機(jī)械加工對(duì)金屬零件的表面質(zhì)量的影響

田文杰

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

一個(gè)零件表面的變化往往是其質(zhì)量發(fā)生變化的開(kāi)始，因此零件表面質(zhì)量在很大程度上決定了其使用性能。對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行研究的目的，就是通過(guò)掌握機(jī)械加工中各類因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律，進(jìn)而提升產(chǎn)品的表面質(zhì)量，增強(qiáng)其性能。

1 機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義

在機(jī)械加工過(guò)程中，零件表面質(zhì)量作為其整個(gè)加工質(zhì)量的重要構(gòu)成，主要是指機(jī)械加工后零件表層微觀幾何結(jié)構(gòu)與表層金屬材料性質(zhì)出現(xiàn)的變化。在機(jī)械加工之后，其表面必然會(huì)出現(xiàn)某種程度的微觀幾何形狀的偏差，由此導(dǎo)致表面物理力學(xué)性能出現(xiàn)變化。所以，總體來(lái)看，機(jī)械加工表面質(zhì)量涵蓋了加工表面幾何特征與物理學(xué)性能兩個(gè)方面。其中加工表面微觀幾何特征涵蓋了表面粗糙程度與表面波度，表面粗糙度指的是波距L在1mm以內(nèi)的表面微小波紋，表面波度指的是波距L在1到10mm區(qū)間的表面波紋[1]。表面層物理學(xué)性能則涵蓋了表面層加工硬化、殘余應(yīng)力以及表面層金相組織出現(xiàn)的變化。

2 機(jī)械加工表面質(zhì)量影響機(jī)器使用性能分析

①影響機(jī)器的耐磨性。對(duì)于新加工的兩個(gè)接觸面，其初始階段僅有表面峰部接觸，實(shí)際的接觸面積要比理論接觸面積小得多，接觸峰部存在的單位應(yīng)力較大，會(huì)導(dǎo)致接觸面出現(xiàn)塑性變形、彈性變形與峰部間的嚴(yán)重磨損。通常情況下，零件磨損能夠分成三個(gè)階段，分別為初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個(gè)階段。表面粗糙度值越小，耐磨性就越強(qiáng)。但是如果表面粗糙度值過(guò)小，也會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油難以儲(chǔ)存，容易造成接觸面出現(xiàn)分子粘接，增加磨損程度。所以，接觸面粗糙度值并非越小越好，而應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)，其決定因素主要參照零件的工作情況，工作載荷越大，初期磨損量也越大，相應(yīng)的表面粗糙度的最佳值也應(yīng)加大。②影響機(jī)器的疲勞強(qiáng)度。金屬在交變載荷作用的影響下會(huì)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，破壞零件表面與表面冷硬層下面，所以疲勞強(qiáng)度受零件表面質(zhì)量的影響較大。表面強(qiáng)度在交變載荷作用下對(duì)疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響，表面粗糙度的凹谷部位易導(dǎo)致應(yīng)力集中，造成疲勞裂紋的出現(xiàn)。表面層殘余拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋增大，增加疲勞破壞的程度；相反，表面殘余應(yīng)力可以有效延緩疲勞裂紋，降低疲勞破壞的程度。表面冷硬通常都會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，能夠有效防止出現(xiàn)裂紋和延緩裂紋的擴(kuò)展，有利于提升疲勞強(qiáng)度。③影響配合性質(zhì)與零件的其他性能。零件之間的配合關(guān)系通過(guò)過(guò)盈量或間隙值體現(xiàn)。間隙配合下，假如零件配合表面比較粗糙，就會(huì)導(dǎo)致配合件磨損較快，使配合間隙擴(kuò)大，配合性質(zhì)發(fā)生變化，配合精度降低；過(guò)盈配合下，假如零件配合表面粗糙，就會(huì)擠平裝配后配合表面的凸峰，降低配合件之間的有效過(guò)盈量，導(dǎo)致配合件之間的連接強(qiáng)度變小，對(duì)配合的可靠性造成影響。所以，針對(duì)那些對(duì)配合有嚴(yán)格要求的表面，確定一個(gè)較小的表面粗糙度值是十分有必要的。除此之外，表面質(zhì)量還對(duì)零件的使用性能等方面存在影響。比如液壓缸與滑閥，表面粗糙度值太大會(huì)對(duì)它們的密封性產(chǎn)生不利的影響；至于需要滑動(dòng)的工作零件，一定程度的表面粗糙度可以提升運(yùn)動(dòng)的靈活性，從而降低發(fā)熱與能耗；零件表面層的參與應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致成型的零件在應(yīng)力的作用下重新分布，造成其在使用過(guò)程中出現(xiàn)變形，對(duì)其尺寸和形狀精度等造成不良的影響。

