阻礙機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

1、阻礙機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素摘要：大部份的機(jī)械設(shè)備零件的破壞，老是從零件表面開(kāi)始 的。產(chǎn)品的性能，專(zhuān)門(mén)是它的靠得住性和耐久度，在專(zhuān)門(mén)大程度上決 定于零件表面層的質(zhì)量。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量，其目的確實(shí)是為了 把握機(jī)械加工中各個(gè)工藝對(duì)加工表面質(zhì)量阻礙的規(guī)律，以便利用這些 規(guī)律來(lái)操縱加工進(jìn)程，最終達(dá)到改善產(chǎn)品質(zhì)量:、增強(qiáng)產(chǎn)品利用性能的 目的。關(guān)鍵詞：機(jī)械；性能；表而；粗糙度機(jī)械零件的加工質(zhì)量,除加工精度外,表面質(zhì)量也是極為重要的一 個(gè)方面。所謂加工表面質(zhì)量,是指機(jī)械零件在加工后的表面層狀態(tài)一臺(tái)機(jī)械在正常的利用進(jìn)程中，由于其零件的工作性能慢慢變壞, 以致不能繼續(xù)利用，有時(shí)乃至?xí)蝗粨p壞。其緣故除少數(shù)是因

2、為設(shè)計(jì)不 周而強(qiáng)度不夠，或偶然事故引發(fā)了超負(fù)荷之外,大多數(shù)是由于磨損、受 到外界介質(zhì)的侵蝕或疲勞破壞。磨損、侵蝕和疲勞損壞都是發(fā)生在零 件的表面,或是從零件表而開(kāi)始的。因此,加工表面質(zhì)量將直接阻礙到 零件的工作性能,尤其是它的靠得住性和壽命。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速進(jìn)展,機(jī)械的利用要求愈來(lái)愈高,一些重要零 件在高壓力、高速、高溫等高要求條件下工作，表面層的任何缺點(diǎn)，不 僅直接阻礙零件的工作性能，而且還可能引發(fā)應(yīng)力集中、應(yīng)力侵蝕等現(xiàn) 象,將進(jìn)一步加速零件的失效，這一切都與加工表面質(zhì)量有專(zhuān)門(mén)大關(guān) 系。因此表面質(zhì)量問(wèn)題愈來(lái)愈受到各方面的重視。1機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)械利用性能的阻礙表面質(zhì)量對(duì)零件的耐磨性,配

3、合精度,疲勞強(qiáng)度、抗侵蝕性,接觸剛 度等利用性能都有專(zhuān)門(mén)大的阻礙。表而質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的阻礙零件的耐磨性要緊與摩擦副的材料、熱處置情形和潤(rùn)滑條件有關(guān)。 在這些條件己確信的情形下，零件的表面質(zhì)量就起著決定性的作用。零 件的磨損進(jìn)程，通常分為三個(gè)時(shí)期:摩擦副剛開(kāi)始工作時(shí)，磨損比較明 顯,稱(chēng)為初期磨損時(shí)期（一樣稱(chēng)為走合期）。經(jīng)初期磨損后,磨損緩慢均 勻,進(jìn)入正常磨損時(shí)期。當(dāng)磨損達(dá)到必然程度后,磨損又突然加重,致使 零件不能正常工作,稱(chēng)為急劇磨損時(shí)期。最正確表而粗糙度在干摩擦或半干摩擦情形下，摩擦副表面的初期磨損與表面粗糙 度有專(zhuān)門(mén)大關(guān)系。摩擦副表面有一個(gè)最正確粗糙度，過(guò)大或過(guò)小的粗糙 度都會(huì)使初期磨

4、損增大。摩擦副的原始粗糙度太大，開(kāi)始時(shí)兩表面僅僅 是假設(shè)開(kāi)凸峰相接觸,實(shí)際接觸面積小于名義接觸面積,接觸部份的實(shí) 際壓強(qiáng)專(zhuān)門(mén)大,破壞了潤(rùn)滑油膜,接觸的凸峰處形成局部干摩擦，因此 接觸部份金屬的擠裂、破碎、切斷等作用都較強(qiáng)，磨損也就較大。隨著 走合期進(jìn)程的進(jìn)行。表而粗糙度慢慢減小,實(shí)際接觸面積增大,磨損也 隨之慢慢減小,就進(jìn)入正常磨損時(shí)期。摩擦副的原始粗糙度過(guò)小，緊密接觸的兩金屬表面分子間產(chǎn)生較 大的親和力,潤(rùn)滑油被擠去,造成潤(rùn)滑條件惡化，使表面容易咬焊,因此 初期磨損也較大。隨著走合進(jìn)程的進(jìn)行,表面粗糙度有所增大,磨損也 隨之有所減小。當(dāng)表面粗糙度等于最正確粗糙度時(shí)進(jìn)入正常磨損時(shí)期。 因此，在

