撰文/陳巖

■030006 山西尚風(fēng)科技股份有限公司 山西 太原

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試析機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素

撰文/陳巖

■030006 山西尚風(fēng)科技股份有限公司 山西 太原

機(jī)械加工表面質(zhì)量問(wèn)題不但對(duì)加工零件的使用性能有影響，還對(duì)機(jī)械的使用壽命有影響。本文闡述了機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)其使用性能的影響，同時(shí)還根據(jù)實(shí)際工作里影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素進(jìn)行了分析研究，這在改善產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)產(chǎn)品使用性能方面提供了理論與枝術(shù)支持。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；表面質(zhì)量；影響因素

盡管機(jī)械零件加工表明的這些問(wèn)題只是作用于表面層，可是卻對(duì)零件的配合性質(zhì)、耐磨性、抗腐蝕性以及疲勞強(qiáng)度等性能產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，有時(shí)還會(huì)對(duì)機(jī)械的使用壽命產(chǎn)生影響。目前社會(huì)的發(fā)展迅速，用戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了進(jìn)一步的要求，很多在高壓、高溫、重載等不一般的環(huán)境中工作的重要零件，表明需要承受巨大的壓力與周?chē)慕橘|(zhì)的腐蝕作用，其零件表面的沒(méi)一處細(xì)小的缺點(diǎn)都可能會(huì)影響零件的使用。產(chǎn)品工作性能像可靠性以及耐久性的長(zhǎng)短，在很大程度上是由于其重要零件的表面質(zhì)量。分析機(jī)械加工表面的質(zhì)量和影響因素，只有了解其變化規(guī)律，才可以提升機(jī)械加工表面的質(zhì)量和產(chǎn)品的使用性能。

所有機(jī)械加工的表面，其表面實(shí)際上都不可能是完全理想的光滑，肯定會(huì)有一定的微觀幾何的形狀誤差。同時(shí)，在加工時(shí)表面材料因切削力、切削熱的因素，這會(huì)導(dǎo)致本來(lái)的物理機(jī)械性能發(fā)生改變。所以，機(jī)械加工的表面質(zhì)量與其表面的粗糙程度以及表層材料的物理力學(xué)性能的變化有關(guān)。

表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面的較小間距和微小峰谷的微觀幾何形狀誤差.它主要是由于切削加工過(guò)程中的刀痕、切削分離時(shí)的塑性變形、刀具與被加工表面的摩擦、工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)等原因造成的。

a機(jī)械表面粗糙度

①表面粗糙度影響配合性質(zhì)。其表面粗糙程度強(qiáng)的零件在裝配過(guò)后，其本有的接觸面積變減少，接觸剛度會(huì)被削弱。在間隙配合時(shí)，因?yàn)槟p導(dǎo)致間隙變大，使得接觸剛度而降低進(jìn)而形成振動(dòng)；在配合過(guò)盈時(shí)，因?yàn)楸砻娴姆屙敱粩D平，使得實(shí)際的過(guò)盈量減少?gòu)亩浜系倪B接強(qiáng)度降低。

②表面粗糙度影響耐磨性。假設(shè)機(jī)械表面粗糙度的值比較大，如果凸峰接觸，是因?yàn)槟Σ?；則凸峰嵌入到凹谷，其摩擦阻力就會(huì)大，形成塑性變形、彈性變形以及破壞剪切，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的磨損；其表面粗糙度太小，潤(rùn)滑油就會(huì)被擠出，因?yàn)榉肿娱g的親和力變強(qiáng)，就會(huì)使得其表面冷焊、膠合，導(dǎo)致磨損加劇。所以必須要選擇符合的表面粗糙度，這才可以有效地使零件的摩擦與磨損變小。

③表面粗糙度影響耐腐蝕性。零件在介質(zhì)里活動(dòng)時(shí)，其表面粗糙的凹谷，很容易使腐蝕性介質(zhì)沉積進(jìn)而形成化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕，這樣就促使表面銹蝕形成。

④表面粗糙度影響疲勞程度。因著交變載荷，使得零件表面變得越來(lái)越粗糙，導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，進(jìn)而產(chǎn)生疲勞裂紋并使其加劇，形成疲勞損壞。

⑤表面粗糙度影響接觸剛度。有這樣一個(gè)規(guī)律，機(jī)械零件的表面越粗糙，其表面的實(shí)際接觸面積就會(huì)越小，其單位受力面積就越大，這會(huì)導(dǎo)致凸頂處的塑性變形增強(qiáng)，接觸剛度降低，對(duì)機(jī)器的工作精度與抗振性能產(chǎn)生影響。

⑥表面粗糙度影響結(jié)合密封性。因?yàn)榇嬖谖⒂^不平，導(dǎo)致兩個(gè)表面局部互相接觸，使得中間縫隙，對(duì)密封性產(chǎn)生影響。

影響表面粗糙度的因素

其實(shí)導(dǎo)致表面粗糙度的原因很多，主要有以下幾個(gè)原因：

①刀具幾何形狀。在切削過(guò)程中，因?yàn)榈度械男螤钜约斑M(jìn)給量的原因，余量沿切深不可能完全被切除，所以就會(huì)復(fù)留下相應(yīng)的殘留面積，其高度也會(huì)影響己加工零件表面的粗糙度，其主要的影響因素有有主偏角、刀尖圓弧半徑、副偏角以及進(jìn)給量等。像加工塑性材料過(guò)程中，前角的影響比較明顯，就可以取大點(diǎn)；車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，要衡量工件的剛度，選擇偏大的主偏角。

