发布时间：2020-10-12所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 【摘要】机械加工的使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工质量密切相关,零件的加工质量是保证产品质量基
【摘要】机械加工的使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工质量密切相关,零件的加工质量是保证产品质量基础。表面粗糙度反映了零件表面的质量，它对零件的装配、工作精度、疲劳强度、耐磨、抗蚀和外观等都有影响。衡量零件加工质量好坏的主要指标有：加工精度和表面粗糙度。本文主要通过对影响零件表面粗糙度的因素、零件表面层的物理力学性能(表面冷作硬化、残余应力、金相组织的变化与磨削烧伤)、表面质量影响零件使用性能等因素的分析和研究，来提高机械加工表面质量的工艺措施。
【关键词】机械加工 表面质量 影响因素 控制措施
一.概 述
1.基本概念
1.1机械加工
机械加工：是凡能用机械手段制造产品的过程;狭意的是用车床、铣床、钻床、磨床等专用机械设备制作零件的过程。
1.2表面粗糙度，是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。
1.3基准线
基准线：是用以评定表面粗糙度参数的轮廓中线。基准线有下列两种:
理论上最小二乘中线是理想的基准线，但在实际应用中很难获得，因此一般用轮廓的算术平均中线代替，且测量时可用一根位置近似的直线代替。
1.4表面粗糙度符号
表面粗糙度符号：国标规定表面粗糙度代号是由规定的符号和有关参数组成。
①表面粗糙度符号：按国标标准在图样上表示表面粗糙度的符号有五种。
②表面粗糙度代号：表面粗糙度代号要求标注如:粗糙度参数值、测量时的取样长度值等。
1.5表面粗糙度对零件使用情况有很大影响。表面粗糙度数值小，会提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用会增加。因此，要正确、合理地选用表面粗糙度数值。
1.6表面光洁度。是表面粗糙度的另一称法。在表面粗糙度国家标准GB3505-83、GB1031-83颁布后，表面光洁度的已不再采用。
1.7零件的失效。指零件丧失了原有的使用性能。
1.8磨削烧伤
磨削烧伤:在磨削加工中，由于多数磨粒为负前角切削，磨削温度很高，产生的热量远远高于切削时的热量，而且磨削热有60~80%传给工件，所以极容易出现金相组织的转变，使得表面层金属的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹。
1.9表面冷作硬化。通过冷加工而是零件表面产生的表面应力，使零件的表面比加工前的表面硬度耐磨性等有所提高。
二.影响工件表面质量的因素
2.1加工过程对表面质量的影响
2.1.1工艺系统的振动对工件表面质量的影响
在机械加工过程中工艺系统有时会发生振动，即在刀具的切削刃与工件上正在切削的表面之间除了名义上的切削运动之外，还会出现一种周期性的相对运动。
2.1.2刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响
刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是主副偏角、刀尖圆弧半径。在一定的条件下，减小主副偏角、刀尖圆弧半径都可以降低表面粗糙度。
2.1.3切削液对表面质量的影响
切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤和鳞刺的产生，在生产中对于不同材料合理选用切削液可大大减小工件表面粗糙度。
2.1.4工件材料对表面质量的影响
工件材料的性质;加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。
2.1.5切削条件对工件表面质量的影响
与切削条件有关的工艺因素，包括切削用量、冷却润滑情况。对于脆性材料，一般不会形成积屑瘤和鳞刺，所以，切削速度对表面粗糙度基本上无影响。
2.1.6切削速度对表面粗糙度的影响
一般在粗加工选用低速车削，精加工选用高速车削可以减小表面粗糙度。在中速切削塑性材料时，由于容易产生积屑瘤，且塑性变形较大，因此加工后零件表面粗糙度较大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表而粗糙度有积极作用。
2.1.7磨削加工对表面质量的影响
⑴ 砂轮的影响 砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒数越多，在磨削表面的刻痕越细，表面粗糙度越小;但若粒度太细，加工时砂轮易被堵塞反而会使表面粗糙度增大，还容易产生波纹和引起烧伤。
⑵ 磨削用量的影响 增大砂轮速度，单位时间内通过加工表面的磨粒数增多，每颗磨粒磨去的金属厚度减少，工件表面的残留面积减少。
⑶ 工件材料 工件材料的硬度、塑性、导热性等对表面粗糙度的影响较大。塑性大的软材料容易堵塞砂轮，导热性差的耐热合金容易使磨料早期崩落，都会导致磨削表面粗糙度增大。
2.1.8影响工件表面物理机械性能的因素
1.表面层冷作硬化。切削刃钝圆半径增大,对表层金属的挤压作用增强,塑性变形加剧,导致冷硬增强。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。
2.表面层材料金相组织变化。当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后,表层金属的金相组织将会发生变化。(1)磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时,表层金属发生金相组织的变化,使表层金属强度和硬度降低。(2)磨削烧伤由两个途径:一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件。
3.表面层残余应力。(1)产生残余应力的原因:①切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生,使表面金属的比容加大;②切削加工中会有大量的切削热产生;③不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容的变化必然要受到与相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。
