王帥

發(fā)供電分公司 045000

摘要：機(jī)械產(chǎn)品使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產(chǎn)品的零件加工表面質(zhì)量密切相關(guān)，零件的加工表面質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量基礎(chǔ)。衡量零件加工表面質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)有：加工精度和表面粗糙度。本文旨在研究零件表面層在加工中的變化和發(fā)生變化的機(jī)理，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律，運(yùn)用規(guī)律來(lái)控制加工中的影響因素，以提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；表面質(zhì)量；途徑措施

前 言

隨著機(jī)械行業(yè)在社會(huì)中占得地位越來(lái)越重，人們對(duì)機(jī)器的使用要求越來(lái)越高，一些重要零件在高壓、高速、高溫等條件下工作，零件表面的任何缺陷，不僅直接影響零件的工作性能，而且還可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象將進(jìn)一步加速零件的失效，這一切都與加工表面質(zhì)量有很大關(guān)系。

一個(gè)零件的失效或者突然間損壞，除了少數(shù)因設(shè)計(jì)不周而強(qiáng)度不夠，或者是由于偶然的事故引起超負(fù)荷而造成了失效或損壞以外，大多數(shù)都是由于磨損、受到外界環(huán)境的腐蝕或疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞都是發(fā)生在零件的表面，或是從零件表面開(kāi)始的。因此，加工表面質(zhì)量將直接影響到零件的使用性能，因而表面質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到各方面的重視。

1.概 述

1.1加工表面的幾何形狀誤差

表面質(zhì)量是零件機(jī)械加工質(zhì)量的組成部分之一。零件的磨損、腐蝕和疲勞破壞都是從零件表面開(kāi)始的，表面質(zhì)量直接影響零件的工作性能。加工表面質(zhì)量是指加工表面的幾何形狀誤差和表面層金屬的力學(xué)物理性能。

1.表面粗糙度 是加工表面的微觀幾何誤差，其波長(zhǎng)與波高比值一般50。

2.表面波度 加工表面不平度中波長(zhǎng)與波高比值等于50～1000的幾何誤差。它是加工中的振動(dòng)引起的。波長(zhǎng)與波高比值大于1000時(shí)稱宏觀幾何誤差。如圓度、圓柱度誤差等。

3.紋理方向 是指加工表面刀紋的方向，它取決于表面加工的方法。有平行紋理、交叉形紋理、同心圓紋理、迂回形紋理和放射形紋理。

4.傷痕 指加工表面上的缺陷，如砂眼、氣孔、裂紋等。它是加工中的振動(dòng)引起的。波長(zhǎng)與波高比值大于1000時(shí)稱宏觀幾何誤差。如圓度、圓柱度誤差等。

1.2表面層金屬的力學(xué)物理性能

1.表面層金屬的冷作硬化 用硬化程度和深度兩個(gè)指標(biāo)衡量。

2.表面層殘余應(yīng)力 由于塑性變形、金相組織的變化和溫度造成的體積變化的影響，加工表面會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

3.表面層金相組織的變化 在加工過(guò)程切削熱的作用下，表面層會(huì)產(chǎn)生溫度升高引起金相組織的變化。如磨淬火鋼出現(xiàn)回火組織。

4.磨削燒傷 在磨削加工中，由于多數(shù)磨粒為負(fù)前角切削，磨削溫度很高，產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削時(shí)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(zhuǎn)變，使得表面層金屬的硬度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引起顯微裂紋。

2.機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

2.1表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響

表面層的冷作硬化可使表面層的硬度提高，增強(qiáng)表面層的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性、塑性變形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度過(guò)大，表面層金屬組織會(huì)變脆，出現(xiàn)微觀裂紋，甚至?xí)菇饘俦砻娼M織剝落而加劇零件的磨損。

2.2表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷處容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。并且表面粗糙度越大，表面劃痕越深，其抗疲勞破壞能力越差。

