浅谈机械加工表面质量及其保护措施

浅谈机械加工表面质量及其保护措施

刁宏杰  林九虓

 山东协和学院  山东济南  250200

摘要:零件的机械加工质量不仅包括机械加工精度，而且包括机械加工表面质量。有很多因素影响机械加工表面质量，如何使零件的表面质量达到要求，如何减小各因素对机械加工表面质量的影响，就成为加工前必须考虑的问题。

关键词：表面质量；性能；措施

一、表面质量对零件使用性能的影响

表面质量对零件使用性能的影响不置可否。（1）表面质量对零件耐磨性的影响：表面粗糙度太大或太小都不耐磨。表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，导致磨损加剧;表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧，因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响：加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，导致零件磨损加速。（3）表面纹理零件耐磨性的影响：表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的存留，一般，圆狐状、凹坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差。在运动中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂直时，耐磨性最差。（4）表面质量对零件疲劳强度的影响：表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹；表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好;反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

二、影响机械加工表面质量的因素

表面粗糙度是金属工艺中衡量工件质量标准的重要指标，是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，它属于微观几何形状误差。表面粗糙度一般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。由于工艺方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别，影响机械加工表面质量的因素有很多种。切削力和切削热：切削加工是机械零件加工中的一道重要工序，是机械零件加工的一种主要的加工方法，而切削热和切削力则是影响加工表面质量的重要因素。在切削加工中，加工表面的质量在很大程度上受到切削热和切削力的影响。机械零件在切削加工过程中，会产生残余应力，表面层硬度也会发生改变，甚至改变金金属材料的金相组织。在切削热和切削力的作用下，在切削的过程中，机械零件的表面层形态发生变形，进而导致冷却硬化的现象出现在机加工零件的表面，零件变形的阻力加大，改变零件的物理机械性能。零件和刀具的相对高速运动中，会产生大量的切削热。零件表面层材料的温度如果超过特定的界限，金属零件表层的硬度和强度将会降低，零件表面层材料的金相组织也会受到影响，在表层产生一定的残余应力，零件的机械加工表面质量也会受到不同程度的影响。原始误差的影响：理想化的零件机械加工质量同零件加工精度和表面加工质量的偏差值，就是所说的原始误差，它是在机械零件的加工过程中产生的。分析其形成的原因可知，机械零件的加工技术手段、加工工艺系统都是造成原始误差的首要原因。机械加工的表面质量，在很大程度上受到原始误差的影响。原始误差主要包括两个方面，即调整误差和原理误差。调整误差其产生原因是在加工过程中调整加工设备、工件、刀具而形成的。而原理误差则是由于采用了相似轮廓刀具或相似成形运动而造成的。

三、提高机械加工工件表面质量的措施

制订科学合理的工艺规程是保证工件表面质量的基础：科学合理的工艺规程是加工工件的方法依据，只有制订了科学合理的工艺规程，才能为加工的工件表面质量满足要求提供科学合理的方法依据，使加工工件表面质量满足要求成为可能。对科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短，定位要准确，选择定位基准时尽量使定位基准与设计基准重合。合理的选择切削参数是保证加工质量的关键：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。切削参数的选择主要包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度及进给速度的选择等。试验证明，在加工塑性材料时若选择较大前角的刀具可以有效抑制积屑瘤的形成，这是因为刀具前角增大时，切削力减小，切削变形小，刀具与切屑的接触长度变短，减小了积屑瘤形成的基础。合理的选择切削液是保证加工工件表面质量的必要条件：选择合理的切削液可以改善工件与刀具勺的摩擦系数，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。工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要：工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。选择零件主要工表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。机械零件表面强化工艺主要有以下几种:表面淬火:通过快速加热将表层奥氏体化后进行快速冷却，使表面硬化的一种热处理方法。喷砂处理，利用高速喷射出的砂粒或铁粒对工件表面进行撞击，以提高零件的部分力学性能和改变表面状态。激光表面强化:用聚焦的激光束射向工件表面，在极短时间内将工件表层极薄的材料加热到相变温度或熔点以上的温度，又在极短时间内冷却，使工件表面淬硬强化。激光表面强化可以分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔覆处理等。滚压:在常温下用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形、硬化。以获得准确、光洁和强化的表面或者特定花纹的表面处理工艺。每种工艺都有其独特的适用范围和优点，选择合适的工艺对机械零件表面进行强化，可以大大提高零件的性能和使用寿命。

四、伦理价值

工件的表面质量与其使用性能密切相关，工件的使用性能是以保证机器正常工作为前提的设计要求，因此在加工工件过程中，我们还应从经济效益等多方面考虑，才能既保证工件表面的加工质量，又避免增大零件的制造成本，造成不必要的损失。

[参考文献]

[1]王茂元机械制造技术基础[M]北京:机械工业出版社，2007.

[2]王纪安工程材料与材料成型材料[M]北京:高等教育出版社2004.

[3]李世维机械基础(机械类)[M]北京:高等教育出版社 2006.

[4]杂志社煤矿机械[K]黑龙江:黑龙江省哈尔滨市2006.

作者简介：

1.刁宏杰（2002.5—），男，汉族，山东省青州市人，本科在读，研究方向：机械设计原理。

2.林九虓（2000.6—），男，汉族，山东省济宁市兖州区人，本科，教师  研究方向：市场经济、思想政治教育、就业指导、心理健康。