淺談機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)件裝配的影響

劉佳林 寇東偉 趙權(quán)權(quán)

摘 要：縱觀整個(gè)裝配工藝過(guò)程，最主要的就是從零件入手，當(dāng)零件質(zhì)量得到有效的保障后，通過(guò)裝配工藝方法和先進(jìn)的工具來(lái)提高裝配效率和精度，而在產(chǎn)品逐級(jí)裝配這一復(fù)雜的過(guò)程中，往往容易忽略結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量對(duì)裝配結(jié)果的影響。本文即從結(jié)構(gòu)件裝配需求的角度來(lái)說(shuō)明如何避免不合適的機(jī)械加工表面質(zhì)量的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；表面質(zhì)量；結(jié)構(gòu)裝配

一、概述

結(jié)構(gòu)件裝配是一種比較復(fù)雜的裝配流程，需要裝配的零件種類繁多，因此影響因素也很多，其中筆者認(rèn)為對(duì)產(chǎn)品性能和質(zhì)量影響很大，但經(jīng)常被忽略的一個(gè)因素是機(jī)械加工的表面質(zhì)量，也叫粗糙度。它對(duì)于后續(xù)裝配的完整性、可靠性有較大影響，甚至?xí)绊懷b配后的尺寸精度。

研究和掌握機(jī)械加工中各種因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品裝配穩(wěn)定性和一致性，就顯得尤為重要。

二、目前常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)件裝配方法

1、敲擊安裝。常用紫銅棒，優(yōu)點(diǎn)是銅質(zhì)地較軟而且不落屑。安裝過(guò)程要求均勻敲打，對(duì)人員技能有一定要求。

2、壓入法安裝。優(yōu)點(diǎn)是施力平穩(wěn)、均勻、無(wú)沖擊，配合工裝操作，明顯降低對(duì)人員技能要求，生產(chǎn)一致性高。

3、冷裝、熱裝。對(duì)于較大過(guò)盈量的軸、套安裝，利用熱漲冷縮原理，將工件在油箱中加熱或液氮中冷卻后安裝。相對(duì)而言，冷裝適應(yīng)性更好，其對(duì)零件精度、材料組織變化影響較小。

三、常見(jiàn)的因零部件表面質(zhì)量選取不當(dāng)引起的裝配缺陷

由于金屬切削加工的特點(diǎn)，加工件的表面從剖面上看實(shí)際是以連續(xù)的波峰波谷（振幅）形式出現(xiàn)的。這就造成了當(dāng)兩個(gè)切削加工面進(jìn)行接觸時(shí)，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)不同加工面的波峰與波谷相互嵌入，即類似螺紋連接的情況出現(xiàn)（如圖1）。因此，會(huì)造成以下裝配缺陷的產(chǎn)生。

圖1

1、表面劃傷和敲擊變形。由于兩個(gè)工件表面紋路波峰與波谷相互嵌入，則當(dāng)兩個(gè)工件的裝配運(yùn)動(dòng)方向與切削紋路方向?yàn)榉瞧叫袪顟B(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的阻力，阻力的大小與配合間隙、結(jié)合力大小等多種因素有關(guān)，但表面質(zhì)量（振幅）卻是容易被忽視的因素。而實(shí)際情況是，當(dāng)零部件表面粗糙度過(guò)高時(shí)，極易造成工件表面的劃傷，特別是硬度較低的鍍鋅及發(fā)黑氧化層（如圖2）。

圖2

2、密封不嚴(yán)。當(dāng)前一般結(jié)構(gòu)件結(jié)合面的密封方法主要有兩種，一種是結(jié)合面間采用夾緊固體軟質(zhì)材料，如橡膠密封圈進(jìn)行密封，另一種是兩結(jié)合面間涂抹在一定條件下可轉(zhuǎn)化為固體的密封液（或膠）進(jìn)行密封。

圖3

根據(jù)筆者的觀察統(tǒng)計(jì)，兩種密封方法對(duì)零部件表面質(zhì)量的要求并不一致，前者傾向于較高即較光滑的表面質(zhì)量。原因是固體有一定的變形極限，若零件表面紋路溝槽過(guò)深，超過(guò)密封件的變形極限，導(dǎo)致變形后的密封件無(wú)法有效填充，則極易出現(xiàn)滲漏油的情況（如圖3）。而后者則傾向于加工表面有一定的粗糙度，因?yàn)橐后w的填充性能好，且較為粗糙的表面更易于降低密封液的流動(dòng)性和提高密封劑的附著力，相反若表面過(guò)于光滑，則會(huì)造成密封液在未凝固前即流失而達(dá)不到密封效果的情況。

