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        影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及處理

        2012-12-19 08:54:58鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司孫士杰
        河南科技 2012年23期
        關(guān)鍵詞:塑性變形表面質(zhì)量機(jī)械加工

        鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司 孫士杰

        一、表面粗糙度對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響

        1.切削加工的影響。在對(duì)工具進(jìn)行切削時(shí),所留下的切削層殘留面積和幾何刀具形狀相同,都是刀具幾何形狀的復(fù)映,切削加工的影響如圖1所示。

        圖1 切削加工的影響

        2.磨削加工的影響。磨削加工表面粗糙度與切削加工表面粗糙度的形成過(guò)程相同,都是由幾何刀具形狀和表面金屬塑性變形決定。砂輪的硬度和粒度、修整磨削速度、磨削速度和徑向以及軸向和工件圓周的進(jìn)給速度、進(jìn)給量、冷卻潤(rùn)滑液等因素都會(huì)影響機(jī)械加工的表面質(zhì)量。

        二、表面物理機(jī)械性能對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響

        1.表面層殘余應(yīng)力的影響。由于切削零件表面時(shí),金屬層中容易發(fā)生塑性變形,導(dǎo)致表層金屬體積膨脹,比容增大,從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力,并且容易導(dǎo)致切削區(qū)域產(chǎn)生大量的切削熱。需要注意的是,不同金相組織的密度不同,一旦加工表面金屬層發(fā)生金相組織變化,那么必然會(huì)被基體金屬阻礙,從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。影響整個(gè)機(jī)械加工表面質(zhì)量。殘余應(yīng)力的影響如圖2所示。

        圖2 殘余應(yīng)力的影響

        此外,零件工作表面最終工序所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也會(huì)直接對(duì)零件的使用性能造成影響。如,零件在交變載荷作用下,表面容易出現(xiàn)裂紋,在殘余應(yīng)力作用下,裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零件斷裂。因此要根據(jù)零件工作表面所承受的工作形式和零件抵抗疲勞破壞等因素來(lái)確定零件的加工工序。

        2.表面層冷作硬化和材料金相組織變化的影響。機(jī)械加工的實(shí)際過(guò)程中,在切削力作用下,使得表面層金屬收到的擠壓增強(qiáng),切削鈍圓半徑擴(kuò)大,從而是金屬產(chǎn)生塑性變形、剪切滑移、晶粒變化等問(wèn)題,導(dǎo)致零件表面金屬冷作硬化。因此切削速度越大,冷硬層深度就會(huì)越大。同時(shí)進(jìn)給量的增大也會(huì)導(dǎo)致切削力增大,使表層金屬發(fā)生塑性變形,導(dǎo)致冷硬現(xiàn)象發(fā)生。

        如果被磨零件的表面溫度高于變相溫度,就會(huì)導(dǎo)致金相組織變化發(fā)生,從而降低金屬層的強(qiáng)度與硬度。此外,還會(huì)造成殘余應(yīng)力的發(fā)生,使加工表面出現(xiàn)磨削燒傷。

        三、改善機(jī)械加工表面質(zhì)量的有效手段

        1.選擇和工件材料相匹配的適應(yīng)性較好的刀具材料。由于零件在切削加工的過(guò)程中,容易受到切削力、熱的影響,使表面金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力、金相組織和冷作硬化等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象又導(dǎo)致塑性變形和切削熱更加嚴(yán)重。為了減少殘留面積,要選擇刀尖圓弧半徑大、主偏角和副偏角小的刀具,要選擇合適的潤(rùn)滑液。同時(shí)還可以通過(guò)降低進(jìn)給量減小零件表面的粗糙度。由于材料塑性變形與金相組織變化是造成機(jī)械加工表面粗糙的主要因素,因此,塑性較大的材料要先進(jìn)行正火處理以后,才能進(jìn)行切削加工,以降低材料的塑性,減小粗糙度,同時(shí)還要滿足金相組織變化。

        2.選擇合適的切削方式。在切削時(shí),由于切削材料的不同,因此切削用量也會(huì)不一樣。為了減小切削變形和加工零件的表面粗糙度,降低殘留面積高度,避免切削厚度與工件發(fā)生擠壓和磨差,可以在切削塑性材料時(shí)選擇高速切削的方式;而在切削脆性材料的時(shí)候,由于表面粗糙不受切削速度的影響,因此,可以采用高效切削液使系統(tǒng)剛度加強(qiáng),在提高機(jī)床的穩(wěn)定性的同時(shí),確保加工表面質(zhì)量。

        3.選擇合理有效的磨削參數(shù)和冷卻加工方式,以降低零件的表面粗糙度。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,確定磨削參數(shù)要先確定初步的磨削參數(shù)并進(jìn)行試磨,通過(guò)對(duì)工件表面熱損傷的查看,對(duì)磨削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整;在實(shí)際磨削時(shí),要對(duì)磨削范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量,并控制其參數(shù)。同時(shí),采用有效的冷卻加工、精密和光整加工等方式,并選用細(xì)粒度砂輪和磨削液,也能使加工表面粗糙度降低。

        4.在使用刀具的時(shí)候,盡量減小切削刃口的半徑,并對(duì)刀面磨損寬度進(jìn)行限制。同時(shí)加工時(shí)要選用有效的切削液和較高的切削速度,確定合適的進(jìn)給量,以減少殘余應(yīng)力的變化對(duì)機(jī)械加工表面層造成的質(zhì)量影響。

        四、結(jié)論

        機(jī)械加工表面質(zhì)量與工件使用性能聯(lián)系緊密。由于工件表面受到表面粗超度和表面物理機(jī)械性能的影響后,會(huì)直接影響工件抗疲勞的強(qiáng)度,尤其是在應(yīng)力集中和腐蝕的時(shí)候。因此,在機(jī)械加工時(shí)應(yīng)選擇合適的刀具、加工方式和切削用量,盡可能避免表面粗超度和表面物理機(jī)械性能對(duì)加工表面質(zhì)量造成影響。

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