机械加工零件表面质量控制分析

2016-02-05辛枢江苏省滨海中等专业学校江苏滨海224500

中国设备工程 2016年8期

辛枢（江苏省滨海中等专业学校，江苏滨海 224500）

机械加工零件表面质量控制分析

辛枢
（江苏省滨海中等专业学校，江苏滨海 224500）

零件表面质量是影响零部件使用寿命的重要因素，伴随着现在科技水平的不断提高，在加工过程中对零件的表面质量有了更高的要求。要达到这个目的不仅要有高精度的机器设备，还要对影响表面质量的因素有所了解，更要在生产实践中采取一定的措施，从而更好的提高机械加工零件的表面质量。

表面质量；表面粗糙度；耐磨性

1 表面质量对零件使用性能的影响

（1）表面质量对耐磨性的影响。一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。但表面粗糙度值太小，磨损反而增加。（2）表面质量对抗疲劳强度的影响。金属在受到交变载荷的作用之后产生的疲劳破坏通常会发生在零件的表面和表面冷硬层的下面，在交变载荷作用下，表面粗糙度值越大，表面的纹痕越深，抗疲劳破坏的能力就越差。（3）零件表面质量对耐腐蚀性能的影响。表面质量决定了耐腐蚀性能的强弱，加工表面的粗糙度越差，在其表面上腐蚀性物质就越容易聚集，这将会严重降低加工表面的耐腐蚀性能。（4）零件表面质量对配合质量的影响。对于间隙配合而言，粗糙度值大会使间隙增大，破坏了所要求达到的配合性质。在机械零件过盈配合中，配合件在装配的过程中由于工件表面一部分凸起的波峰被挤平，造成过盈量减小，因此降低了配合件之间的连接强度。有的时候，直接使加工出来的工件配合不起来。

2 影响表面粗糙度的因素

表面粗糙度受刀尖圆弧半径、进给量及刀具的主偏角、副偏角有关。切削过程中刀具刃口钝圆半径及后刀面对工件的挤压、摩擦作用使金属材料发生塑性变形，使表面粗糙度恶化。

（1）刀具材料和几何参数：在切削条件相同时，用硬质合金刀具加工出的表面粗糙度远比用高速钢刀具加工的要低。并且适当地减小r、K和k可降低表面粗糙度。（2）切削液：在机械加工过程中，因为切削液能渗透到刀具的前面、主后面、副后面以及切屑上，因此能减少刀具、切屑与工件间的摩擦力，并能在刀具表面上形成吸附性的润滑膜，从而减少了刀具与工件间的摩擦和黏结，改善加工材料的切削加工工艺性能，从而提高工件的表面质量。

3 提高机械零件加工表面质量的具体措施

（1）零件材料方面。材料本身的物理、力学性能以及热处理的效果对零件加工后的表面粗糙度、残余应力都有着重要的影响。在加工工艺条件允许的条件下，可通过以下途径改善零件的加工性能。①合理选择毛坯材料的质量。提高毛坯外形的几何尺寸精度，选择适合加工的表面硬度，提高毛坯内部组织的均匀性，都可以提高加工时切削力的稳定性，使加工振动及刀具磨损减小到最低限度，最终有利于提高零件加工表面质量。比如经过冷拔加工的低碳钢、具有部分球化珠光体组织的中碳钢易于切削加工；而细长、薄壁工件对切削力、切削温度、振动十分敏感，切削加工较为困难，表面粗糙度难于达到。②通过适当热处理改善切削加工性。通过热处理可改变加工材料的金相组织，使材料的切削加工性得到改善。如低碳钢可经过正火适当降低塑性，提高硬度；热轧中碳钢金相组织不均匀，可经过正火可使得其组织与硬度均匀；高碳钢及其工具钢硬度高，有较多的片状渗碳体组织，加工性能差，可经过球化退火降低其硬度，得到球状渗碳体；不锈钢可进行调质处理降低其塑性；铸铁可进行退火处理，降低表层硬度。这些措施都能有效地改善材料的切削加工性，提高加工零件的表面质量。

