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　　【摘要】機械加工的使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產(chǎn)品的零件加工質(zhì)量密切相關,零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量基礎。表面粗糙度反映了零件表面的質(zhì)量，它對零件的裝配、工作精度、疲勞強度、耐磨、抗蝕和外觀等都有影響。衡量零件加工質(zhì)量好壞的主要指標有：加工精度和表面粗糙度。本文主要通過對影響零件表面粗糙度的因素、零件表面層的物理力學性能(表面冷作硬化、殘余應力、金相組織的變化與磨削燒傷)、表面質(zhì)量影響零件使用性能等因素的分析和研究，來提高機械加工表面質(zhì)量的工藝措施。

　　【關鍵詞】機械加工 表面質(zhì)量 影響因素 控制措施

　　一.概 述

　　1.基本概念

　　1.1機械加工

　　機械加工：是凡能用機械手段制造產(chǎn)品的過程;狹意的是用車床、銑床、鉆床、磨床等專用機械設備制作零件的過程。

　　1.2表面粗糙度，是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動等。

　　1.3基準線

　　基準線：是用以評定表面粗糙度參數(shù)的輪廓中線。基準線有下列兩種:

　　理論上最小二乘中線是理想的基準線，但在實際應用中很難獲得，因此一般用輪廓的算術平均中線代替，且測量時可用一根位置近似的直線代替。

　　1.4表面粗糙度符號

　　表面粗糙度符號：國標規(guī)定表面粗糙度代號是由規(guī)定的符號和有關參數(shù)組成。

　?、俦砻娲植诙确枺喊磭鴺藰藴试趫D樣上表示表面粗糙度的符號有五種。

　?、诒砻娲植诙却枺罕砻娲植诙却栆髽俗⑷?粗糙度參數(shù)值、測量時的取樣長度值等。

　　1.5表面粗糙度對零件使用情況有很大影響。表面粗糙度數(shù)值小，會提高配合質(zhì)量，減少磨損，延長零件使用壽命，但零件的加工費用會增加。因此，要正確、合理地選用表面粗糙度數(shù)值。

　　1.6表面光潔度。是表面粗糙度的另一稱法。在表面粗糙度國家標準GB3505-83、GB1031-83頒布后，表面光潔度的已不再采用。

　　1.7零件的失效。指零件喪失了原有的使用性能。

　　1.8磨削燒傷

　　磨削燒傷:在磨削加工中，由于多數(shù)磨粒為負前角切削，磨削溫度很高，產(chǎn)生的熱量遠遠高于切削時的熱量，而且磨削熱有60~80%傳給工件，所以極容易出現(xiàn)金相組織的轉變，使得表面層金屬的硬度和強度下降，產(chǎn)生殘余應力甚至引起顯微裂紋。

　　1.9表面冷作硬化。通過冷加工而是零件表面產(chǎn)生的表面應力，使零件的表面比加工前的表面硬度耐磨性等有所提高。

　　二.影響工件表面質(zhì)量的因素

　　2.1加工過程對表面質(zhì)量的影響

　　2.1.1工藝系統(tǒng)的振動對工件表面質(zhì)量的影響

　　在機械加工過程中工藝系統(tǒng)有時會發(fā)生振動，即在刀具的切削刃與工件上正在切削的表面之間除了名義上的切削運動之外，還會出現(xiàn)一種周期性的相對運動。

　　2.1.2刀具幾何參數(shù)、材料和刃磨質(zhì)量對表面質(zhì)量的影響

　　刀具的幾何參數(shù)中對表面粗糙度影響最大主要是主副偏角、刀尖圓弧半徑。在一定的條件下，減小主副偏角、刀尖圓弧半徑都可以降低表面粗糙度。

　　2.1.3切削液對表面質(zhì)量的影響

　　切削液的冷卻和潤滑作用能減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，使切削層金屬表面的塑性變形程度下降，抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中對于不同材料合理選用切削液可大大減小工件表面粗糙度。

　　2.1.4工件材料對表面質(zhì)量的影響

　　工件材料的性質(zhì);加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產(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。

