影響金屬切削加工表面質量的因素

影響金屬切削加工表面質量的因素

　　機械加工表面質量，是指零件在機械加工后被加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面質量直接影響被加工件的物理、化學及力學性能。產品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質量。因此，正確地理解零件表面質量內涵，分析機械加工過程中影響加工表面質量的各種工藝因素，改善表面質量、提高產品使用性能具有重要的意義。

　　1. 影響機械加工表面質量的因素

　　1.1 機器使用性能對機械加工表面質量的影響

　　(1)耐磨性對表面質量的影響。一個剛加工好的摩檫副的兩個接觸表面之間，最初階段在表面粗糙的峰部觸，實際接觸面積遠小于理論接觸面積，在相互接觸的部有非常大的單位應力，使實際接觸面積處產生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴重磨損。

　　(2)疲勞強度對表面質量的影響。在交變載荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產生疲勞紋。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。殘余應力對零件疲勞強度的影響很大。表面層殘余拉應力將使疲勞裂紋擴大，加速疲勞破壞;而表面層殘余應力能夠阻止疲勞裂紋的擴展，延緩疲勞破壞的產生。

　　(3)耐蝕性對表面質量的影響。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就愈多。抗蝕性就愈差。表面層的殘余拉應力會產生應力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應力則能防止應力腐蝕開裂。

　　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給運動時，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工件材料的性質加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產生了塑性變形，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，切削速度對于粗糙度影響不大;加工塑性材料時，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、進給量與光磨次數、工件圓周進給速度與軸向進給量、冷卻潤滑液等。

　　1.3 影響加工表面層物理機械性能的因素

　　(1)表面層冷作硬化。機械加工過程中因切削力作用產生的塑性變形，使品格扭曲、畸變，晶粒間產生剪切滑移，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度提高，這種現象稱為冷作硬化(或稱為強化)。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，塑性變形加劇，導致冷硬增強。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，導致冷硬增強。切削速度增大，刀具與工件的作用時間縮短，使塑性變形擴展深度減小，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間也縮短，將使冷硬程度增加。進給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現象就愈嚴重。

　　(2)表面層材料金相組織變化。當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途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產生;二是改善冷卻條件，盡量使產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)表面層殘余應力。表面殘余應力產生的原因：一是切削時在表面金屬層產生了殘余應力，而在里層金屬中產生殘余拉應力。二是切削加工中，切削區會有大量的切削熱產生。三是不同金相組織表面層金屬產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，因而就有殘余應力產生。

　　2 提高機械加工工件表面質量的措施

　　(1)制訂科學合理的工藝規程是保證工件表面質量的基礎。科學合理的工藝規程是加工工件的方法依據。只有制訂了科學合理的工藝規程，才能為加工工件表面質量滿足要求提供科學合理的方法依據，使加工工件表面質量滿足要求成為可能。對科學合理的工藝規程的要求是工藝流程要短，定位要準確，選擇定位基準時盡量使定位基準與設計基準重合。

　　(2)合理的選擇切削參數是保證加工質量的關鍵。選擇合理的切削參數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量。切削參數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給速度的選擇等。試驗證明，在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因為刀具前角增大時，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。

　　(3)合理的選擇切削液是保證加工工件表面質量的必要條件。選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦系數，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量。

　　(4)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要。工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要，因為最終工序在該工作表面留下的殘余應力將直接影響機器零件的使用性能。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 結論

　　工件的表面質量與其使用性能密切相關，工件的使用性能是以保證機器正常工作為前提的設計要求，因此在加工工件過程中，我們還應從經濟效益等多方面考慮，才能既保證工件表面的加工質量，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械加工表面質量的因素，才能在生產實踐中，采取相應的工藝措施，減少零件因表面質量缺陷而引起的加工質量問題，從而提高機械產品的使用性能、壽命和可靠性。

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