机械加工表面质量对机器使用性能的影响

2015-11-04阜宁县职教中心江苏阜宁224400

山东工业技术 2015年21期

关键词：塑性变形表面质量机械加工

詹琼（阜宁县职教中心,江苏阜宁 224400）

机械加工表面质量对机器使用性能的影响

詹琼
（阜宁县职教中心,江苏阜宁 224400）

在机械加工的工作中，除了机械加工精度之外机械加工的表面质量也是一个重要的关注方向，机械加工表面质量指的是零件加工之后的表面层状态，本文主要对机械加工表面质量的内容以及机械加工表面质量的影响因素和完善进行了相关探讨。

机械加工; 表面质量; 机器使用; 性能; 影响; 完善

0 引言

在机械加工质量中，零件表面质量是一项重要的评判因素，机械加工之后零件表面层的微观几何结构以及表层金属材料性质的变化即为机械加工表面质量的表现，机械加工之后的零件由于各方面的影响并不能呈现完全光滑的表面，不可避免的在不同程度上会存在冷硬、裂纹、粗糙波纹等缺陷问题，这种缺陷的表现极为精细，通常表现为0.05～0.15mm，虽然表现不够明显但是这些表面的质量情况直接影响着机器零件的正常使用和性能表现，在零件和机器的使用过程当中，绝大部分的磨损、疲劳等形式的损害都是从零件表面问题产生的，在工业日益发展的今天，机器也在不断的向着高速化、精密化以及多功能化的方向发展，机器在这种情况下的使用对于零件的要求更为精密，表面的质量问题容易造成机器运行的问题或者零件的失效，所以在工作中必须对机械加工表面质量进行充分的控制。

1 机械表面加工质量的内容

在机械加工表面质量控制当中首先我们要了解的就是机械表面加工质量的主要内容。

1.1 表面层的物理力学性能

表面层的物理力学性能主要是指在加工过程中，由于加工条件对金属表面的作用所产生的冷作硬化等问题，这种表面层的金相组织变化即为表面层的物理力学性能表现。

1.2 表面层几何形状的表现

表面层的几何形状也是有多种类的表现形式：

1.2.1 表面粗糙度

表面粗糙度主要是指在加工中形成的表面上较小间距以及峰谷组成的微观几何表现，这是一种误差的表现，这种误差的评定主要是根据轮廓算数平均偏差值或者轮廓微观不平度的十点平均高度，通过这两个值即可对表面粗糙度有一个准确的评定。

1.2.2表面波度

这种表面几何形状的表现是介于微观表面粗糙和宏观形状误差之间的一种形状误差，这属于周期性误差的一种，主要原因是由于机械加工过程中的低频振动，属于工艺缺陷。

1.2.3 表面加工纹理

这种表面几何形状表现为表面经过切削等工艺之后造成的刀纹的形状纹理，这种误差的表现主要由表面形成方式以及所采用的加工方法、切削方式所决定的。

1.2.4 伤痕

这种表面的性质表现在个别位置上出现的缺陷，例如裂痕、气孔、划痕、砂眼等，这种误差缺陷没有固定的形式，往往是随机产生。

2 机械表面加工质量造成的影响

2.1 对耐磨性的影响

零件的磨损在生产过程中是一项非常重要的因素，在零件磨损过程中往往分为三个阶段，初期磨损、阶段正常磨损以及剧烈磨损，其中磨损的重要原因之一就是表面粗糙程度，表面粗糙程度越小对于零件来说磨损度越小，磨损性能就越好，但是表面过于光滑仍会造成一定的问题，表面光滑直接影响到润滑油的附着，从而造成接触面之间的分子粘结加重，磨损程度反而更大，也就是说减小磨损不是一味地降低表面粗糙度，而是科学的选择一个最佳值，该最佳值需要根据具体的工程情况进行计算得出，从而减少磨损，提高利用率。

2.2 对疲劳强度的影响

金属由于在交变荷载的不停作用下往往会造成零件表面或者表面直线产生硬化层，从而出现疲劳破坏，疲劳强度直接关系到零件的表面质量问题，通常来说表面粗糙度与抗疲劳能力成反比。