　　2.1.5切削條件對工件表面質(zhì)量的影響

　　與切削條件有關的工藝因素，包括切削用量、冷卻潤滑情況。對于脆性材料，一般不會形成積屑瘤和鱗刺，所以，切削速度對表面粗糙度基本上無影響。

　　2.1.6切削速度對表面粗糙度的影響

　　一般在粗加工選用低速車削，精加工選用高速車削可以減小表面粗糙度。在中速切削塑性材料時，由于容易產(chǎn)生積屑瘤，且塑性變形較大，因此加工后零件表面粗糙度較大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免積屑瘤的產(chǎn)生，這對減小表而粗糙度有積極作用。

　　2.1.7磨削加工對表面質(zhì)量的影響

　?、?砂輪的影響 砂輪的粒度越細，單位面積上的磨粒數(shù)越多，在磨削表面的刻痕越細，表面粗糙度越小;但若粒度太細，加工時砂輪易被堵塞反而會使表面粗糙度增大，還容易產(chǎn)生波紋和引起燒傷。

　?、?磨削用量的影響 增大砂輪速度，單位時間內(nèi)通過加工表面的磨粒數(shù)增多，每顆磨粒磨去的金屬厚度減少，工件表面的殘留面積減少。

　?、?工件材料 工件材料的硬度、塑性、導熱性等對表面粗糙度的影響較大。塑性大的軟材料容易堵塞砂輪，導熱性差的耐熱合金容易使磨料早期崩落，都會導致磨削表面粗糙度增大。

　　2.1.8影響工件表面物理機械性能的因素

　　1.表面層冷作硬化。切削刃鈍圓半徑增大,對表層金屬的擠壓作用增強,塑性變形加劇,導致冷硬增強。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,導致冷硬增強。

　　2.表面層材料金相組織變化。當切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后,表層金屬的金相組織將會發(fā)生變化。(1)磨削燒傷當被磨工件表面層溫度達到相變溫度以上時,表層金屬發(fā)生金相組織的變化,使表層金屬強度和硬度降低。(2)磨削燒傷由兩個途徑:一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生;二是改善冷卻條件。

　　3.表面層殘余應力。(1)產(chǎn)生殘余應力的原因:①切削時在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生,使表面金屬的比容加大;②切削加工中會有大量的切削熱產(chǎn)生;③不同金相組織具有不同的密度,亦具有不同的比容的變化必然要受到與相連的基體金屬的阻礙,因而就有殘余應力產(chǎn)生。

　　4.磨削表面層金相組織變化——磨削燒傷

　　(1).磨削表面層金相組織變化與磨削燒傷

　　機械加工過程中產(chǎn)生的切削熱會使得工件的加工表面產(chǎn)生劇烈的溫升，當溫度超過工件材料金相組織變化的臨界溫度時，將發(fā)生金相組織轉變。

　　(2).磨削燒傷的改善措施，具體可采用下列措施：

　?、俟ぜ牧蠈δハ鲄^(qū)溫度的影響主要取決于它的硬度、韌性和熱導率。工件材料硬度、強度越高，韌性越大，產(chǎn)生的熱量越多，越易產(chǎn)生燒傷。

　?、诤侠磉x擇磨削用量不能采用太大的磨削深度，因為當磨削深度增加時，工件的塑性變形會隨之增加，工件表面及里層的溫度都將升高，燒傷亦會增加。

　　③冷卻條件為降低磨削區(qū)的溫度，在磨削時采用切削液冷卻。

　?、苌拜喌倪x擇硬度太高的砂輪，鈍化后的磨粒不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷，因此用軟砂輪較好;

　　2.2使用過程中影響表面質(zhì)量的因素

　　2.2.1耐磨性對表面質(zhì)量的影響

　　每個剛加工好的摩檫副的兩個接觸表面之間,最初階段在表面粗糙的峰部觸,實際接觸面積遠小于理論接觸面積,在相互接觸的部有非常大的單位應力,使實際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞,引起嚴重磨損。

