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鄭州晶品超硬工具有限公司
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| 鄭州晶品講述：影響金屬切削加工表面質(zhì)量的因素 |
機(jī)械加工表面質(zhì)量，是指零件在機(jī)械加工后被加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面質(zhì)量直接影響被加工件的物理、化學(xué)及力學(xué)性能。產(chǎn)品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量。因此，正確地理解零件表面質(zhì)量內(nèi)涵，分析機(jī)械加工過程中影響加工表面質(zhì)量的各種工藝因素，改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能具有重要的意義。
1. 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素
1.1 機(jī)器使用性能對機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響
(1)耐磨性對表面質(zhì)量的影響。一個(gè)剛加工好的摩檫副的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段在表面粗糙的峰部觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的部有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴(yán)重磨損。
(2)疲勞強(qiáng)度對表面質(zhì)量的影響。在交變載荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈，抗疲勞破壞的能力就愈差。殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞;而表面層殘余應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。
(3)耐蝕性對表面質(zhì)量的影響。零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多。抗蝕性就愈差。表面層的殘余拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。
1.2 影響表面粗糙度的因素
(1)切削加工影響表面粗糙度的因素。①刀具幾何形狀的反映刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，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反映。②工件材料的性質(zhì)加工塑性材料時(shí)，由刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。③切削用量加工脆性材料時(shí)，切削速度對于粗糙度影響不大;加工塑性材料時(shí)，積屑瘤對粗糙度影響很大。
(2)磨削加工影響表面粗糙度的因素。影響磨削表面粗糙的主要因素有：砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整、磨削速度、磨削徑向、進(jìn)給量與光磨次數(shù)、工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量、冷卻潤滑液等。
1.3 影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素
(1)表面層冷作硬化。機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使品格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，品粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。影響冷作硬化的主要因素有：切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強(qiáng)，塑性變形加劇，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。刀具后刀面磨損增大，后刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削速度增大，刀具與工件的作用時(shí)間縮短，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用時(shí)間也縮短，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劇，冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。
(2)表面層材料金相組織變化。當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后，表層金屬的金相組織將會發(fā)生變化。主要有磨削燒傷、淬火燒傷和退火燒傷三種。改善磨削燒傷有兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生;二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳人工件。正確選擇砂輪，合理選擇切削用量改善冷卻條件。
(3)表面層殘余應(yīng)力。表面殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因：一是切削時(shí)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。二是切削加工中，切削區(qū)會有大量的切削熱產(chǎn)生。三是不同金相組織表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。
2 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)。科學(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(shí)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，在加工塑性材料時(shí)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(shí)，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。
3 結(jié)論
工件的表面質(zhì)量與其使用性能密切相關(guān)，工件的使用性能是以保證機(jī)器正常工作為前提的設(shè)計(jì)要求，因此在加工工件過程中，我們還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益等多方面考慮，才能既保證工件表面的加工質(zhì)量，又避免增大零件的制造成本，造成不必要的損失。只有了解和掌握影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，才能在生產(chǎn)實(shí)踐中，采取相應(yīng)的工藝措施，減少零件因表面質(zhì)量缺陷而引起的加工質(zhì)量問題，從而提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能、壽命和可靠性。 |
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