3、過(guò)快磨損。從微觀上看，加工面單位長(zhǎng)度上受力大小一定的情況下，單個(gè)切削紋頂點(diǎn)（谷峰）受力的大小取決于單位長(zhǎng)度上切削紋的數(shù)量，而在材料一致的情況下，單個(gè)切削紋磨損的程度與受力成正比。由此可見(jiàn)，當(dāng)外部整體受力條件一致情況下，零部件表面質(zhì)量越低則磨損越快，反之則越慢。所以，通常將有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的加工面設(shè)定為較高的表面質(zhì)量。

四、影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

1、工件材料性質(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，加之刀具的的撕裂作用，使表面粗糙值加大。而加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，易由于切屑的崩碎而在加工表面留下很多麻點(diǎn)，使表面粗糙。

2、加工工藝和機(jī)床設(shè)備。

1）車、銑、鏜等切削加工要注意進(jìn)給量，吃刀深度，以及進(jìn)給速度。

2）磨削加工要注意磨削速度、砂輪粒度硬度的選用、磨削徑向進(jìn)給量和光磨次數(shù)。

3）機(jī)床剛性差及裝夾不當(dāng)造成機(jī)床震動(dòng)，對(duì)表面質(zhì)量也有較大影響。

3、刀具選取。刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削層殘留面積，不同的進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及刀尖圓弧半徑，決定了殘留面積的高度和切削時(shí)的塑性變形程度。

4、潤(rùn)滑液選取。在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的的顯微硬度、金相組織產(chǎn)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這些不利的物理變化，在切削加工時(shí)易產(chǎn)生刀瘤，鱗刺和加工硬化現(xiàn)象，從而降低表面加工質(zhì)量，特別是磨削加工更加明顯。

五、提高加工表面質(zhì)量的措施

通過(guò)前面的分析，我們知道影響表面質(zhì)量的因素有切削條件（切削速度、進(jìn)給量、切削液）、刀具（幾何參數(shù)、切削刃形狀、刀具材料、磨損情況）、工件材料及熱處理、工藝系統(tǒng)剛度和機(jī)床精度等幾個(gè)方面。因此，筆者認(rèn)為提高加工表面質(zhì)量的措施主要有以下幾個(gè)方面：

1、工件材料狀態(tài)方面

1）對(duì)于塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料，預(yù)先進(jìn)行正火處理以降低塑性。

2）對(duì)于硬度較高的調(diào)質(zhì)或淬火狀態(tài)的高碳鋼材料，預(yù)先進(jìn)行退火處理以降低硬度和細(xì)化晶粒。

2、加工工藝和機(jī)床設(shè)備方面

1）選擇合理的加工工藝方法和機(jī)床設(shè)備。以加工孔為例，表面質(zhì)量要求較低可以采用鉆、銑、粗車（鏜）工藝，質(zhì)量要求較高則需要采用精車（鏜）、磨削、刮研等工藝。

2）選用合理的加工工藝參數(shù)。較小的進(jìn)給量、進(jìn)給速度和較高的工件與刀具的相對(duì)速度都可以有效的提高加工表面的質(zhì)量。在實(shí)際加工時(shí)，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況反復(fù)優(yōu)化已達(dá)到最優(yōu)效果。

3）合理裝夾，增大機(jī)床和工件剛度。設(shè)計(jì)和使用合理的夾具，避免造成工件在進(jìn)給方向懸空或懸臂式裝夾，同時(shí)避免機(jī)床主軸和刀具伸出過(guò)長(zhǎng)因引起加工時(shí)的震動(dòng)。

3、刀具方面

為了減少殘留面積，應(yīng)選用角度合適的刀具與工件材料適應(yīng)性好的刀具材料，以車刀選擇為例：

1）車刀角度選擇

前角：一般5°至20°，粗車角度較小，精車較大；

后角：粗車時(shí)較小，一般6°至8°；精車時(shí)較大，一般10°至12°；

刃傾角：粗車一般取5°，較大振動(dòng)時(shí)可取10°以上；精車一般取負(fù)5°至0°。

2）車刀材質(zhì)選擇

YG類刀片適合加工鑄鐵、有色金屬；YT類刀片適合加工鋼件；YW類適合加工高合金鋼、耐熱合金及不銹鋼加工。

4、切削液選取

應(yīng)根據(jù)加工工藝和工件材料選擇合適的切削液，以下是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證的，配比簡(jiǎn)單，適合各種加工工藝，同時(shí)成本具有一定優(yōu)勢(shì)的切削液配比：

六、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行了分析，指出對(duì)結(jié)構(gòu)件裝配所造成的影響，并提出了提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的措施，對(duì)工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)作用。但需要說(shuō)明的是，影響加工表面質(zhì)量的因素在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中一般不是孤立存在的，是相互影響，甚至是相互制約的。需要在大量實(shí)踐結(jié)果總結(jié)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同工件的特性進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整以選取最佳解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]余志娟.機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析[J].裝備制造技術(shù)，2009，（6）.

[2]劉瑞芬.對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的分析[J].河北冶金，2006，（4）.

（作者單位：鄭州宇通重工有限公司）