　　2.2.2耐蝕性對表面質(zhì)量的影響

　　零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多。

　　2.2.3疲勞強度對表面質(zhì)量的影響

　　表面粗糙度值愈大,表面的紋痕愈深,紋底半徑愈小,抗疲勞破壞的能力就愈差。

　　三.機械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

　　3.1表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響

　　零件的耐磨性是零件的一項重要性能指標，當摩擦副的材料、潤滑條件和加工精度確定之后，零件的表面質(zhì)量對耐磨性將起著關鍵性的作用。

　　3.2表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響

　　表面層殘余壓應力對零件的疲勞強度影響也很大。當表面層存在殘余壓應力時，能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴展，提高零件的疲勞強度。

　　3.3表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響

　　表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響很大。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質(zhì)而使零件發(fā)生化學腐蝕和電化學腐蝕。

　　3.4表面質(zhì)量對零件間配合性質(zhì)的影響。相配零件間的配合性質(zhì)是由過盈量或間隙量來決定的。

　　3.5表面質(zhì)量對零件其他性能的影響,如對間隙密封的液壓缸來說，減小表面粗糙度Ra可以減少泄漏、提高密封性能。

　　四.控制表面質(zhì)量的途徑

　　提高表面質(zhì)量的工藝途徑可分為兩類：一是用低效率、高成本的加工方法，尋求各工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，以減小表面粗糙度;二是著重改善工件表面的物理力學性能，以提高其表面質(zhì)量。

　　4.1降低表面粗糙度的加工方法

　　1.超精密切削和低粗糙度磨削加工，為了簡化工藝過程，縮短工序周期，有時用小粗糙度磨削替代光整加工。

　　2.采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作為最終工序加工

　　(1)超精密加工、珩磨等都是利用磨條以一定壓力壓在加工表面上，并作相對運動以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度為Ra0.4μm以下的表面加工。

　?、?超精加工是用細粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤滑條件下，以快而短促的往復運動，對低速旋轉的工件進行振動研磨的一種微量磨削加工方法。

　?、?研磨是利用研磨工具和工件的相對運動，在研磨劑的作用下，對工件表面進行光整加工的一種加工方法。

　　4.2改善表面物理力學性能的加工方法

　　(1)滾壓加工。是在常溫下通過淬硬的滾壓工具對工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應力，使零件的承載能力和疲勞強度得以提高。

　　(2)液體磨料強化。是利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強度的一種工藝方法。

　　五.提高機械加工工件表面質(zhì)量的措施

　　(1)制訂科學合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質(zhì)量的基礎。

　　(2)選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質(zhì)量。

　　(3)選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦系數(shù)，可降低切削力和切削溫度，從而減輕刀具的磨損，以保證工件的加工質(zhì)量。

　　(4)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要，因最終工序在該工作表面留下的殘余應力將直接影響零件的使用性能。

　　(5)在加工過程中通過改變某些量來提高表面粗糙度。

　?、僭诰庸r，應選擇較小的進給量f、較小的主偏角kr和副偏角kr’、較大的刀尖圓弧半徑rε，以得到較小的表面粗糙度。

　　②加工塑性材料時，采用較高的切削速度可防止積屑瘤的產(chǎn)生，減小表面粗糙度。

　?、鄹鶕?jù)工件材料、加工要求，合理選擇刀具材料，有利于減小表面粗糙度。

　?、?適當?shù)脑龃蟮毒咔敖呛腿袃A角，提高刀具的刃磨質(zhì)量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。

　?、輰ぜ牧线M行適當?shù)臒崽幚?，以細化晶粒，均勻晶粒組織，可減小表面粗糙度。

　　⑥選擇合適的切削液，減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，減小切削變形。

　　結論

　　由于機械加工表面對機器零件的使用性能如耐磨性、疲勞強度、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響，因此對機器零件的重要表面應提出一定的表面質(zhì)量要求。影響表面質(zhì)量的因素是多方面的,只有了解和掌握影響機械加工表面質(zhì)量的因素，才能在生產(chǎn)實踐中，采取相應的工藝措施，對表面質(zhì)量根據(jù)需要提出比較 經(jīng)濟 適用性的要求,減少零件因表面質(zhì)量缺陷而引起的加工質(zhì)量問題，從而提高機械產(chǎn)品的使用性能、壽命和可靠性。——論文作者：劉鵬

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