分析机械加工中的表面质量朱云1

加工中表面质量的分析摘要：研究机械加工表面质量，其目的就是为了掌握机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律，以便利用这些规律来控制加工过程，最终达到改善产品质量、增强产品使用性能的目的。实践表明，机械零件的破坏一般总是从表面层开始的，所以说零件的表面质量是至关重要的。关键词：表面粗糙度冷作硬化机械性能引言：加工表面质量包括两个方面的内容：加工表面的几何形状误差和表面层金属的力学物理性能及化学性能。随着工业技术的飞速发展,机器的使用要求越来越高,一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作,表面层的任何缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象,将进一步加速零件的失效,这一切都与加工表面质量有很大关系。因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。1.加工表面的几何形状误差（1）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差，其波长与波高比值一般小于50。在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。（2）波度加工表面不平度中波长与波高的比值等于50~1000的几何形状误差称为波度，它是由机械加工中的振动引起的。当波长与波高的比值大于1000时，称为宏观几何形状误差。例如，圆度误差、圆柱度误差。（3）纹理方向纹理方向是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。（4）伤痕伤痕是在加工表面上一些个别位置处出现的缺陷，例如砂眼、气孔、裂痕等。2.表面层金属的力学物理性能和化学性能在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述3项物理机械性能的变化会很大。（1）表面层金属的冷作硬化表面层金属硬度的变化用硬化程度和深度两个指标来衡量。在切削加工过程中，工件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化，使表面层金属的显微硬度有所提高。一般情况下，硬化层的深度可达0.05~0.30mm；若采用滚压加工，硬化层的深度可达几个毫米。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。切削刃钝圆半径对加工硬化的影响切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，使塑性变形扩展深度减小，冷硬层深度减小。切削速度增大后，切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了，将使冷硬程度增加。进给量增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。（2）表面层金属的金相组织切削过程中，由于切削的作用会引起表面层金属的金相组织发生变化。在磨削淬火钢时，由于磨削热的影响会引起淬火钢的马氏体的分解，或出现回火组织等。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，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时，可能产生3种烧伤.改善磨削烧伤的途径磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：一是正确选择砂轮；合理选择切削用量，尽可能地减少磨削热地产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。（3）表面层金属的残余应力由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织的变化，使表层金属产生残余应力。产生残余应力的原因：（1）切削加工中，切削区会有大量的切削热产生。（2）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。由于塑性变形只在表层金属中产生，而表层金属的比容增大，体积膨胀，不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止，因此就在表面金属层产生了残余应力，而在里层金属中产生残余拉应力。（3）不同金相组织具有不同的密度，亦具有不同的比容。如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。表面质量对零件疲劳强度的影响零件由于疲劳而破坏都是从表面开始的，因此表面层的粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，由于表面上微观不平的凹谷处，容易形成应力集中，产生和加剧疲劳裂纹以致疲劳损坏。实验证明，表面粗糙度值从0.02降到0.2，其疲劳强度下降约为25%。零件表面的冷硬层，有助于提高疲劳强度。因为强化过的表面冷硬层具有阻碍裂纹继续扩大和新裂纹产生的能力。此外，当表面层具有残余压应力时，能使疲劳强度提高；当表面层具有残余拉应力时，则使疲劳强度进一步降低。表面质量对零件耐腐蚀性的影响零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。故减小表面粗糙度值，可提高零件的耐蚀性。此外，残余压应力使零件表面紧密腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐蚀性表面质量对零件耐磨性的影响零件的使用寿命常常是由耐磨性决定的，而零件的耐磨性不仅和材料及热处理有关，而且还与零件接触表面的粗糙度有关，若两接触表面产生相对运动时，则最初只在部分凸峰处接触，因此实际接触面积比理论接触面积小得多，从而使得单位面积上的压力很大。当其超过材料的屈服点时，就会使凸峰部分产生塑性变形甚至被折断或因接触面的滑移而迅速磨损，这就是零件表面的初期磨损阶段（如图4—10中第Ⅰ阶段）。以后随接触面积的增大，单位面积上的压力减小，磨损减慢，进入正常磨损阶段（如图4—10中第Ⅱ阶段）。此阶段零件的耐磨性最好，持续的时间也较长。最后，由于凸峰被磨平，粗糙度值变得非常小，不利于润滑油的贮存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进入急剧磨损阶段（如图4—10中第Ⅲ阶段）。零件表面层的冷作硬化或经淬硬，可提高零件的耐磨性。表面质量对配合性质的影响在间隙配合中，如果配合表面粗糙，则在初期磨损阶段由于配合表面迅速磨损，使配合间隙增大，改变了配合性质。在过盈配合中，如果配合表面粗糙，则装配后表面的凸峰将被挤压，而使有效过盈量减少，降低了配合强度。参考文献：机械加工表面质量分析与研究．赤峰学院学报(自然科学版)．2007年4月23卷2期（53-54）．机械制造工艺与装备（第二版）中国劳动社会保障出版社2007年7月第二版机械制造工艺学(上册)[M].北京:清华大学出版社,2000.