金屬切削加工表面質(zhì)量的影響因素分析

李云艷

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

金屬切削加工表面質(zhì)量的影響因素分析

李云艷

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

近些年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)械裝備的使用性能要求也越來越高，尤其是一些重要的零件在高壓力、高轉(zhuǎn)速、高溫度等條件下作業(yè)，其表面層任何一點(diǎn)的缺陷都有可能直接影響到零件的工作性能，帶來安全隱患。所以，如何在金屬切削加工中確保零件加工表面質(zhì)量則尤為重要。本文筆者即結(jié)合個(gè)人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，從影響金屬切削加工表面質(zhì)量的因素入手進(jìn)行粗略地分析，并提出提高金屬切削加工表面質(zhì)量的具體措施，以供參考。

金屬切削加工；加工表面；表面質(zhì)量；影響因素

眾所周知，在金屬切削加工過程中由于加工零件會(huì)受到切削力、摩擦、擠壓、切削熱、振動(dòng)等因素的共同作用，進(jìn)而使零件加工表面產(chǎn)生微觀幾何形狀的誤差以及表面物理力學(xué)性能的變化。雖然這個(gè)誤差與變化僅僅存在零件的表面層，但是長期使用下去勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響到機(jī)械設(shè)備的整體性能與使用壽命。尤其是在一些高壓力、高轉(zhuǎn)速、高溫度的高要求條件下進(jìn)行作業(yè)，任何一點(diǎn)瑕疵都可能帶來巨大的安全事故，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以，正確地理解零件表面的質(zhì)量內(nèi)涵，做好金屬切削加工過程中影響零件表面質(zhì)量的各種工藝因素的分析，對(duì)進(jìn)一步改善加工零件的表面質(zhì)量，提高加工零件的使用性能都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，以下筆者基于此目的對(duì)金屬切削加工表面質(zhì)量的影響因素進(jìn)行粗淺地分析與探討，以供參考。

1.零件加工表面的完整性

在機(jī)械加工中，我們對(duì)零件加工表面的完整性提出了明確的規(guī)定，要求加工零件的表面層不僅不能受到任何損傷，且物理機(jī)械性能與金相組織都必須能夠滿足產(chǎn)品的實(shí)際使用需求。目前，對(duì)零件加工表面完整性內(nèi)容的分析，主要包括在兩個(gè)方面：第一，對(duì)加工零件表面紋理組織相關(guān)的部分進(jìn)行研究與分析，包括：加工零件表面的微觀幾何形狀以及加工零件表面所存在的缺陷等特征，并且從微觀幾何學(xué)的角度入手，對(duì)零件表面的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行研究，衡量指標(biāo)為零件表面的粗超度；第二，對(duì)加工零件表面層物理特性相關(guān)的部分進(jìn)行研究與分析，如：對(duì)變形、加工硬化、殘余應(yīng)力、裂紋等物理特性的研究。

而如若本文筆者對(duì)金屬切削加工過程中，加工零件表面層的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，則可以看到其經(jīng)典結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，在金屬基體的上部為變形層，變形層在實(shí)際的切削加工中極易出現(xiàn)彈性變形、塑性變形、晶格扭曲而形成的加工硬化層。而加工硬化層又具有較高的硬度與殘余應(yīng)力，所以，相應(yīng)的金相組織也極易發(fā)生巨大的變化；而靠近基體的部分是塑性變形區(qū)；在塑性變形區(qū)的上面是熱變形區(qū)；在變形層的上面則是貝氏層、氧化層、吸附層等。

圖1　零件表面層結(jié)構(gòu)示意圖

2.對(duì)影響金屬切削加工表面質(zhì)量因素的分析

2.1機(jī)械使用性能對(duì)金屬切削加工表面質(zhì)量的影響

第一，零件加工表面受到耐磨性的影響。每一個(gè)加工零件，在最初階段摩擦副的兩個(gè)接觸表面都是由粗糙的峰部進(jìn)行的接觸。所以，此時(shí)的理論接觸面積大于實(shí)際接觸面積，且會(huì)在接觸部位引發(fā)單位應(yīng)力，造成實(shí)際接觸處的彈性變形、塑性變形，引發(fā)嚴(yán)重地磨損。

第二，零件加工表面受到疲勞強(qiáng)度的影響。在交變載荷作用之下，極易在零件加工表面的粗淺凹谷部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而造成疲勞紋。尤其是零件加工表面的粗糙度越大產(chǎn)生疲勞紋的紋痕也相應(yīng)更深，因此，相應(yīng)地抗疲勞破壞性能則更弱。同時(shí)，殘余應(yīng)力又是造成加工零件疲勞強(qiáng)度的根本因素，會(huì)進(jìn)一步加速疲勞破壞并進(jìn)一步擴(kuò)大疲勞裂痕，進(jìn)而嚴(yán)重影響加工零件的表面質(zhì)量。

第三，耐蝕性對(duì)零件加工表面帶來的影響。零件加工表面的粗糙程度直接決定了零件的耐蝕性，這是因?yàn)楸砻娲植谥翟酱?，在凹谷之中所聚集的腐蝕性物質(zhì)就越多，自然抗蝕性能也就越弱。同時(shí)，在零件的加工表面層中還存在殘余拉應(yīng)力，產(chǎn)生腐蝕開裂降低零件的實(shí)際耐磨性。