當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力和加工硬化時(shí)，能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度；當(dāng)表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，零件則容易引起晶間破壞，產(chǎn)生表面裂紋而降低其疲勞強(qiáng)度。

2.3表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

表面粗糙度和表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)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(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。殘余壓應(yīng)力使表面組織致密，腐蝕性介質(zhì)不易侵入，有助于提高表面的耐腐蝕能力；殘余拉應(yīng)力的對(duì)零件耐腐蝕性能的影響則相反。

3.控制表面質(zhì)量的途徑

3.1降低表面粗糙度的加工方法

1.超精密切削加工是指表面粗糙度為Ra0.04μm以下的切削加工方法。超精密切削加工最關(guān)鍵的問(wèn)題在于要在最后一道工序切削0.1μm的微薄表面層。

2.小粗糙度磨削加工為了簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，縮短工序周期，有時(shí)用小粗糙度磨削替代光整加工。分析磨削用量與磨削力、磨削熱之間的關(guān)系，并用圖表表示各參數(shù)的最佳組合，加上計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，通過(guò)指令進(jìn)行過(guò)程控制，使得小粗糙度磨削逐步達(dá)到了應(yīng)有的效果。

3.珩磨是利用珩磨工具對(duì)工件表面施加一定的壓力，同時(shí)珩磨工具還要相對(duì)工件完成旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。

4.超精加工是用細(xì)粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤(rùn)滑條件下，以快而短促的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行振動(dòng)研磨的一種微量磨削加工方法。

5.研磨是利用研磨工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在研磨劑的作用下，對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工的一種加工方法。

6.拋光是在布輪、布盤等軟性器具涂上拋光膏，利用拋光器具的高速旋轉(zhuǎn)，依靠拋光膏的機(jī)械刮擦和化學(xué)作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光澤的一種加工方法。

3.2改善表面物理力學(xué)性能的加工方法

1.噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為0.4～4mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。

2.滾壓加工是在常溫下通過(guò)淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對(duì)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(yīng)力，使零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度得以提高。

3.金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國(guó)外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用。

4.液體磨料強(qiáng)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(qiáng)化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度的一種工藝方法。

4.提高機(jī)械加工工件表面質(zhì)量的措施

4.1制訂科學(xué)合理的工藝規(guī)程

科學(xué)合理的工藝規(guī)程是加工工件的方法依據(jù)。只有制訂了科學(xué)合理的工藝規(guī)程，才能為加工工件表面質(zhì)量滿足要求提供科學(xué)合理的方法依據(jù)，使加工工件表面質(zhì)量滿足要求成為可能。對(duì)科學(xué)合理的工藝規(guī)程的要求是工藝流程要短，定位要準(zhǔn)確，選擇定位基準(zhǔn)時(shí)盡量使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。

4.2合理的選擇切削參數(shù)

切削參數(shù)的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進(jìn)給速度的選擇等。試驗(yàn)證明，主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑對(duì)零件表而粗糙度都有直接影響。在進(jìn)給量一定的情況下，減小主偏角和副偏角，或增大刀尖圓弧半徑，可減小表面粗糙度。另外，適當(dāng)增大前角和后角，可減小切削變形和前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生也可減小表面粗糙度。

4.3合理的選擇切削液

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。

4.4工件主要工作表面最終工序加工方法

工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。

5.結(jié)論

由于機(jī)械加工表面對(duì)機(jī)器零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度、配合性質(zhì)、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響，因此對(duì)機(jī)器零件的重要表面應(yīng)提出一定的表面質(zhì)量要求。由于影響表面質(zhì)量的因素是多方面的，只有了解和掌握影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，才能在生產(chǎn)實(shí)踐中，采取相應(yīng)的工藝措施，對(duì)表面質(zhì)量根據(jù)需要提出比較經(jīng)濟(jì)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(wèn)題，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能、壽命和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]寇元哲，影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素分析[J]。甘肅科技，2007

[2]于駿一，鄒青，機(jī)械制造基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社2004

[3]焦士仲，金屬切削原理[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991