②工件材料性質(zhì)。一般規(guī)律，塑性材料的被加工材料的硬度越低，其韌性越大，加工后它的表面粗糙度值也會(huì)較大，其冷硬現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。加工脆性材料的過(guò)程中，切屑呈現(xiàn)出不規(guī)則的碎粒狀時(shí)，它的加工表面常常會(huì)有微粒崩碎的痕跡出現(xiàn)，留下很多麻點(diǎn)，使得表面粗糙度增大.對(duì)于相同的材料，它的晶粒組織越大，加工后的表面粗糙度值也就越大。

③切削用量。在一定的切削速度范圍中，加工鋼料或者有色金屬等塑性材料時(shí)，會(huì)形成積屑瘤以及鱗刺，這會(huì)影響到零件的表面粗糙度。除此之外，當(dāng)背吃刀量或者進(jìn)給量非常小并且刀刃不是很鋒利時(shí)，刀刃很容易在工件表面打滑，使得其表面粗糙度增大。

表面層物理力學(xué)性能

機(jī)械加工過(guò)程中，因?yàn)楣ぜ们邢髁σ约扒邢鳠岬脑?，它的表面層的物理與力學(xué)性能就會(huì)發(fā)生非常大的改變，使得基體材料的不同，主要表現(xiàn)在表面層的金相組織以及硬度的變化和表面層有殘余應(yīng)力出現(xiàn)。

a表面層物理力學(xué)性能影響零件使用性能

①冷作硬化的影響。表層材料使得冷作硬化作用產(chǎn)生，它的強(qiáng)度、硬度都會(huì)提升，塑性下降，所以零件耐磨性和接觸剛度會(huì)提高，然而過(guò)度的硬化就會(huì)導(dǎo)致其表面層產(chǎn)生裂紋，并且表面層會(huì)剝落，加大磨損，耐磨性下降，這對(duì)配合精度以及配合質(zhì)量有很大的影響。

②殘余應(yīng)力的影響。在機(jī)械加工過(guò)程中，如果表面層金屬的組織在形狀、體積以及金相組織發(fā)生改變時(shí)，它表層組織和基體材料交界處就會(huì)有互相平衡的彈性應(yīng)力產(chǎn)生，這就是殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力有殘余拉應(yīng)力以及殘余壓應(yīng)力兩種，殘余拉應(yīng)力會(huì)使零件的疲勞強(qiáng)度降低，有的也會(huì)導(dǎo)致零件表面發(fā)生微裂紋；殘余壓應(yīng)力有的時(shí)候卻可以提升零件的疲勞強(qiáng)度。

b影響表面層物理力學(xué)性能的原因

①影響加工硬化的主要原因。表面冷作硬化程度與產(chǎn)生塑性變形的切削力、變形的溫度、變形速度和工件的材料息息相關(guān)。其切削力越大，它的塑性變形也就越大，硬化層深度越大，就會(huì)導(dǎo)致加工硬化嚴(yán)重；由于對(duì)工件的表面層硬化會(huì)發(fā)生軟化作用，所以切削溫度越高，就能夠部分消除冷作硬化；越快的變形速度，其塑性變形就越不充分，其硬化程度就會(huì)削弱；工件材料的硬度低，塑性變形大，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的硬化現(xiàn)象。

②影響表面層殘余應(yīng)力的原因。在切削加工中，當(dāng)切削溫度不是很高時(shí)，在切削力的影響下，工件表面就會(huì)發(fā)生塑性變形，當(dāng)基體金屬發(fā)生彈性變形時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；其切削熱的作用導(dǎo)致表層和基體金屬由于收縮不同而受到影響，形成了殘余拉應(yīng)力；溫度太高，導(dǎo)致表層組織產(chǎn)生相變，使得體積改變，也會(huì)形成殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力。在不同的情況下，這些原因里的某一種或兩種會(huì)起主導(dǎo)作用。

結(jié)束語(yǔ)

如今不斷進(jìn)步機(jī)械加工業(yè)和科技，使得用戶對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量的要求越來(lái)越高，這使得加工行業(yè)有了很大的壓力和挑戰(zhàn)。機(jī)械加工表面的質(zhì)量對(duì)零件的抗腐蝕性、耐磨性和精度都產(chǎn)生了重要影響。同時(shí)因?yàn)橛绊懕砻尜|(zhì)量的因素是很多的。所以在實(shí)際操作的過(guò)程中，必須合理分析影響機(jī)械表面質(zhì)量的問(wèn)題，從而對(duì)癥下藥，提出相應(yīng)的防范性方法，達(dá)到增強(qiáng)機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的。

參考：

［1］李凱云.機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響［J］.汽車(chē)運(yùn)用，2008，（O1）： 23-25

［2］余志娟.機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析［J］.裝備制造技術(shù)，2009，（06）：29- 31

［3］郭新軍.改善機(jī)械加工質(zhì)量增強(qiáng)產(chǎn)品使用性能［J］.企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2011.（2）：39- 41

陳巖（1988-），性別：男；民族：漢；籍貫：山西臨汾；職稱(chēng)：初級(jí)工程師；學(xué)位：學(xué)士學(xué)位；研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。