機(jī)加工件表面質(zhì)量控制的注意事項

1、機(jī)加工件表面質(zhì)量控制的注意事項在市場經(jīng)濟(jì)中,企業(yè)要在競爭中處于不敗之地,靠的就是高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品.機(jī)械設(shè)計工作的重要性,不僅在于它是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的第一步,而且還在于它將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本,雖然影響產(chǎn)品成本的因素很多,但主要與設(shè)計、制造和原料有關(guān).1 機(jī)械設(shè)計中對材料的選擇在機(jī)械零件的設(shè)計與制造過程中,材料選擇是否得當(dāng),直接影響到零件的使用性能、使用壽命及制造成本.當(dāng)碰到零件的材料選擇問題時,一般都是參考相同零件或類似零件的用材方案,選擇一種傳統(tǒng)上使用的材料（這種方法稱為經(jīng)驗選材法）。當(dāng)無先例可循,同時對材料的性能（如耐腐蝕性能等）又無特殊要求時,他們僅僅根據(jù)簡單的計算和手冊提供的

2、數(shù)據(jù),信手選定一種較萬能的材料.而在實際工作中許多機(jī)械工程師,常常把零件的材料選擇看成一種簡單而不太重要的任務(wù).1.1機(jī)械零件材料的選擇應(yīng)滿足基本要求1.1.1使用性能要求材料在使用過程中的表現(xiàn),即使用性能,是選材時應(yīng)考慮滿足的根本要求.不同零件所要求的使用性能是很不一樣的,有的零件主要要求高強(qiáng)度,有的則要求高的耐磨性,有的甚至無嚴(yán)格的性能要求,僅僅要求有美麗的外觀.因此,在選材時,首要的任務(wù)就是準(zhǔn)確地判斷零件所要求的主要使用性能.1.1.2工藝性能要求材料的工藝性反映的是材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力,即要求所選材料在加工制造時首先能夠造出成品來,并且能夠便于制造、同時必須保證質(zhì)量.

3、1）熱加工工藝性能 熱加工工藝性能主要指鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和熱處理性能.2）切削加工性能 金屬的切削加工性能一般用刀具耐用度為60min時的切削速度V60來表示,V60越高,則金屬的切削性能越好.1.1.3經(jīng)濟(jì)性能要求零件材料的選擇要以最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益.同時,在滿足使用性能的前提下,選用材料還應(yīng)注意盡量降低零件的總成本.1）材料價格 材料價格在產(chǎn)品總成本中占較大比重,達(dá)30%70%.2）提高材料的利用率 如用精鑄、模鍛、冷拉毛坯,可以減少切削加工面材料的浪費(fèi).3）零件的加工和維修費(fèi)用等要盡量低.4）采用組合結(jié)構(gòu) 如蝸輪齒圈采用減磨性好的貴重金屬,而其他部分采用廉價的材料.

4、5）材料的合理代用 對生產(chǎn)批量大的零件,要考慮我國資源狀況,材料來源要豐富,盡量避免采用我國稀缺而需進(jìn)口的材料;盡量用高強(qiáng)度鑄鐵代替鋼,用熱處理方法等強(qiáng)化的碳鋼代替合金.1.2機(jī)械零件材料選擇的方法1.2.1選材對產(chǎn)品壽命周期成本的影響 顯然,材料的選用極大地影響了產(chǎn)品壽命周期成本的各個組成部分.工程實踐中,在保證產(chǎn)品合理功能（或性能）的前提下,雖然一般是選用價格便宜的材料,可降低產(chǎn)品的壽命周期成本;但同時我們更應(yīng)注意的是,有時若選用成本雖高但性能更優(yōu)的材料,由于產(chǎn)品的自重減輕、使用壽命延長、維修費(fèi)用減少、能源費(fèi)用降低等多方面的有利因素,從產(chǎn)品壽命周期成本角度考慮,反而是經(jīng)濟(jì)的.1.2.2制造

5、方法的選擇是材料選擇過程中一個不可分割的因素,即應(yīng)將結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇及其可用的加工方法作為一個有機(jī)的整體看待.選材時不僅要考慮零件的某單項加工工序的成本,更重要的是應(yīng)綜合考慮其整個加工路線所涉及的全部加工工序之總成本.2 機(jī)械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化是提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成本的主要途徑2.1機(jī)械零件是機(jī)器的基本組成要素,對于機(jī)械零件設(shè)計工作來說,標(biāo)準(zhǔn)化的作用是很重要的.所謂零件的標(biāo)準(zhǔn)化,就是通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖要求等,制定出各式各樣的大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn).標(biāo)準(zhǔn)化帶來的優(yōu)越性表現(xiàn)在:2.1.1能以最先進(jìn)的方法在專門化工廠對那些用途最廣的零件進(jìn)行大量的、集中的制造,以提高質(zhì)

