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        關(guān)于機(jī)械零件加工減小表面粗糙度方法的探討

        2015-12-19 08:43:32陳兵
        卷宗 2015年11期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械零件粗糙度性能

        陳兵

        摘 要:機(jī)械零件的表面質(zhì)量對(duì)零件使用時(shí)的耐磨性、配合精度、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等有很大的影響,接影響到零件的工作時(shí)的性能,尤其是它的可靠性和壽命。提高加工表面的質(zhì)量,減小零件粗糙度,對(duì)保證零件的使用性能、提高零件及其機(jī)器的壽命具有重要的意義。本文作者就切削加工中影響表面粗糙度的因素進(jìn)行分析,和如何減小表面粗糙度的方法提出了一些方法。

        關(guān)鍵詞:機(jī)械零件;零件表面;粗糙度;加工質(zhì)量;性能;切削

        機(jī)械零件的加工質(zhì)量,除了加工精度外,還有表面質(zhì)量。機(jī)械零件加工的表面質(zhì)量是指零件加工后的表面層狀態(tài),它是判定零件質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要依據(jù)。機(jī)械零件的失效,大多是由于零件的磨損、腐蝕或疲勞破壞等所致,而磨損、腐蝕、疲勞等破壞都是從零件表面開(kāi)始的。表面粗糙度是影響零件表面質(zhì)量的重要因素,減小表面粗糙度就能提高零件表面質(zhì)量,而零件表面質(zhì)量將直接影響零件的工作性能,尤其是可靠性和壽命。減小表面粗糙度的方法在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用還是很廣泛的。由于機(jī)械零件一般都是通過(guò)切削加工的方法得到的,因此,下面主要總結(jié)在切削加工中減小表面粗糙度的方法,供大家參考。

        1 切削加工中影響表面粗糙度的因素

        1.1 刀刃在工件表面留下的殘留面積

        工件的已加工表面是由刀具的主副切削刃切削后形成的。兩條切削刃在已加工表面上留下的痕跡。在已加工表面上殘留的面積越大,獲得的表面將越粗糙。由圖1可知,當(dāng)rε=0時(shí),殘留面積高。當(dāng)?shù)都獾膱A角半徑rε≠0,。在實(shí)際的

        切削過(guò)程中,切削刃的表面粗糙度也會(huì)反映在工件已加工表面上,此外,切削刃還會(huì)將殘留面積擠歪,實(shí)際表面粗糙度的最大值大于殘留面積高度。

        1.2 工件材料的性質(zhì)

        塑性材料與脆性材料對(duì)表面粗糙度都有較大的影響。

        (1)塑性材料(積屑瘤的影響)

        在一定的切削速度范圍內(nèi)加工塑性材料時(shí),由于前刀面的擠壓和摩擦作用,使切屑的底層金屬流動(dòng)緩慢而形成滯流層,此時(shí)切屑上的一些小顆粒就會(huì)粘附在前刀面上的刀尖處,形成硬件度很高的楔狀物,稱為積屑瘤,

        積屑瘤的硬度可達(dá)工件硬度的2~3.5倍,它可代替切削刃進(jìn)行切削。由于積屑瘤的存在,使刀具上的幾何角度發(fā)生了變化,切削厚度也隨之增大,因此,將會(huì)在已加工表面上切出溝槽。積屑瘤生成以后,當(dāng)切屑與積屑瘤的摩擦大于積屑瘤與刀面的冷焊強(qiáng)度或受到振動(dòng)、沖擊時(shí),積屑瘤會(huì)脫落,又會(huì)逐漸形成新的積屑瘤。由此可見(jiàn),積屑瘤的生成、長(zhǎng)大和脫落,使切削發(fā)生波動(dòng),并嚴(yán)重影響工件的表面質(zhì)量。脫落的積屑瘤碎片,還會(huì)在工件的已加工表面上形成硬點(diǎn)。因此,積屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽視的因素。

        (2)鱗刺的影響

        鱗刺是由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作用造成周期性的停留,代替刀具推擠切削層,造成切削層金屬的積聚,切削層和工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象,如此連續(xù)發(fā)生,就在工件表面上形成一系列的鱗刺,構(gòu)成已加工表面的縱向粗糙度。

        形成鱗刺的原因有:

        1)由于機(jī)械加工系統(tǒng)的振動(dòng)所引起的。

        2)由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用,使切屑在前刀面上產(chǎn)生周期性停留,從而擠拉已加工表面。這種擠拉作用嚴(yán)重時(shí)會(huì)使表面出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。