3 對(duì)表面粗糙度產(chǎn)生影響的因素

①刀具幾何形狀的復(fù)映。刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，必然會(huì)在工件表面留下切削曾殘留面積，形狀則是刀具幾何形狀的復(fù)映。通過(guò)降低進(jìn)給量、縮小主偏角、副偏角與增大刀尖圓弧半徑，都可以縮小殘留面積。除此之外，通過(guò)合理的增大刀具前角來(lái)降低切削時(shí)塑性變形程度，科學(xué)選用潤(rùn)滑液、提升刀具刃磨質(zhì)量，以此來(lái)降低切削時(shí)塑性變形并阻止刀瘤、鱗刺的出現(xiàn)，也能夠有效降低表面粗糙度。②對(duì)冷作硬化造成影響的因素。切削刃鈍圓，半徑增加，會(huì)增強(qiáng)表層金屬的擠壓作用，加劇塑性變形，使得冷硬增強(qiáng)。增大刀具后刀面的磨損，后刀面和加工件表面的摩擦增大，塑性變形增加，使得冷硬增強(qiáng)。增加切削速度，會(huì)縮短刀具和工件之間作用的時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致塑性變形擴(kuò)展的深度降低，同時(shí)冷硬層深度降低。增加進(jìn)給量，也會(huì)增大切削力，加劇表層金屬塑性變形，增強(qiáng)冷硬作用。③磨削加工對(duì)表面粗糙程度的影響。磨削加工表面粗糙度的產(chǎn)生，起決定性作用的是幾何因素以及表面金屬的塑性變形，主要影響因素包括砂輪粒度、硬度、齊整度，磨削的速度，磨削徑向進(jìn)給量和光磨的次數(shù)，工件圓周進(jìn)給速度和軸向進(jìn)給量，冷卻潤(rùn)滑液的質(zhì)量等。

4 提升表面質(zhì)量的措施

①制定完善的工藝規(guī)程。完善的工藝規(guī)程是工件加工的基本遵循，只有制定了完善的工藝流程，才能夠?yàn)榧庸こ龇弦蟮墓ぜ砻尜|(zhì)量提供科學(xué)的方法依據(jù)。假如定位基準(zhǔn)同設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不相符，則應(yīng)當(dāng)盡最大可能的以質(zhì)量較高的面為基準(zhǔn)，如果覺(jué)得有必要，還應(yīng)當(dāng)增加工藝孔以保障加工工件表面的質(zhì)量，以使其符合質(zhì)量的要求；如果一次加工可以完成的面，盡可能一次性完成，在加工過(guò)程中應(yīng)盡最大可能使用專用的夾具。②選擇合理的切削參數(shù)?？茖W(xué)的選擇切削參數(shù)，對(duì)積屑瘤出現(xiàn)的抑制具有十分重要的作用，能夠有效降低理論加工殘留面積高度，確保工件表面質(zhì)量符合要求。影響切削參數(shù)的因素眾多，主要包括切削道具的角度、切削速度、切削深度與進(jìn)給速度等。實(shí)踐證明，如果在加工塑性材料時(shí)，加工刀具的前角較大，則能夠有效防止積屑瘤的出現(xiàn)，這主要是由于刀具前角變大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致切削力變小，切削變形小，刀具同切屑的接觸長(zhǎng)度縮小，有效降低了積屑瘤出現(xiàn)的可能性。③科學(xué)的確定零件主要工作表面最終工序。之所以重視零件主要工作表面的最終工序，主要是由于最終工序留在主要工作表面的參與應(yīng)力將會(huì)對(duì)機(jī)器零件的使用性能造成最直接的影響。在科學(xué)的確定主要工作表面最終工序加工方法的時(shí)候，必須充分研究加工件主要工作表面具體的工作條件與有可能出現(xiàn)的破壞方式。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，因?yàn)闄C(jī)械加工表面對(duì)機(jī)械零件的使用性能具有十分重要的影響，所以對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行研究，主要是通過(guò)對(duì)加工工藝中各類因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響規(guī)律的掌握，并對(duì)這些規(guī)律加以充分的運(yùn)用，最終在加工過(guò)程中提高表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品的使用性能。

[1]孫保友.影響機(jī)械零件表面加工質(zhì)量的因素及改善表面質(zhì)量對(duì)策[J].中外企業(yè)家,2010(06):174-175.