陳濤

【摘 要】在機(jī)械加工中，零件的加工表面產(chǎn)生微觀不平、殘余應(yīng)力等各種缺陷，雖然僅存于零件極薄的表面層中，卻嚴(yán)重影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合性、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而進(jìn)一步影響機(jī)械的使用性能和使用壽命。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械加工；零件；表面質(zhì)量

一、表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響

零件的耐磨性是零件的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，當(dāng)摩擦副的材料、潤滑條件和加工精度確定之后，零件的表面質(zhì)量對耐磨性將起著關(guān)鍵性的作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當(dāng)兩個零件的表面開始接觸時，接觸部分集中在其波峰的頂部，因此實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于名義接觸面積，并且表面粗糙度越大，實(shí)際接觸面積越小。在外力作用下，波峰接觸部分將產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力。當(dāng)兩個零件作相對運(yùn)動時，開始階段由于接觸面積小、壓應(yīng)力大，在接觸處的波峰會產(chǎn)生較大的彈性變形、塑性變形及剪切變形，波峰很快被磨平，即使有潤滑油存在，也會因?yàn)榻佑|點(diǎn)處壓應(yīng)力過大，油膜被破壞而形成干摩擦，導(dǎo)致零件接觸表面的磨損加劇。當(dāng)然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度過小，接觸表面間儲存潤滑油的能力變差，接觸表面容易發(fā)生分子膠合、咬焊，同樣也會造成磨損加劇。

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。

二、表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面粗糙度對承受交變載荷的零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。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。

表面層殘余壓應(yīng)力對零件的疲勞強(qiáng)度影響也很大。當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力時，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，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。

表面層的加工硬化對零件的疲勞強(qiáng)度也有影響。適度的加工硬化能阻止已有裂紋的擴(kuò)展和新裂紋的產(chǎn)生，提高零件的疲勞強(qiáng)度；但加工硬化過于嚴(yán)重會使零件表面組織變脆，容易出現(xiàn)裂紋，從而使疲勞強(qiáng)度降低。

三、表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響

表面粗糙度對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。

表面層殘余壓應(yīng)力對零件的耐腐蝕性能也有影響。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)力的對零件耐腐蝕性能的影響則相反。

四、表面質(zhì)量對零件間配合性質(zhì)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；在過盈配合中，如果表面粗糙度大，則裝配時表面波峰被擠平，使得實(shí)際有效過盈量減少，降低了配合件的聯(lián)接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。因此，對有配合要求的表面應(yīng)規(guī)定較小的表面粗糙度值。

在過盈配合中，如果表面硬化嚴(yán)重，將可能造成表面層金屬與內(nèi)部金屬脫落的現(xiàn)象，從而破壞配合性質(zhì)和配合精度。表面層殘余應(yīng)力會引起零件變形，使零件的形狀、尺寸發(fā)生改變，因此它也將影響配合性質(zhì)和配合精度。

五、表面質(zhì)量對零件其他性能的影響

如對間隙密封的液壓缸、滑閥來說，減小表面粗糙度Ra可以減少泄漏、提高密封性能；較小的表面粗糙度可使零件具有較高的接觸剛度；對于滑動零件，減小表面粗糙度Ra能使摩擦系數(shù)降低、運(yùn)動靈活性增高，減少發(fā)熱和功率損失；表面層的殘余應(yīng)力會使零件在使用過程中繼續(xù)變形，失去原有的精度，機(jī)器工作性能惡化等。

總之，提高加工表面質(zhì)量，對于保證零件的使用性能、提高零件的使用壽命是十分重要的。

六、提高機(jī)械加工工件表面質(zhì)量的措施

（1）制訂科學(xué)合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質(zhì)量的基礎(chǔ)?？茖W(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)時盡量使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。

（2）合理的選擇切削參數(shù)是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵。選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質(zhì)量。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。比如在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因?yàn)榈毒咔敖窃龃髸r，切削力減小，切削變形小，刀具與切屑的接觸長度變短，減小了積屑瘤形成的基礎(chǔ)。

（3）合理的選擇切削液是保證加工工件表面質(zhì)量的必要條件。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）工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要。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。

也可以在加工過程中通過改變某些量來提高表面粗糙度。1）在精加工時，應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量f、較小的主偏角kr和副偏角kr、較大的刀尖圓弧半徑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可防止積屑瘤的產(chǎn)生，減小表面粗糙度。3）根據(jù)工件材料、加工要求，合理選擇刀具材料，有利于減小表面粗糙度。4）適當(dāng)?shù)脑龃蟮毒咔敖呛腿袃A角，提高刀具的刃磨質(zhì)量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。5）對工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以?xì)化晶粒，均勻晶粒組織，可減小表面粗糙度。6）選擇合適的切削液，減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，減小切削變形，抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，可以大大關(guān)小表面粗糙度。

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