4.磨削表面层金相组织变化——磨削烧伤
(1).磨削表面层金相组织变化与磨削烧伤
机械加工过程中产生的切削热会使得工件的加工表面产生剧烈的温升，当温度超过工件材料金相组织变化的临界温度时，将发生金相组织转变。
(2).磨削烧伤的改善措施，具体可采用下列措施：
①工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的硬度、韧性和热导率。工件材料硬度、强度越高，韧性越大，产生的热量越多，越易产生烧伤。
②合理选择磨削用量不能采用太大的磨削深度，因为当磨削深度增加时，工件的塑性变形会随之增加，工件表面及里层的温度都将升高，烧伤亦会增加。
③冷却条件为降低磨削区的温度，在磨削时采用切削液冷却。
④砂轮的选择硬度太高的砂轮，钝化后的磨粒不易脱落，容易产生烧伤，因此用软砂轮较好;
2.2使用过程中影响表面质量的因素
2.2.1耐磨性对表面质量的影响
每个刚加工好的摩檫副的两个接触表面之间,最初阶段在表面粗糙的峰部触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的部有非常大的单位应力,使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏,引起严重磨损。
2.2.2耐蚀性对表面质量的影响
零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。
2.2.3疲劳强度对表面质量的影响
表面粗糙度值愈大,表面的纹痕愈深,纹底半径愈小,抗疲劳破坏的能力就愈差。
三.机械加工表面质量对零件使用性能的影响
3.1表面质量对零件耐磨性的影响
零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性将起着关键性的作用。
3.2表面质量对零件疲劳强度的影响
表面层残余压应力对零件的疲劳强度影响也很大。当表面层存在残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，提高零件的疲劳强度。
3.3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响
表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响很大。零件表面粗糙度越大，在波谷处越容易积聚腐蚀性介质而使零件发生化学腐蚀和电化学腐蚀。
3.4表面质量对零件间配合性质的影响。相配零件间的配合性质是由过盈量或间隙量来决定的。
3.5表面质量对零件其他性能的影响,如对间隙密封的液压缸来说，减小表面粗糙度Ra可以减少泄漏、提高密封性能。
四.控制表面质量的途径
提高表面质量的工艺途径可分为两类：一是用低效率、高成本的加工方法，寻求各工艺参数的优化组合，以减小表面粗糙度;二是着重改善工件表面的物理力学性能，以提高其表面质量。
4.1降低表面粗糙度的加工方法
1.超精密切削和低粗糙度磨削加工，为了简化工艺过程，缩短工序周期，有时用小粗糙度磨削替代光整加工。
2.采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工
(1)超精密加工、珩磨等都是利用磨条以一定压力压在加工表面上，并作相对运动以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度为Ra0.4μm以下的表面加工。
⑵ 超精加工是用细粒度油石，在较低的压力和良好的冷却润滑条件下，以快而短促的往复运动，对低速旋转的工件进行振动研磨的一种微量磨削加工方法。
⑶ 研磨是利用研磨工具和工件的相对运动，在研磨剂的作用下，对工件表面进行光整加工的一种加工方法。
4.2改善表面物理力学性能的加工方法
(1)滚压加工。是在常温下通过淬硬的滚压工具对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，将工件表面上原有的波峰填充到相邻的波谷中，从而以减小了表面粗糙度值，并在其表面产生了冷硬层和残余压应力，使零件的承载能力和疲劳强度得以提高。
(2)液体磨料强化。是利用液体和磨料的混合物高速喷射到已加工表面，以强化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度的一种工艺方法。
五.提高机械加工工件表面质量的措施
(1)制订科学合理的工艺规程是保证工件表面质量的基础。
(2)选择合理的切削参数可以有效抑制积屑瘤的形成，降低理论加工残留面积的高度，保证加工工件的表面质量。
(3)选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具的磨损，以保证工件的加工质量。
(4)工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要，因最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响零件的使用性能。
(5)在加工过程中通过改变某些量来提高表面粗糙度。
①在精加工时，应选择较小的进给量f、较小的主偏角kr和副偏角kr’、较大的刀尖圆弧半径rε，以得到较小的表面粗糙度。
②加工塑性材料时，采用较高的切削速度可防止积屑瘤的产生，减小表面粗糙度。
③根据工件材料、加工要求，合理选择刀具材料，有利于减小表面粗糙度。
④ 适当的增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。
⑤对工件材料进行适当的热处理，以细化晶粒，均匀晶粒组织，可减小表面粗糙度。
⑥选择合适的切削液，减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，减小切削变形。
结论
由于机械加工表面对机器零件的使用性能如耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响，因此对机器零件的重要表面应提出一定的表面质量要求。影响表面质量的因素是多方面的,只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，对表面质量根据需要提出比较 经济 适用性的要求,减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。——论文作者：刘鹏
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