彭展

（廣東省茂名市交通高級技工學(xué)校，廣東 茂名 525000）

論表面粗糙度對零件使用性能的影響

彭展

（廣東省茂名市交通高級技工學(xué)校，廣東 茂名 525000）

研究機械加工表面粗糙度的目的就是為了掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面粗糙度影響的規(guī)律，以便運用這些規(guī)律來控制加工過程。

機械切削；加工；表面粗糙度

1 表面粗糙度對零件使用性能的影響

（1）對零件耐磨性的影響。當(dāng)摩擦副的材料、潤滑條件和加工精度確定后，零件的表面質(zhì)量對耐磨性將起到關(guān)鍵作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當(dāng)兩個零件表面開始接觸時，接觸部分集中在其波峰（微觀的隆起部分）的頂部，因此實際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于名義上的接觸面積，并且表面粗糙度越大，實際接觸面積越小。

表面層的冷作硬化可以使表層的硬度提高，增強表面的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性變形、塑性變形，使耐磨性有所提高。但是如果硬化程度過大，表面層金屬組織會變脆，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。如常見材料摩擦系數(shù)參考表1所示。

（2）對疲勞強度的影響。屬于表面質(zhì)量中的表層殘余應(yīng)力會對承受交變載荷的零件產(chǎn)生較大疲勞強度的影響。在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷（微觀的凹下部分）容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。機械構(gòu)件應(yīng)力集中的區(qū)域例如尖角、鍵槽處往往是疲勞破壞的源頭。理論應(yīng)力集中指數(shù)是指最大局部彈性應(yīng)力與平均應(yīng)力的比值，恒大于1且與載荷大小無關(guān)。當(dāng)表層存在殘余壓應(yīng)力時，能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴展，可以提高零件的疲勞強度。常用的方法有兩種：表面熱處理、表面機械強化。

（3）對配合質(zhì)量的影響。相配零件間的配合性質(zhì)是由過盈量或間隙量來決定的。在間隙配合中，如果零件配合表面的粗糙度大，則由于磨損迅速使得配合間隙增大，從而降低了配合質(zhì)量，影響了配合的穩(wěn)定性。因此，對有配合要求的表面應(yīng)該規(guī)定較小的表面粗糙度值。

（4）其他因素的影響。①加載頻率。加載頻率分為正常、高頻、低頻三種。正常頻率是指5～300Hz，低頻是指0.1～5Hz，高頻是指高于300Hz。絕大部分機械構(gòu)件受到的載荷頻率在5～200Hz范圍。在無腐蝕的條件下金屬材料的疲勞強度幾乎沒有影響。②腐蝕。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質(zhì)從而使零件發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

表1 常見材料摩擦系數(shù)參考表

2 表面粗糙度對切削加工的影響

在切削加工中，影響因素主要包括幾何因素、物理因素和加工中工藝系統(tǒng)的振動。下面以車削為例來說明。

（1）幾何因素。切削加工時，表面粗糙度的值主要取決于切削面積的殘留高度。如下兩道計算殘余面積高度公式：

當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑rε＝0，殘留面積高度H為：

當(dāng)?shù)都鈭A弧rε＞0時，殘余面積高度H為：

從（1）式可以知，進(jìn)給量f、主偏角Kr、副偏角Kr＇和刀尖圓弧半徑rε對切削加工表面粗糙度的影響較大。減少進(jìn)給量f、主偏角Kr、副偏角Kr′和增大半徑rε，都能減少殘留面積的高度H，也就減少了零件的表面粗糙度。

（2）物理因素。在切削加工的過程中，刀具對工件的擠壓和摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，引起原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大表面粗糙度值，容易形成積屑瘤。

（3）動態(tài)因素。工藝系統(tǒng)有時會發(fā)生振動，即在刀具與工件間出現(xiàn)的除切削運動之外的另一種周期性的相對運動。振動的出現(xiàn)會使加工表面出現(xiàn)波紋，增大加工表面的粗糙度值，強烈的振動還會使切削無法繼續(xù)。

除了上述的因素外，造成已加工表面粗糙度不平的原因還有被切屑拉毛和劃傷等。

3 減少表面粗糙度的改進(jìn)措施

（1）在精加工時，應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量f、主偏角Kr、副偏角Kr′和增大半徑rε，以得到較小的表面粗糙度。

（2）加工塑性材料時，采用較高的切削速度防止積屑瘤的產(chǎn)生。

（3）根據(jù)工件材料、加工要求，合理選擇刀具材料，有利于減少表面粗糙度。

（4）適當(dāng)?shù)卦龃蟮毒咔敖呛腿袃A角，提高刀具的刃磨質(zhì)量，降低刀具前、后刀具的表面粗糙度值均能降低工件加工表面的粗糙度值。

（5）對工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚约?xì)化晶粒，均勻晶粒組織。

（6）選擇合理的切削液，減少切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，減少切削變形，抑制積屑瘤的產(chǎn)生，可大大減少表面粗糙度值。

4 結(jié)語

機械零件的表面粗糙度的分析，是零件進(jìn)行可靠性設(shè)計的重要指標(biāo)。受到粗糙度影響的機械加工有很多方面，其中著重介紹了表面粗糙度對零件使用性能、對切削加工的影響、如何可以減少粗糙度的一些改進(jìn)措施。對于表面粗糙度的分析與研究將成為金屬切削加工的重要方向，隨著制造業(yè)的崛起、理論分析的加強、各學(xué)科的不斷發(fā)展與滲透，對表面粗糙度形成的機理、影響規(guī)律的探索將會有更多有價值的研究成果。

An analysis of the Impact of Surface Roughness on Parts’Performance

PENG Zhan
(Maoming Communication and Senior Technician School,Maoming,Guangdong 525000,China).

The purpose of researches on the surface toughness after mechanical processing is to master laws regarding the effect of all kinds ofprocessing factors on surface toughness,so as control the processing progress according to these laws.

mechanical cutting;processing;surface roughness

TH161.14

A

2095-980X（2015）04-0036-02

2015-02-15

彭展（1986-），男，廣東茂名人，大學(xué)本科，教師，主要研究方向：機械切削加工工藝。