2.2加工零件表面粗糙度的影響因素

通過分析，我們可以看到影響切削加工表面粗糙度的因素主要有以下幾種：刀具幾何形狀的反映刀具，相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)所留下的切削層殘留面積，是刀具幾何形狀在表層的重要反映；在加工塑性材料時(shí)，刀具會(huì)對(duì)金屬層造成巨大的擠壓形成塑性變形，并且在切削過程中刀具還會(huì)迫切屑與工件之間發(fā)生分離撕裂作用，進(jìn)而增大加工零件表面的粗糙度。同時(shí)，切削過程產(chǎn)生的積屑瘤也會(huì)對(duì)加工零件的粗糙度造成巨大的影響；在脆性材料切削加工過程中，切削速度不會(huì)對(duì)加工零件的粗糙度造成太大的影響。

2.3加工零件表面層物理機(jī)械性能的影響因素

第一，表面層冷作硬化。影響冷作硬化的主要因素包括以下幾點(diǎn)：切削刃鈍圓半徑增大，其表面金屬層的擠壓作用增強(qiáng)，塑性變形加劇，冷硬情況增強(qiáng)；刀具后刀面的磨損程度隨著切削加工而不斷加劇，并加大了與加工表面的摩擦作用，塑性變形增大，冷硬情況增強(qiáng)。

第二，表面層材料的金相組織發(fā)生變化。切削過程中一旦被加工零件的表面實(shí)際溫度大于相變溫度，那么加工零件表面金屬層的金相組織就會(huì)發(fā)生巨大的改變，從而引發(fā)淬火燒傷、磨削燒傷、退火燒傷等問題。

第三，加工零件表面層的殘余應(yīng)力。而造成這一問題的根本原因，在于金屬切削過程中表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而里層金屬產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力，并在切削區(qū)產(chǎn)生了較大的切削熱。

3. 提高金屬切削加工表面質(zhì)量的幾點(diǎn)對(duì)策

3.1為金屬切削加工工作制定科學(xué)、合理的工藝規(guī)程

可以說科學(xué)、合理的工藝規(guī)程不僅僅是金屬切削加工工藝的重要依據(jù)，也是金屬切削加工工件質(zhì)量的重要保證。所以，為了進(jìn)一步提高加工零件表面質(zhì)量，就必須為金屬切削加工工作制定一個(gè)科學(xué)、合理的工藝規(guī)程。這里需要注意的是在工藝規(guī)程的制定上，必須做好定位基準(zhǔn)的選擇，且定位必須要準(zhǔn)確，盡可能將定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合，而工藝流程則是越短越好。

3.2在金屬切削加工中做好切削參數(shù)的合理選擇

選擇科學(xué)、合理的切削參數(shù)，不僅能夠進(jìn)一步防止積屑瘤的產(chǎn)生，還能夠?qū)⒗碚摷庸ぶ袣埩裘娣e的高度有效降低，從而保證加工零件的表面質(zhì)量。因此，合理選擇切削參數(shù)則尤為重要。而如若我們對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)地分析，則可以看到切削參數(shù)主要包括以下幾點(diǎn)：切削刀具角、切削速度、切削深度等方面的選擇。而通過大量文獻(xiàn)闡述與實(shí)際案例分析，我們可以得知，在切削塑性材料時(shí)，如若選擇了前角較大的刀具，那么對(duì)積屑瘤的產(chǎn)生有著很大的抑制作用。而這正是因?yàn)?，增大刀具的前角時(shí)，切削力與切削變形也會(huì)相應(yīng)地減小，而此時(shí)刀具與切屑的接觸時(shí)間短暫，也就無法為積屑瘤的形成預(yù)留下必要的空間與時(shí)間。

3.3在金屬切削加工中選擇合理的切削液

合理地選擇切削液，不僅能夠?qū)Φ毒吲c加工工件之間的摩擦參數(shù)進(jìn)行有效地改善，還能夠?qū)η邢髁?、切削溫度、刀具的磨損程度進(jìn)行有效地降低，進(jìn)而為加工工件的表面質(zhì)量做出必要的保證。

3.4做好加工零件表面最終工序加工方法的選擇

在金屬切削加工過程中，其最終工序會(huì)對(duì)該加工零件的表面留下殘余應(yīng)力，從而直接影響到機(jī)械零件的實(shí)際使用性能。所以，在切削加工過程中為了進(jìn)一步提高加工零件的表面質(zhì)量，必須做好最終工序方法的選擇，并且清楚地掌握且考慮到該零件的工作表面會(huì)在具體的加工條件下可能受到哪種破壞，從而選擇合理的最終工序方法。同時(shí)，我們還應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)效益等諸多方面入手，對(duì)加工工件的表面質(zhì)量進(jìn)行考慮，選擇那些不需要加大制造成本的工序方法，進(jìn)而避免不必要的損失。

結(jié)語

綜上所述，本文筆者從影響金屬切削加工表面質(zhì)量的因素入手進(jìn)行粗略的分析，并提出了提高金屬切削加工質(zhì)量的幾點(diǎn)個(gè)人建議，也是希望通過本文筆者的粗略闡述，能夠讓更多的人們更加清楚地認(rèn)識(shí)到，加工零件的表面質(zhì)量在很大程度上直接影響著機(jī)械產(chǎn)品的工作性能，機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性，機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際使用壽命。也正因如此，不斷地加強(qiáng)對(duì)零件表面質(zhì)量的改善，不斷地提高切削加工工藝，對(duì)進(jìn)一步提高機(jī)械產(chǎn)品的整體使用性能則有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義的。所以，在今后的工作中，機(jī)械生產(chǎn)施工人員，更加應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)金屬切削加工工藝的研究，對(duì)加工零件表面質(zhì)量問題予以高度重視，并為提高零件的加工表面質(zhì)量進(jìn)行不懈地努力，從而形成高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)作業(yè)模式。

［1］寇元哲.影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素分析［J］.甘肅科技，2007（7）：110-111.

［2］孫文元，楊小文.數(shù)控金屬切削工藝分析［J］.科技風(fēng)，2011（23）：33-35.

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