5、初期磨損時(shí)期因走合而使表而粗糙度自動(dòng)適應(yīng)最正確值。摩擦 表面的最正確粗糙度視不同材料和工作要件而異,一樣大致在V0. 8 V0. 4左右。關(guān)于完全液體潤(rùn)滑,金屬表面完全不接觸，由一層油膜隔開(kāi)，因此要求摩擦副表面粗糙度應(yīng)不刺破油膜，粗糙度越小, 許諾的油膜越薄,承載能力越大,那么表面粗糙度越小越有利。2阻礙表面粗糙度的因素切削加工阻礙表面粗糙度的因素在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù) 映。減小進(jìn)給量vf、主偏角、副偏角和增大刀尖圓弧半徑，都可減小 殘留面積的高度。另外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變 形程度，合理選擇潤(rùn)滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變 形和

6、抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效方法。工件材料的性質(zhì)加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加上刀 具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表而粗糙度值加大。工件材料 韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料 時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)， 使表面粗糙。切削用量以較高的切削速度切削塑性材料，減小進(jìn)給量能夠提高表面光潔 度。磨削加工阻礙表而粗糙度的因素象切削加工時(shí)表面粗糙度的形成進(jìn)程一樣，磨削加工表而粗糙度 的形成也是由幾何因素和表而金屬的塑性變形來(lái)決定的。阻礙磨削表 面粗糙的要緊因素有：（1）砂輪的粒度；（2）砂輪的硬度；（

7、3）砂輪的修 整；（4）磨削速度；（5）磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)；（6）工件圓周進(jìn)給 速度與軸向進(jìn)給量；（7）冷卻潤(rùn)滑液。3阻礙加工表面層物理機(jī)械性能的因素在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層 金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，最要緊的轉(zhuǎn)變是表面層金屬顯微硬度 的轉(zhuǎn)變、金相組織的轉(zhuǎn)變和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時(shí)所產(chǎn)生 的塑性變形和切削熱比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)峻，因此磨削加工后加工表面 層上述3項(xiàng)物理機(jī)械性能的轉(zhuǎn)變會(huì)專(zhuān)門(mén)大。表面層冷作硬化冷作硬化及其評(píng)定參數(shù)機(jī)械加工進(jìn)程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸 變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)和纖維化，乃至破碎，這些都會(huì) 使表面

8、層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷作硬化（或稱(chēng)為強(qiáng) 化）。表面層金屬?gòu)?qiáng)化的結(jié)果，會(huì)增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑 性，金屬的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)固狀態(tài)，只要一有可能，金 屬的不穩(wěn)固狀態(tài)就要向比較穩(wěn)固的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為弱化。弱 化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時(shí)刻的長(zhǎng)短和強(qiáng)化程度的 大小。由于金屬在機(jī)械加工進(jìn)程中同時(shí)受到力和熱的作用，因此，加 工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。評(píng)定冷 作硬化的指標(biāo)有3項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和 硬化程度No阻礙冷作硬化的要緊因素切削刃鈍圓半徑增大，對(duì)表層金屬的擠壓作用增強(qiáng)，

9、塑性變形加 重，致使冷硬增強(qiáng)。刀具后刀面磨損增大，后刀面與被加工表面的摩 擦加重，塑性變形增大，致使冷硬增強(qiáng)。切削刃鈍圓半徑對(duì)加工硬化 的阻礙切削速度增大，刀具與工件的作歷時(shí)刻縮短，使塑性變形擴(kuò)展 深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大后，切削熱在工件表面層 上的作歷時(shí)刻也縮短了，將使冷硬程度增加。進(jìn)給量增大，切削力也 增大，表層金屬的塑性變形加重，冷硬作用增強(qiáng)。工件材料的塑性愈 大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)峻。表而層材料金相組織轉(zhuǎn)變當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過(guò)相變溫度后，表層金屬的金相 組織將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。磨削燒傷當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)，表層金屬發(fā)生金相 組織的轉(zhuǎn)變，使表層金屬?gòu)?qiáng)度和硬

10、度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，乃 至顯現(xiàn)微觀(guān)裂紋，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時(shí)，可能產(chǎn) 生3種燒傷.改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的本源，故改善磨削燒傷有兩個(gè)途徑：一 是正確選擇砂輪；合理選擇切削用量，盡可能地減少磨削熱地產(chǎn)生； 二是改善冷卻條件，盡可能使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生殘余應(yīng)力的緣故：（1）切削時(shí)在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表面金屬的 比容加大。由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容增 大，體積膨脹，不可幸免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此 就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。（2）切削加工中，切削區(qū)會(huì)有大

11、量的切削熱產(chǎn)生。（3）不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容。若是表 面層金屬產(chǎn)生了金相組織的轉(zhuǎn)變，表層金屬比容的轉(zhuǎn)變必然要受到與 之相連的基體金屬的阻礙，因此就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。零件要緊工作表面最終工序加工方式的選擇：零件要緊工作表面最終工序加工方式的選擇相當(dāng)重要，因?yàn)樽罱K工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接阻礙機(jī)械零件的利用性能。選擇零件要緊工作表面最終工序加工方式，須考慮該零件要緊工作表 面的具體工作條件和可能的破壞形式。在交變載荷作用下，機(jī)械零件 表面上的局部微觀(guān)裂紋，會(huì)因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大，最后致 使零件斷裂。從提高零件抗擊疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序 應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方式。4結(jié)論由于機(jī)械加工表面對(duì)機(jī)械零件的利用性能如耐磨性、接觸剛度