6、量、降低成本.2.1.2統(tǒng)一材料和零件的性能指標(biāo),使其能夠進(jìn)行比較,并提高零件性能的可靠性.2.1.3采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及零、部件,可以簡化設(shè)計工作,縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計質(zhì)量.2.2搞好設(shè)計階段的標(biāo)準(zhǔn)化工作是降低產(chǎn)品成本的重要途徑在市場經(jīng)濟(jì)體制下,生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)市場的需求變化,不斷更新產(chǎn)品品種,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低物資消耗,提高經(jīng)濟(jì)效益.要達(dá)到這些目的,都離不開標(biāo)準(zhǔn)化,必須用標(biāo)準(zhǔn)化手段,從嚴(yán)把好產(chǎn)品設(shè)計這一關(guān),才能使企業(yè)在市場競爭中求得生存和發(fā)展,加快新產(chǎn)品開發(fā).3 影響機(jī)加工件表面層物理力學(xué)性能的因素機(jī)械加工中工件由于受到切削力和切削熱的作用,其表面層的物理力學(xué)性能將產(chǎn)生很大的變化,造成與基體材料

7、性能的差異,這些變化主要表現(xiàn)為表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現(xiàn)的殘余應(yīng)力.3.1表面層金相組織的變化機(jī)械加工過程中,在加工區(qū)由于加工時所消耗的熱量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能使加工表面出現(xiàn)溫度的升高.當(dāng)溫度升高到超過金相組織變化的臨界點(diǎn)時,表面層金相組織就會發(fā)生變化.一般的切削加工,切削熱大部分被切屑帶走,因此影響也較小.但對磨削加工來說,由于單位面積上產(chǎn)生的切削熱比一般切削方法大幾十倍,切削區(qū)的高溫將引起表面層金屬的相變.影響磨削燒傷的因素有:3.1.1砂輪材料 對于硬度太高的砂輪,鈍化磨料顆粒不易脫落,砂輪容易被切削堵塞.因此,一般用軟砂輪好.3.1.2磨削用量 當(dāng)磨削深度增大時,工件表面及

8、表面下不同深度的溫度都將提高,容易造成燒傷;當(dāng)工件縱向進(jìn)給量增大時,磨削區(qū)溫度增高,但熱源作用時間減小,因而可減輕燒傷.但提高工件速度會導(dǎo)致其表面粗糙度值增大.提高砂輪速度可彌補(bǔ)此不足.實踐證明,同時提高工件速度和砂輪速度可減輕工件表面燒傷.3.1.3冷卻方式 采用切削液帶走磨削區(qū)熱量可避免燒傷.但由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流層,切削液不易附著,以致沒有多少切削液能進(jìn)入磨削區(qū).因此,可采用高壓大流量的冷卻方式,一方面可增加冷卻效果,另一方面可以對砂輪表面進(jìn)行沖洗,使切屑不致堵塞砂輪.3.2加工表面的冷作硬化加工過程中表面層金屬產(chǎn)生塑性變形,使晶體間產(chǎn)生剪切滑移,晶格嚴(yán)重扭曲,并產(chǎn)生晶粒的

9、拉長、破碎和纖維化,引起材料的強(qiáng)化,其強(qiáng)度和硬度均有所提高,這種變化的結(jié)果稱為冷作硬化.加工表面層冷作硬化指標(biāo)以硬化層深度、表面層的顯微硬度及硬化程度表示.一般硬化程度越大,硬化層的深度也越大.影響冷作硬化的主要因素:3.2.1切削用量 切削速度增大,刀具與工件接觸擠壓時間短,塑性變形小.速度大時溫度也會增高,有助于冷硬的恢復(fù),冷硬較弱.進(jìn)給量增大時切削力增加,塑性變形也增加,硬化加強(qiáng).但當(dāng)進(jìn)給量較小時,由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多,硬化程度也會增大.3.2.2刀具 刀具刃口圓弧半徑增加,對表層擠壓作用大,使冷硬增加;刀具副后刀面磨損增加,對已加工表面摩擦增大,使冷硬增加

10、;刀具前角加大可減小塑性變形,使冷硬減小.3.2.3工件材料 工件材料的硬度越低,塑性變形越大,切削后冷作硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重.3.3表面層的殘余應(yīng)力切削過程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀和組織變化時,在表層金屬與基體材料交界處將會產(chǎn)生相互平衡的彈性應(yīng)力,該應(yīng)力就是表面殘余應(yīng)力.表面層的殘余應(yīng)力的產(chǎn)生,主要有以下三種原因:3.3.1冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力在切削力作用下,已加工表面發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形,表面層金屬體積發(fā)生變化,此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態(tài).切削力去除后,基體金屬趨向恢復(fù),但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制,恢復(fù)不到原狀,因而在表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力.3.3.2熱態(tài)塑性變形引起的殘