        (3)脆性材料

        在加工脆性時(shí),切屑呈不規(guī)則的碎粒狀,加工表面往往出現(xiàn)微粒崩碎痕跡,留下許多麻點(diǎn),增大了表面粗糙度。

        1.3 切削用量

        選擇不同的切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度影響較大。在一定的速度范圍內(nèi),如用中、低速(一般1<υc<80m/min)加工塑性材料容易形成積屑瘤或鱗刺。此外,當(dāng)背吃刀量或進(jìn)給量很小且刀刃不夠鋒利時(shí),刀刃易在工件表面打滑,增大表面粗糙度。

        1.4 工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)

        工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng),使工件和刀尖的相對(duì)位置發(fā)生微幅振動(dòng),使表面粗糙度加大。

        1.5 切削液

        切削液在加工過(guò)程中具有冷卻、潤(rùn)滑和清洗作用,能降低切削溫度和減輕前、后刀面與工件的摩擦,從而減少切削過(guò)程中的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng),對(duì)降低表面粗糙度有很大作用。

        2 減小表面粗糙度的方法

        1.切削用量方面:(1)切削速度vc切削速度對(duì)表面粗糙度的影響較復(fù)雜,一般在低速度或在高速度切削時(shí),不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤,因此加工后表面粗糙度值小。用較高的切削速度,還可大大提高生產(chǎn)率。比如:用YT15切削35鋼,臨界切削速度v>100m/min。(2)進(jìn)給量f 適當(dāng)減少進(jìn)給量f將使表面粗糙度值減小。(3)切削深度ap 一般說(shuō),切削深度ap對(duì)加工表面粗糙度影響不明顯。但當(dāng)ap<0.02~0.03mm時(shí),由于加工半徑的影響,常出現(xiàn)擠壓、打滑和周期性的切入加工表面,從而使表面粗糙度值增大。為降低加工表面粗糙度值,應(yīng)根據(jù)刀具刃口刃磨的鋒利程度選擇相應(yīng)的切削深度。

        2.刀具方面:(1)刃傾角λs 增大刃傾角對(duì)降低表面粗糙度有利。因?yàn)棣藄增大,實(shí)際工作前角隨之增大,切削力F明顯下降,從而可減輕工藝系統(tǒng)的振動(dòng),減小加工表面的粗糙度數(shù)值。(2)主偏角kγ、副主偏角kγ、刀尖圓弧半徑rε 減小刀具的主偏角kγ和副主偏角kγ以及增大刀尖圓弧半徑rε,可減小切削殘留面積,使其表面粗糙度降低。(3)前角γo 增大前角γo,有利于減小表面粗糙度值。前角大刃口鋒利,切削層的塑性變形和磨擦阻力小,切削力和切削熱降低。但γo不能太大,否則會(huì)嵌入工件或崩刀,反而增大表面粗糙度值。(4)提高刀具刃磨質(zhì)量,減小刀具前、后刀面的粗糙度數(shù)值,使其不大于Ra1.25μm 。(5)選用與工件親合力小的刀具材料,如用陶瓷或碳化鈦基硬質(zhì)合金切削碳素工具鋼,用金剛或礦物陶瓷刀加工有色金屬等。

        3.其它方面:(1) 低速切削時(shí)采取減小切削厚度;(2) 增大前角等措施以及高速切削時(shí),采用硬質(zhì)合金刀具;(3) 將工件材料作調(diào)質(zhì)處理;(4) 減小前角等措施都可以抑制鱗刺的產(chǎn)生。 (5) 車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)取90°或91°--93°的主偏角(使用跟刀架時(shí)為使軸靠緊爪面,常取80%以上);在后刀面磨出消振棱,縮短頂針伸出的長(zhǎng)度,縮短刀具伸出的長(zhǎng)度,使用消振器等措施可以抑制振動(dòng)的產(chǎn)生。(6)使用冷卻潤(rùn)滑液,可以很有效地減小前刀面與切屑之間、后刀面與工件之間的摩擦,從而有利于降低表面粗糙度。

        參考文獻(xiàn)

        [1]湯習(xí)成 主編.機(jī)械制造工藝學(xué).中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2010

        [2]趙鎮(zhèn)平 陳發(fā) 降低機(jī)械加工表面粗糙度的途徑 《職業(yè)》2011年32期

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