劉佳林 寇東偉 趙權(quán)權(quán)

摘 要：縱觀整個裝配工藝過程，最主要的就是從零件入手，當(dāng)零件質(zhì)量得到有效的保障后，通過裝配工藝方法和先進(jìn)的工具來提高裝配效率和精度，而在產(chǎn)品逐級裝配這一復(fù)雜的過程中，往往容易忽略結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量對裝配結(jié)果的影響。本文即從結(jié)構(gòu)件裝配需求的角度來說明如何避免不合適的機(jī)械加工表面質(zhì)量的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；表面質(zhì)量；結(jié)構(gòu)裝配

一、概述

結(jié)構(gòu)件裝配是一種比較復(fù)雜的裝配流程，需要裝配的零件種類繁多，因此影響因素也很多，其中筆者認(rèn)為對產(chǎn)品性能和質(zhì)量影響很大，但經(jīng)常被忽略的一個因素是機(jī)械加工的表面質(zhì)量，也叫粗糙度。它對于后續(xù)裝配的完整性、可靠性有較大影響，甚至?xí)绊懷b配后的尺寸精度。

研究和掌握機(jī)械加工中各種因素對表面質(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)品裝配穩(wěn)定性和一致性，就顯得尤為重要。

二、目前常見的結(jié)構(gòu)件裝配方法

1、敲擊安裝。常用紫銅棒，優(yōu)點是銅質(zhì)地較軟而且不落屑。安裝過程要求均勻敲打，對人員技能有一定要求。

2、壓入法安裝。優(yōu)點是施力平穩(wěn)、均勻、無沖擊，配合工裝操作，明顯降低對人員技能要求，生產(chǎn)一致性高。

3、冷裝、熱裝。對于較大過盈量的軸、套安裝，利用熱漲冷縮原理，將工件在油箱中加熱或液氮中冷卻后安裝。相對而言，冷裝適應(yīng)性更好，其對零件精度、材料組織變化影響較小。

三、常見的因零部件表面質(zhì)量選取不當(dāng)引起的裝配缺陷

由于金屬切削加工的特點，加工件的表面從剖面上看實際是以連續(xù)的波峰波谷（振幅）形式出現(xiàn)的。這就造成了當(dāng)兩個切削加工面進(jìn)行接觸時，勢必會出現(xiàn)不同加工面的波峰與波谷相互嵌入，即類似螺紋連接的情況出現(xiàn)（如圖1）。因此，會造成以下裝配缺陷的產(chǎn)生。

圖1

1、表面劃傷和敲擊變形。由于兩個工件表面紋路波峰與波谷相互嵌入，則當(dāng)兩個工件的裝配運(yùn)動方向與切削紋路方向為非平行狀態(tài)時，會產(chǎn)生較大的阻力，阻力的大小與配合間隙、結(jié)合力大小等多種因素有關(guān)，但表面質(zhì)量（振幅）卻是容易被忽視的因素。而實際情況是，當(dāng)零部件表面粗糙度過高時，極易造成工件表面的劃傷，特別是硬度較低的鍍鋅及發(fā)黑氧化層（如圖2）。

圖2

2、密封不嚴(yán)。當(dāng)前一般結(jié)構(gòu)件結(jié)合面的密封方法主要有兩種，一種是結(jié)合面間采用夾緊固體軟質(zhì)材料，如橡膠密封圈進(jìn)行密封，另一種是兩結(jié)合面間涂抹在一定條件下可轉(zhuǎn)化為固體的密封液（或膠）進(jìn)行密封。

圖3

根據(jù)筆者的觀察統(tǒng)計，兩種密封方法對零部件表面質(zhì)量的要求并不一致，前者傾向于較高即較光滑的表面質(zhì)量。原因是固體有一定的變形極限，若零件表面紋路溝槽過深，超過密封件的變形極限，導(dǎo)致變形后的密封件無法有效填充，則極易出現(xiàn)滲漏油的情況（如圖3）。而后者則傾向于加工表面有一定的粗糙度，因為液體的填充性能好，且較為粗糙的表面更易于降低密封液的流動性和提高密封劑的附著力，相反若表面過于光滑，則會造成密封液在未凝固前即流失而達(dá)不到密封效果的情況。

3、過快磨損。從微觀上看，加工面單位長度上受力大小一定的情況下，單個切削紋頂點（谷峰）受力的大小取決于單位長度上切削紋的數(shù)量，而在材料一致的情況下，單個切削紋磨損的程度與受力成正比。由此可見，當(dāng)外部整體受力條件一致情況下，零部件表面質(zhì)量越低則磨損越快，反之則越慢。所以，通常將有相對運(yùn)動的加工面設(shè)定為較高的表面質(zhì)量。

