2.1 影響表面粗糙度的因素

2.1.1 工件材料的性質(zhì)。加工塑性材料時(shí)，由于刀具對(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)，使表面粗糙度增大

2.1.2 切削加工的方式。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)的塑性變形的程度，合理選擇潤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。影響切削表面粗糙的主要因素有：

a.切削速度、切削深度、工件速度、切削效率、工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量。減小切削用量和提高切削速度，可以增加工件單位面積上的刻痕數(shù)，同時(shí)可降低因塑性變形造成的表面粗糙度。因?yàn)樵诟咚偾邢飨?，切削表面來不及塑性變形，因而提高切削速度有利于降低表面粗糙度。增大切削深度和提高工件速度?huì)使塑性變形加劇，從而增高粗糙度。為了提高切削效率，通常在開始切削時(shí)采用較大的切削深度，而在切削后期采用小的切削深度，或進(jìn)行無進(jìn)給切削，以降低工件表面粗糙度。

b.切削液對(duì)加工過程起冷卻和潤滑作用，能降低切削區(qū)的溫度，減少刀刃與工件的摩擦，從而減少切削過程的磨損程度。

c.切削力對(duì)金屬切削處理的影響。材質(zhì)的抗剪切強(qiáng)度和切削力呈正有關(guān)關(guān)系，即較高的抗剪切強(qiáng)度，更大的處理力。切削力也受該材質(zhì)的韌性和延展性影響，韌性更好，處理力更大。

2.1.3 切削刀具的影響。碳鋼、合金鋼抵制彎曲的能力很強(qiáng)，但其耐高熱性能特別不好，中、低速切削可考慮。高速鋼的堅(jiān)硬程度非常高，抗損傷和破壞能力很強(qiáng)，耐高熱，其導(dǎo)熱性也很好。在高溫情況下，高速鋼可完成處理工作，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。還有一種刀具，它是在高速鋼的基礎(chǔ)上，添加某些微量元素，大大增加高速鋼的抗損傷性能和耐高熱性能，氧化鋁是高速鋼的主要成分，壓制后燒結(jié)。其化學(xué)性能十分穩(wěn)定，它適合于高速切削?？偹苤@石是最堅(jiān)硬的材質(zhì)，不僅可以完成有色金屬的切削處理，也可以完成非金屬材質(zhì)高精度的處理。處理工具性能的好壞直接影響到處理過程的安全性和高效性。

2.2 影響加工表面層機(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。由于磨削加工時(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱，比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層機(jī)械性能的變化會(huì)很大。

2.2.1 加工方法的影響

考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋，會(huì)因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。

2.2.2 冷作硬化

冷作硬化是指在機(jī)械加工過程中，因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生相對(duì)位移，使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高。表面層金屬強(qiáng)化，會(huì)增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。

影響冷作硬化的主要因素。切削刃鈍圓半徑增大，對(duì)表層金屬的擠壓作用增強(qiáng)，塑性變形加劇，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。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)。切削刃鈍圓半徑對(duì)加工硬化的影響切削速度增大，刀具與工件的作用時(shí)間縮短，使塑性變形擴(kuò)展深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大后，切削熱在工件表面層上的作用時(shí)間也縮短了，將使冷硬程度增加。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。

2.2.3 熱塑性變形

表面層在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較低，因此表面層熱膨脹受基體的限制產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表面層的溫度超過材料的彈性變形范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑性變形。當(dāng)切削過程結(jié)束，溫度下降至與基體溫度一致時(shí)，因?yàn)楸砻鎸右旬a(chǎn)生熱塑性變形，但受到基體的限制產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力，里層則產(chǎn)生了壓應(yīng)力。

3、結(jié)論

基于以上分析，金屬切削過程中，首先必須做應(yīng)力分析，合理選擇切削液和刀具材料。產(chǎn)品的質(zhì)量與穩(wěn)定性與表面質(zhì)量密切相關(guān)的，在工作??的過程中，在保證工件表面質(zhì)量的同時(shí)，還要避免增加零件的制造成本。因此，只有認(rèn)真負(fù)責(zé)的完成這些工作，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，減少質(zhì)量問題的發(fā)生，處理好表面質(zhì)量，提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。才能有效地控制金屬切削的表面質(zhì)量，獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品，從而取得更好的成績(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高國紅，孫玉剛.提高數(shù)控處理中心切削效率的途徑[J].才智，2011（21）.