影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及改進(jìn)措施

1、影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及改進(jìn)措施(1)    摘要：本文對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行了分析，指出了影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，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。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工 表面質(zhì)量 改進(jìn)措施機(jī)械加工表面質(zhì)量，是指零件在機(jī)械加工后被加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面質(zhì)量直接影響被加工件的物理、化學(xué)及力學(xué)性能。產(chǎn)品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量。機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。一般而言，重要或關(guān)鍵零件的表面質(zhì)量要求都比普通零件要高。這是因?yàn)楸砻尜|(zhì)量好的零件會(huì)在很大程度上提高其

2、耐磨性、耐蝕性和抗疲勞破損能力。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工過程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。1機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品性能的影響1.1 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響零件磨損一般可分為三個(gè)階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤(rùn)滑油不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個(gè)最佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。1

3、.2表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面和表面冷硬層下面，因此，零件的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度影響很大。表面粗糙度值愈大，抗疲勞破壞的能力就愈差。1.3表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性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，抗蝕性就愈差。1.4表面質(zhì)量對(duì)配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對(duì)于間隙配合，粗糙度值大會(huì)使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對(duì)于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過盈量減小，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。2影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素2.1切削加工刀具幾何形狀的復(fù)映刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)

4、，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度，合理選擇潤(rùn)滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。工件材料的性質(zhì)。加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)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。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。磨削加工影響表面粗糙度的因素。正像切削加

5、工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也是由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。影響磨削表面粗糙的主要因素有：砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整磨削速度、磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量冷卻潤(rùn)滑液。影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素。在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會(huì)很大。2.2表面層冷作硬化冷作硬化及其評(píng)定參數(shù)。機(jī)械加工過程中因

6、切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使品格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，品粒被拉長(zhǎng)和纖維化，甚至破碎，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或稱為強(qiáng)化）。表面層金屬強(qiáng)化的結(jié)果，會(huì)增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過程中同時(shí)受到力和熱的作用，因此，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、硬

7、化層深度h和硬化程度N。影響冷作硬化的主要因素。切削刃鈍圓半徑增大，對(duì)表層金屬的擠壓作用增強(qiáng)，塑性變形加劇，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。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(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削速度增大，刀具與工件的作用時(shí)間縮短，使塑性變形擴(kuò)展深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大后，切削熱在工件表面層上的作用時(shí)間也縮短，將使冷硬程度增加。進(jìn)給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。2.3表面層材料金相組織變化當(dāng)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(huì)發(fā)生變化。磨削燒傷。當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以

8、上時(shí)，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時(shí)，可能產(chǎn)生以下三種燒傷：一是回火燒傷。如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為回火燒傷。二是淬火燒傷。如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發(fā)生二次淬火，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。三是退

9、火燒傷。如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。改善磨削燒傷的途徑，磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個(gè)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，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳人工件。正確選擇砂輪，合理選擇切削用量改善冷卻條件。2.4表面層殘余應(yīng)力表面殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因。一是切削時(shí)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，由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)

10、力。二是切削加工中，切削區(qū)會(huì)有大量的切削熱產(chǎn)生。三是不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇。零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要，因?yàn)樽罱K工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機(jī)器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋，會(huì)因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最

11、終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。3提高加工表面質(zhì)量的措施通過前面的分析，我們知道影響表面粗糙度的因素有切削條件（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。在了解了影響表面粗糙度的因素之后，我們必須根據(jù)需要降低加工表面的粗糙度，改善機(jī)械加工的表面質(zhì)量。本篇論文由網(wǎng)友投稿，讀書人只給大家提供一個(gè)交流平臺(tái)，請(qǐng)大家參考，如有版權(quán)問題請(qǐng)聯(lián)系我們盡快處理。提高加工表面質(zhì)量的措施主要有：3.1 刀具方面為了減少殘留面積，刀具應(yīng)采用較大的刀尖圓弧半徑、較小的副偏角或合適(=0)的修光刃或?qū)捜芯俚?、精車刀?/p>

12、。選用與工件材料適應(yīng)性好的刀具材料，避免使用磨損嚴(yán)重的刀具，這些均有利于減小表面粗糙度。3.2工件材料方面工件材料性質(zhì)中，對(duì)加工表面粗糙度影響較大的是材料的塑性和金相組織。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，切削加工后能得到較小的粗糙度。工件材料應(yīng)有適宜的金相組織（包括狀態(tài)、晶粒度大小及分布）。3.3切削條件方面以較高的切削速度切削塑性材料可抑制積屑瘤出現(xiàn)，減小進(jìn)給量，采用高效切削液，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度，提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，都可獲得好的表面質(zhì)量。3.4加工方法方面主要是采用精密、超精密和光整加工。選用較小的徑向進(jìn)給量，選用較大的砂輪速度和較小的軸向進(jìn)給速度，工件速度應(yīng)

13、該低些，采用細(xì)粒度砂輪；精細(xì)修整砂輪工作表面，使砂輪上磨粒鋒利，也可達(dá)到較好的磨削效果。選擇適宜的磨削液能獲得低粗糙度表面。3.5減少加工表面層變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力也能提高加工表面質(zhì)量合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大的前角和后角，并在刃磨時(shí)盡量減小其切削刃刃口半徑；使用刀具時(shí)，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損寬度；合理選擇切削用量，采用較高的切削速度和較小的進(jìn)給量；加工時(shí)采用有效的切削液等，可減少加工表面層變形強(qiáng)化。當(dāng)零件表面存在殘余應(yīng)力時(shí)，其疲勞強(qiáng)度會(huì)明顯下降，特別是對(duì)有應(yīng)力集中或在有腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，影響更為突出。為此，應(yīng)盡可能在機(jī)械加T中減小或避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力。但是，影響殘余應(yīng)力產(chǎn)生的因素較為復(fù)雜。總的說來，凡能減小塑性變形和降低切削溫度的因素都能使已加工表面的殘余應(yīng)力減小。此外，生產(chǎn)中常采用滾壓、擠（脹）孔、噴丸強(qiáng)化、金剛石壓光等冷壓加工方法來改善表面層材質(zhì)的變化。通過這些措施在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，大大的提高了機(jī)械