2.3 对耐蚀性的影响

由于表面的粗糙往往会增加接触面积，所以表面的粗糙度对于耐蚀性也有重要的影响，通常表现为表面粗糙度值愈大，抗蚀性就愈差。

2.4 对配合质量的影响

在间隙配合中，粗糙度也会有所影响，粗糙值越大固然磨损就会越大，间隙增大就会造成配合出现问题，配合性质不能保障，并且在配合中由于过盈配合的出现就会造成配合件之间的连接强度降低，影响配合质量。

3 影响机械加工表面质量的因素和完善措施

3.1 切削加工

在机械的切削加工中，刀具的应用会对工件的运动留下切削层残留，这种残留就会造成机械加工表面质量的问题，刀具的切削残留需要从多方面进行处理，减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。

除此之外，在切削过程中增大刀具的前角，合理选择润滑方式，提高刀具刃磨质量等都能够有效的减小表面粗糙情况，提高机械加工表面质量。

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3.2 工件材料的性质

在塑性材料的加工时，刀具对金属会产生一个挤压的作用从而造成金属的塑性变形，并且刀具造成的撕裂作用也会造成表面的粗糙加大，工件的韧性越好金属的塑性变形就愈大，这种塑性变形就会造成表面粗糙程度的不断加大，在脆性材料的加工过程中由于切屑的影响容易造成表面麻点的出现，对于表面粗糙难以保证。这种情况下就需要根据不同的材料性质进行切削方式的选择，从而减轻表面的粗糙程度。

3.3 磨削加工

与切削加工产生的表面粗糙一样，磨削加工也是一个重要的影响因素，磨削加工的表面粗糙表现也是由于几何因素和表面金属本身的塑性变形产生的，包括了砂轮的硬度、砂轮的粒度、砂轮的修正磨削速度等。

加工表面层的物理机械性能在切削和磨削加工中容易产生热作用，在热作用的效果下金属表面的显微硬度产生变化、残余应力和金相组织出现变化，在磨削加工中产生的热和塑性变形比切削更严重，所以在磨削过程中要合理使用切削液降低区域温度，避免烧伤的问题，并且还能够冲去切屑和脱落的颗粒等，降低表面粗糙程度，提高工件质量。

3.4 表面层冷作硬化

在机械加工中对于冷硬化的主要因素包括：切削刃钝圆半径增大，塑性变形加剧等。刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工表面的摩擦加剧，塑性变形增大，导致冷硬增强。切削速度增大，进给量增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。

3.5 表面层材料金相组织变化

在工件加工过程中由于相互作用到一定程度之后就会造成表面层温度的提高，表面层温度就会对表层金属产生作用，当到达一定的温度值以后就会造成表层金属的金相组织类变化，这种金属的自身变化就会影响到金属本身的硬度以及强度，随之还会在表面产生残余应力的问题，这就是磨削烧伤的一种表现放似乎，根据过程来说在磨削中可能产生的烧伤通常表现为以下几种，一是回火烧伤，是由于磨削区温度高到淬火钢的相变温度，这就会造成工件表层金属发生变化，第二是淬火烧伤。如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，这种情况下造成的烧伤即为回火烧伤。三是退火烧伤，当磨削区的温度大幅度提高到相变温度值的时候，没有及时的添加或者补充冷却液的情况下就会造成表层金属出现退火组织为退火烧伤。

对于磨削烧伤的改善最主要的就是要找到磨削烧伤的根源，磨削烧伤是由于磨削热造成的，这就需要从磨削热的产生进行完善，一是从工艺上尽量减少磨削热的产生，二是在冷却上要提高冷却效果，合理选择工具和冷却条件以及切削用量，从而对切削热进行有效的控制，尽量减小由于切削磨削造成的表面质量问题。

3.6 表面层残余应力

在切削过程中金属内层塑性变形的产生会造成金属表面的比容增大，这种塑性变化容易出现在金属的表层，从而造成表层金属产生残余应力的现象，另外在切削加工中由于切削热的产生也会造成表面残余应力的问题，最后由于不同金相组织具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。

在工件零件的加工过程中最终工序的选择不能忽视，最终工序如果造成残余应力的问题将直接影响到功能的使用，所以在最终工序加工方法要根据零件的工作表面条件以及破坏可能产生的形式进行科学的选择，从而尽可能的避免造成残余应力的产生，提高工件质量，保证工件在应用过程中的科学有效。