（2）刀具方面。①合理选择刀具材料。应根据工件材料和具体加工条件合理选择刀具材料，提高加工表面质量。如涂层硬质合金、TiCN基硬质合金、陶瓷刀具一般适合加工钢铁等黑色金属；而PCD刀具一般适合加工铝、镁、铜等有色金属和非金属材料；加工导热性差的零件时，应采用导热较好的刀具材料，使切削温度迅速地传出去，金刚石导热系数为硬质合金的2~9倍，切削热容易散出,这对于表面粗糙度要求很高的精密加工来说非常适合。②提高刀具锋利程度，减小切削层挤压变形。减小挤压变形可以降低切削力与切削温度，是提高零件表面质量的有效措施。对切割与挤压变形影响较大的是刀具的前角与刃口圆弧的大小。第一，加大刀刃前角。增大刀具前角能使金属材料被切削层受到挤压变形和摩擦减小，总切削抗力减小，排屑顺畅，刀具的切割效果突出。第二，减少刀尖的圆弧半径。减少刀尖的圆弧半径，切削时可以减小径向切削力和刀尖的变形量，从而减小刀具的振动。第三，用刀具斜刃切削。刀具斜刃切削时，刀具的实际前角加大，使切屑流向改变，从而加强了刀具的切割效果。③提高刀具的刃磨质量。使用前、后刀面粗糙度小的刀具，可以减小刀具与切屑之间的摩擦，从而降低切削变形和切削力，并能抑制积屑瘤和鳞刺的产生，从而保证零件表面的质量。

（3）切削用量方面。①切削速度v：加工塑性材料时，切削速度为低速或者中速时易产生鳞刺和积屑瘤，粗糙度也大。提高切削速度可以降低切削力，积屑瘤和鳞刺高度会降低或消失，使零件表面质量提高。因此，采用较高的切削速度，既可以提高工件表面质量，又可以提高劳动生产率，所以尽量采用新刀具材料和结构，以便有可能采用更高的切削速度。②进给量f和切削深度ap：减少加工时的进给量和切削深度，可以减小表面粗糙度，但进给量和切削深度减小到一定程度再减小，表面粗糙度不会明显下降；当进给量更小时，粗糙度反而会上升。

（4）冷却润滑方面。合理选择和使用切削液，可以减少零件的变形抗力和摩擦阻力。在实际加工过程中，要根据具体情况选用切削液，并与适当的冷却润滑方法相配合，能够有效降低塑性变形、切削区域的温度和刀具磨损，显著提高表面质量。用高速钢切削塑性材料时，要加切削液；在精加工时，切削液对减少外磨擦、降低切削温度、抑制积屑瘤的产生，起着十分重要的作用。

（5）其他方面。①提高机床刚性及运动精度。尽管机床具有很高的刚度，但振动仍然是影响表面粗糙度的主要因素之一。在实际加工过程中，机床主轴振动、导轨振动以及刀具振动都会使刀具与工件间相对位置发生微幅变动，最终使零件表面微观特征的改变，表面质量降低。机床刚性好、精度高，对减小切削力的波动和抑制振动效果明显，可保证切削加工的平稳性，提高零件表面质量。②提高刀具刚性。刀杆横截面积大、刀杆伸出刀架长度短，刀具刚性好，就不会发生刀具和工件间的自激振颤。当振颤出现后，切削速度产生瞬间变化，引起切削力和摩擦力大小出现周期性变化，工件表面出现振纹以及共振现象，并产生噪声，工件表面质量将明显变坏。③合理选择加工方法：选择不同的切削方法，所获得表面粗糙度不同；比如钻孔的精度一般为3.2~6.3 um。镗孔的精度一般为1.6~3.2 um。因此，应根据表面质量的不同要求恰当的确定加工方法。④控制残余应力的分布：在切削加工中控制残余应力的平衡，可以避免或减小零件的变形，提高零件的表面质量。如采用对称切削法、减小切削进给量等。