四、影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

1、工件材料性質(zhì)。加工塑性材料時，由于刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具的的撕裂作用，使表面粗糙值加大。而加工脆性材料時，其切屑呈碎粒狀，易由于切屑的崩碎而在加工表面留下很多麻點，使表面粗糙。

2、加工工藝和機(jī)床設(shè)備。

1）車、銑、鏜等切削加工要注意進(jìn)給量，吃刀深度，以及進(jìn)給速度。

2）磨削加工要注意磨削速度、砂輪粒度硬度的選用、磨削徑向進(jìn)給量和光磨次數(shù)。

3）機(jī)床剛性差及裝夾不當(dāng)造成機(jī)床震動，對表面質(zhì)量也有較大影響。

3、刀具選取。刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，不同的進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及刀尖圓弧半徑，決定了殘留面積的高度和切削時的塑性變形程度。

4、潤滑液選取。在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的的顯微硬度、金相組織產(chǎn)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這些不利的物理變化，在切削加工時易產(chǎn)生刀瘤，鱗刺和加工硬化現(xiàn)象，從而降低表面加工質(zhì)量，特別是磨削加工更加明顯。

五、提高加工表面質(zhì)量的措施

通過前面的分析，我們知道影響表面質(zhì)量的因素有切削條件（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)床精度等幾個方面。因此，筆者認(rèn)為提高加工表面質(zhì)量的措施主要有以下幾個方面：

1、工件材料狀態(tài)方面

1）對于塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料，預(yù)先進(jìn)行正火處理以降低塑性。

2）對于硬度較高的調(diào)質(zhì)或淬火狀態(tài)的高碳鋼材料，預(yù)先進(jìn)行退火處理以降低硬度和細(xì)化晶粒。

2、加工工藝和機(jī)床設(shè)備方面

1）選擇合理的加工工藝方法和機(jī)床設(shè)備。以加工孔為例，表面質(zhì)量要求較低可以采用鉆、銑、粗車（鏜）工藝，質(zhì)量要求較高則需要采用精車（鏜）、磨削、刮研等工藝。

2）選用合理的加工工藝參數(shù)。較小的進(jìn)給量、進(jìn)給速度和較高的工件與刀具的相對速度都可以有效的提高加工表面的質(zhì)量。在實際加工時，需要根據(jù)經(jīng)驗及實際情況反復(fù)優(yōu)化已達(dá)到最優(yōu)效果。

3）合理裝夾，增大機(jī)床和工件剛度。設(shè)計和使用合理的夾具，避免造成工件在進(jìn)給方向懸空或懸臂式裝夾，同時避免機(jī)床主軸和刀具伸出過長因引起加工時的震動。

3、刀具方面

為了減少殘留面積，應(yīng)選用角度合適的刀具與工件材料適應(yīng)性好的刀具材料，以車刀選擇為例：

1）車刀角度選擇

前角：一般5°至20°，粗車角度較小，精車較大；

后角：粗車時較小，一般6°至8°；精車時較大，一般10°至12°；

刃傾角：粗車一般取5°，較大振動時可取10°以上；精車一般取負(fù)5°至0°。

2）車刀材質(zhì)選擇

YG類刀片適合加工鑄鐵、有色金屬；YT類刀片適合加工鋼件；YW類適合加工高合金鋼、耐熱合金及不銹鋼加工。

4、切削液選取

應(yīng)根據(jù)加工工藝和工件材料選擇合適的切削液，以下是根據(jù)生產(chǎn)實際驗證的，配比簡單，適合各種加工工藝，同時成本具有一定優(yōu)勢的切削液配比：

六、結(jié)語

本文通過對機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行了分析，指出對結(jié)構(gòu)件裝配所造成的影響，并提出了提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的措施，對工程實踐有一定的指導(dǎo)作用。但需要說明的是，影響加工表面質(zhì)量的因素在實際生產(chǎn)實踐中一般不是孤立存在的，是相互影響，甚至是相互制約的。需要在大量實踐結(jié)果總結(jié)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同工件的特性進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整以選取最佳解決方案。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉瑞芬.對機(jī)械加工表面質(zhì)量的分析[J].河北冶金，2006，（4）.

（作者單位：鄭州宇通重工有限公司）