田文杰
(武威職業(yè)學(xué)院,甘肅 武威 733000)
一個(gè)零件表面的變化往往是其質(zhì)量發(fā)生變化的開始,因此零件表面質(zhì)量在很大程度上決定了其使用性能。對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行研究的目的,就是通過掌握機(jī)械加工中各類因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律,進(jìn)而提升產(chǎn)品的表面質(zhì)量,增強(qiáng)其性能。
在機(jī)械加工過程中,零件表面質(zhì)量作為其整個(gè)加工質(zhì)量的重要構(gòu)成,主要是指機(jī)械加工后零件表層微觀幾何結(jié)構(gòu)與表層金屬材料性質(zhì)出現(xiàn)的變化。在機(jī)械加工之后,其表面必然會(huì)出現(xiàn)某種程度的微觀幾何形狀的偏差,由此導(dǎo)致表面物理力學(xué)性能出現(xiàn)變化。所以,總體來看,機(jī)械加工表面質(zhì)量涵蓋了加工表面幾何特征與物理學(xué)性能兩個(gè)方面。其中加工表面微觀幾何特征涵蓋了表面粗糙程度與表面波度,表面粗糙度指的是波距L在1mm以內(nèi)的表面微小波紋,表面波度指的是波距L在1到10mm區(qū)間的表面波紋[1]。表面層物理學(xué)性能則涵蓋了表面層加工硬化、殘余應(yīng)力以及表面層金相組織出現(xiàn)的變化。
①影響機(jī)器的耐磨性。對(duì)于新加工的兩個(gè)接觸面,其初始階段僅有表面峰部接觸,實(shí)際的接觸面積要比理論接觸面積小得多,接觸峰部存在的單位應(yīng)力較大,會(huì)導(dǎo)致接觸面出現(xiàn)塑性變形、彈性變形與峰部間的嚴(yán)重磨損。通常情況下,零件磨損能夠分成三個(gè)階段,分別為初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個(gè)階段。表面粗糙度值越小,耐磨性就越強(qiáng)。但是如果表面粗糙度值過小,也會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油難以儲(chǔ)存,容易造成接觸面出現(xiàn)分子粘接,增加磨損程度。所以,接觸面粗糙度值并非越小越好,而應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi),其決定因素主要參照零件的工作情況,工作載荷越大,初期磨損量也越大,相應(yīng)的表面粗糙度的最佳值也應(yīng)加大。②影響機(jī)器的疲勞強(qiáng)度。金屬在交變載荷作用的影響下會(huì)產(chǎn)生疲勞效應(yīng),破壞零件表面與表面冷硬層下面,所以疲勞強(qiáng)度受零件表面質(zhì)量的影響較大。表面強(qiáng)度在交變載荷作用下對(duì)疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響,表面粗糙度的凹谷部位易導(dǎo)致應(yīng)力集中,造成疲勞裂紋的出現(xiàn)。表面層殘余拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋增大,增加疲勞破壞的程度;相反,表面殘余應(yīng)力可以有效延緩疲勞裂紋,降低疲勞破壞的程度。表面冷硬通常都會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力,能夠有效防止出現(xiàn)裂紋和延緩裂紋的擴(kuò)展,有利于提升疲勞強(qiáng)度。③影響配合性質(zhì)與零件的其他性能。零件之間的配合關(guān)系通過過盈量或間隙值體現(xiàn)。間隙配合下,假如零件配合表面比較粗糙,就會(huì)導(dǎo)致配合件磨損較快,使配合間隙擴(kuò)大,配合性質(zhì)發(fā)生變化,配合精度降低;過盈配合下,假如零件配合表面粗糙,就會(huì)擠平裝配后配合表面的凸峰,降低配合件之間的有效過盈量,導(dǎo)致配合件之間的連接強(qiáng)度變小,對(duì)配合的可靠性造成影響。所以,針對(duì)那些對(duì)配合有嚴(yán)格要求的表面,確定一個(gè)較小的表面粗糙度值是十分有必要的。除此之外,表面質(zhì)量還對(duì)零件的使用性能等方面存在影響。比如液壓缸與滑閥,表面粗糙度值太大會(huì)對(duì)它們的密封性產(chǎn)生不利的影響;至于需要滑動(dòng)的工作零件,一定程度的表面粗糙度可以提升運(yùn)動(dòng)的靈活性,從而降低發(fā)熱與能耗;零件表面層的參與應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致成型的零件在應(yīng)力的作用下重新分布,造成其在使用過程中出現(xiàn)變形,對(duì)其尺寸和形狀精度等造成不良的影響。