11、余應(yīng)力工件被加工表面在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹,此時基體金屬溫度較低,因此表層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力.當(dāng)切削過程結(jié)束時,表面溫度下降,由于表層已產(chǎn)生熱塑性變形并受到基體的限制,因而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力.3.3.3金相組織變化引起的殘余應(yīng)力切削時產(chǎn)生高溫會引起表面層金相組織變化.由于不同的金相組織有不同的密度,表面層金相組織變化引起體積變化,當(dāng)表面層體積膨脹時,因受到基體的限制,產(chǎn)生了壓應(yīng)力.表面層體積縮小,則產(chǎn)生拉應(yīng)力.4 潤滑劑的特性及應(yīng)用為了使工件得到所期望的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量,需要對工件進(jìn)行切削、研磨、沖壓、軋制和拉拔等,金屬加工潤滑劑是金屬在加工工藝過程中所使用的潤滑冷卻材料.4.1潤滑劑的

12、作用和技術(shù)要求我們使用的金屬切屑潤滑劑的主要目的是:（1）延長刀具的使用壽命;（2）保證和提高工件的加工尺寸精度;（3）改善工件表面的光潔度;（4）及時排除金屬屑,確保切削過程順利進(jìn)行;（5）及時帶走切屑熱,迅速均勻冷卻刀具和工件等;（6）防止機(jī)床和工件產(chǎn)生腐蝕和銹蝕;（7）提高切削加工效率,降低成本.為實現(xiàn)上述目的,要求金屬切屑潤滑劑必須具備以下幾方面主要性能:4.1.1冷卻性能在金屬切削加工過程中,所消耗的能量,絕大部分（90%以上）都轉(zhuǎn)變成切削熱,它不但使刀具容易磨損,而且使工件容易產(chǎn)生局部燒傷或發(fā)暗,影響工件表面的加工精度及加工質(zhì)量.因此,要求金屬切削潤滑劑能夠首先通過減輕摩擦來減少熱

13、量的產(chǎn)生.二是通過切削液的熱傳導(dǎo)、對流和汽化進(jìn)行散熱.4.1.2潤滑性能刀具在切削工件的瞬間,通常承受著極大的切削力作用,金屬切削潤滑劑良好的潤滑性可以減小刀具前刀面與切屑、后刀面與工件表面之間或砂輪與材料間的摩擦與磨損,降低摩擦系數(shù),防止刀具與切屑或工件間的粘著.減少功率消耗,延長刀具的使用壽命,從而使工件獲得良好的表面光潔度;更重要的是減少切削過程中產(chǎn)生積屑瘤（即刀瘤）的機(jī)會.4.1.3清洗性能金屬在切削（或磨削）過程中,油污、細(xì)小的切屑、金屬粉末和砂輪砂粒等互相粘結(jié),并粘附在工件、刀具和機(jī)床上,影響工件的加工質(zhì)量,降低刀具和砂輪的使用壽命,影響機(jī)床的精度.因此,金屬切削潤滑劑應(yīng)具有良好的

14、清洗作用,減少細(xì)小的切屑及金屬粉末等的粘結(jié)以利清洗,同時迅速將細(xì)小的切屑及金屬粉末等及時沖走.4.1.4防銹性能水基型金屬切削潤滑劑在使用過程中大部分是水（約占80%-98%），為銹蝕的產(chǎn)生提供了有利的環(huán)境,其中的極壓劑和某些表面活性劑往往會加劇金屬的銹蝕;所以要求水基型金屬切削潤滑劑必須具備一定的防銹性能,使工件在加工過程中和加工后的短時間內(nèi)不產(chǎn)生銹蝕.4.2金屬切削潤滑劑的選擇選擇金屬切削潤滑劑,首先要根據(jù)切削加工的工藝條件及要求,初步判斷選取純油性或水溶性切削潤滑劑.通常我們可以根據(jù)機(jī)床供應(yīng)商的推薦來選擇;其次,還可以根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗進(jìn)行選取,如使用高速鋼刀具進(jìn)行低速切削時,通常采用純油性,使用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行高速切削時,通?？梢圆捎盟苄?對于供液困難或切削液不易達(dá)到切削區(qū)時采用純油性金屬切削液（如攻絲、內(nèi)孔拉削等），其他情況下通?？刹捎盟苄越饘偾邢饕旱?其次,1,還要根據(jù)被加工件材質(zhì)及對工件的加工精度和粗糙度的要求等,初步選取切削液的品種.然后根據(jù)不同材質(zhì)的不同特性選取不同的切削液產(chǎn)品,由于機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中,受載荷以及零件加工精度等方面的影響,摩擦和磨損是不可避免的.隨著機(jī)械設(shè)備的工作條件日益苛刻,或工作強(qiáng)度的提高,對潤滑劑性能的要求也越來越高,同時,往往要求一種潤滑劑要具有多種功能.實踐表明,潤滑劑在減小機(jī)械磨損,延長機(jī)械使用壽命方