影响机械加工表面质量的因素及措施

冷云凯

[摘要]在机械加工中,有很多因素影响工件表面质量,如何使工件的表面质量达到要求,如何减小各因素对工件表面质量的影响,就成为加工前必须考虑的问题,通过对影响机械加工表面质量的因素进行分析,并对提出提高工件表面质量的措施。

[关键词]机械加工 表面质量 影响因素

中图分类号:TH12文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810096-01

机器由机械零件装配而成,机器的失效是个别零件的失效造成的,其根本原因是零件丧失了其应具备的使用性能。而研究与生产实践表明,零件的失效大都从表面开始,零件表面质量的高低是决定其使用性能好坏的重要因素。因此,正确地理解零件表面质量内涵,分析机械加工过程中影响加工表面质量的各种工艺因素,改善表面质量、提高产品使用性能具有重要的意义。

一、影响机械加工表面质量的因素

(一)机器使用性能对机械加工表面质量的影响

1.耐磨性对表面质量的影响。一个刚加工好的摩檫副的两个接触表面之间,最初阶段在表面粗糙的峰部触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的部有非常大的单位应力,使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏,引起严重磨损。

2.疲劳强度对表面质量的影响。在交变载荷作用,表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中,产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大,表面的纹痕愈深,纹底半径愈,抗疲劳破坏的能力就愈差。

残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大,加速疲劳破坏;而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展,延缓疲劳破坏的产生。

3.耐蚀性对表面质量的影响。零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂,降低零件的耐磨性,而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

(二)影响表面粗糙度的因素

1.切削加工影响表面粗糙度的因素。(1)刀具几何形状的反映刀具相对于工件作进给运动时,在加工表面留下了切削层残留面积,其形状是刀具几何形状的反映。(2)工件材料的性质加工塑性材料时,由刀具对金属的挤压产生了塑性变形,加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用,使表面粗糙度值加大。(3)切削用量加工脆性材料时,切削速度对于粗糙度影响不大;加工塑性材料时,积屑瘤对粗糙度影响很大。

2.磨削加工影响表面粗糙度的因素。影响磨削表面粗糙的主要因素有:砂轮的粒度、砂轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、磨削径向、进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量、冷却润滑液等。

(三)影响加工表面层物理机械性能的因素

1.表面层冷作硬化。切削刃钝圆半径增大,对表层金属的挤压作用增强,塑性变形加剧,导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大,后刀面与被加工表面的摩擦加剧,塑性变形增大,导致冷硬增强。切削速度增大,刀具与工件的作用时间缩短,使塑性变形扩展深度减小,冷硬层深度减小。切削速度增大后,切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了,将使冷硬程度增加。进给量增大,切削力也增大,表层金属的塑性变形加剧,冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严重。

2.表面层材料金相组织变化。当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后,表层金属的金相组织将会发生变化。(1)磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时,表层金属发生金相组织的变化,使表层金属强度和硬度降低,并伴有残余应力产生甚至出现微观裂纹,这种现象称为磨削烧伤。(2)改善磨削烧伤的途径磨削热是造成磨削烧伤的根源,故改善磨削烧伤由两个途径:一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件,尽量使产生的热量少传入工件。正确选择砂轮合理选择切削用量改善冷却条件。

3.表面层残余应力。(1)产生残余应力的原因:①切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生,使表面金属的比容加大;②切削加工中,切削区会有大量的切削热产生;③不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容的变化必然要受到与相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。(2)工件主要工作表面最终工序加工方法的选择。选择零件主要工作表面最终工序加工方法,须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的损坏形式。在交变载荷作用下,机器零件表面上的局部微观裂纹,会因拉应力的作用使原生裂纹扩大,最后导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑,该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。

二、提高机械加工工件表面质量的措施

(一)制订科学合理的工艺规程是保证工件表面质量的基础。科学合理的工艺规程是加工工件的方法依据。只有制订了科学合理的工艺规程,才能为加工工件表面质量满足要求提供科学合理的方法依据,使加工工件表面质量满足要求成为可能。对科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短,定位要准确,选择定位基准时尽量使定位基准与设计基准重合。

(二)合理的选择切削参数是保证加工质量的关键。选择合理的切削参数可以有效抑制积屑瘤的形成,降低理论加工残留面积的高度,保证加工工件的表面质量。切削参数的选择主要包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度及进给速度的选择等。试验证明,在加工塑性材料时若选择较大前角的刀具可以有效抑制积屑瘤的形成,这是因为刀具前角增大时,切削力减小,切削变形小,刀具与切屑的接触长度变短,减小了积屑瘤形成的基础。

(三)合理的选择切削液是保证加工工件表面质量的必要条件。选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数,可降低切削力和切削温度,从而减轻刀具的磨损,以保证工件的加工质量。

(四)工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要。工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要,因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。选择零件主要工作表面最终工序加工方法,须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。

三、结论

工件的表面质量与其使用性能密切相关,工件的使用性能是以保证机器正常工作为前提的设计要求,因此在加工工件过程中,我们还应从经济效益等多方面考虑,才能既保证工件表面的加工质量,又避免增大零件的制造成本,造成不必要的损失。

参考文献:

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