①刀具幾何形狀的復(fù)映。刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的過程中,必然會(huì)在工件表面留下切削曾殘留面積,形狀則是刀具幾何形狀的復(fù)映。通過降低進(jìn)給量、縮小主偏角、副偏角與增大刀尖圓弧半徑,都可以縮小殘留面積。除此之外,通過合理的增大刀具前角來降低切削時(shí)塑性變形程度,科學(xué)選用潤(rùn)滑液、提升刀具刃磨質(zhì)量,以此來降低切削時(shí)塑性變形并阻止刀瘤、鱗刺的出現(xiàn),也能夠有效降低表面粗糙度。②對(duì)冷作硬化造成影響的因素。切削刃鈍圓,半徑增加,會(huì)增強(qiáng)表層金屬的擠壓作用,加劇塑性變形,使得冷硬增強(qiáng)。增大刀具后刀面的磨損,后刀面和加工件表面的摩擦增大,塑性變形增加,使得冷硬增強(qiáng)。增加切削速度,會(huì)縮短刀具和工件之間作用的時(shí)間,會(huì)導(dǎo)致塑性變形擴(kuò)展的深度降低,同時(shí)冷硬層深度降低。增加進(jìn)給量,也會(huì)增大切削力,加劇表層金屬塑性變形,增強(qiáng)冷硬作用。③磨削加工對(duì)表面粗糙程度的影響。磨削加工表面粗糙度的產(chǎn)生,起決定性作用的是幾何因素以及表面金屬的塑性變形,主要影響因素包括砂輪粒度、硬度、齊整度,磨削的速度,磨削徑向進(jìn)給量和光磨的次數(shù),工件圓周進(jìn)給速度和軸向進(jìn)給量,冷卻潤(rùn)滑液的質(zhì)量等。
①制定完善的工藝規(guī)程。完善的工藝規(guī)程是工件加工的基本遵循,只有制定了完善的工藝流程,才能夠?yàn)榧庸こ龇弦蟮墓ぜ砻尜|(zhì)量提供科學(xué)的方法依據(jù)。假如定位基準(zhǔn)同設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不相符,則應(yīng)當(dāng)盡最大可能的以質(zhì)量較高的面為基準(zhǔn),如果覺得有必要,還應(yīng)當(dāng)增加工藝孔以保障加工工件表面的質(zhì)量,以使其符合質(zhì)量的要求;如果一次加工可以完成的面,盡可能一次性完成,在加工過程中應(yīng)盡最大可能使用專用的夾具。②選擇合理的切削參數(shù)。科學(xué)的選擇切削參數(shù),對(duì)積屑瘤出現(xiàn)的抑制具有十分重要的作用,能夠有效降低理論加工殘留面積高度,確保工件表面質(zhì)量符合要求。影響切削參數(shù)的因素眾多,主要包括切削道具的角度、切削速度、切削深度與進(jìn)給速度等。實(shí)踐證明,如果在加工塑性材料時(shí),加工刀具的前角較大,則能夠有效防止積屑瘤的出現(xiàn),這主要是由于刀具前角變大時(shí),會(huì)導(dǎo)致切削力變小,切削變形小,刀具同切屑的接觸長(zhǎng)度縮小,有效降低了積屑瘤出現(xiàn)的可能性。③科學(xué)的確定零件主要工作表面最終工序。之所以重視零件主要工作表面的最終工序,主要是由于最終工序留在主要工作表面的參與應(yīng)力將會(huì)對(duì)機(jī)器零件的使用性能造成最直接的影響。在科學(xué)的確定主要工作表面最終工序加工方法的時(shí)候,必須充分研究加工件主要工作表面具體的工作條件與有可能出現(xiàn)的破壞方式。
綜上所述,因?yàn)闄C(jī)械加工表面對(duì)機(jī)械零件的使用性能具有十分重要的影響,所以對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行研究,主要是通過對(duì)加工工藝中各類因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響規(guī)律的掌握,并對(duì)這些規(guī)律加以充分的運(yùn)用,最終在加工過程中提高表面質(zhì)量,提高產(chǎn)品的使用性能。
[1]孫保友.影響機(jī)械零件表面加工質(zhì)量的因素及改善表面質(zhì)量對(duì)策[J].中外企業(yè)家,2010(06):174-175.