機械零件表面質量的應用分析

王帥

發供電分公司 045000

摘要：機械產品使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產品的零件加工表面質量密切相關，零件的加工表面質量是保證產品質量基礎。衡量零件加工表面質量好壞的主要指標有：加工精度和表面粗糙度。本文旨在研究零件表面層在加工中的變化和發生變化的機理，掌握機械加工中各種工藝因素對表面質量的影響規律，運用規律來控制加工中的影響因素，以提高機械加工表面質量的工藝措施。

關鍵詞：機械加工；表面質量；途徑措施

前 言

隨著機械行業在社會中占得地位越來越重，人們對機器的使用要求越來越高，一些重要零件在高壓、高速、高溫等條件下工作，零件表面的任何缺陷，不僅直接影響零件的工作性能，而且還可能引起應力集中、應力腐蝕等現象將進一步加速零件的失效，這一切都與加工表面質量有很大關系。

一個零件的失效或者突然間損壞，除了少數因設計不周而強度不夠，或者是由于偶然的事故引起超負荷而造成了失效或損壞以外，大多數都是由于磨損、受到外界環境的腐蝕或疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞都是發生在零件的表面，或是從零件表面開始的。因此，加工表面質量將直接影響到零件的使用性能，因而表面質量問題越來越受到各方面的重視。

1.概 述

1.1加工表面的幾何形狀誤差

表面質量是零件機械加工質量的組成部分之一。零件的磨損、腐蝕和疲勞破壞都是從零件表面開始的，表面質量直接影響零件的工作性能。加工表面質量是指加工表面的幾何形狀誤差和表面層金屬的力學物理性能。

1.表面粗糙度 是加工表面的微觀幾何誤差，其波長與波高比值一般50。

2.表面波度 加工表面不平度中波長與波高比值等于50～1000的幾何誤差。它是加工中的振動引起的。波長與波高比值大于1000時稱宏觀幾何誤差。如圓度、圓柱度誤差等。

3.紋理方向 是指加工表面刀紋的方向，它取決于表面加工的方法。有平行紋理、交叉形紋理、同心圓紋理、迂回形紋理和放射形紋理。

4.傷痕 指加工表面上的缺陷，如砂眼、氣孔、裂紋等。它是加工中的振動引起的。波長與波高比值大于1000時稱宏觀幾何誤差。如圓度、圓柱度誤差等。

1.2表面層金屬的力學物理性能

1.表面層金屬的冷作硬化 用硬化程度和深度兩個指標衡量。

2.表面層殘余應力 由于塑性變形、金相組織的變化和溫度造成的體積變化的影響，加工表面會產生殘余應力。

3.表面層金相組織的變化 在加工過程切削熱的作用下，表面層會產生溫度升高引起金相組織的變化。如磨淬火鋼出現回火組織。

4.磨削燒傷 在磨削加工中，由于多數磨粒為負前角切削，磨削溫度很高，產生的熱量遠遠高于切削時的熱量，而且磨削熱有60～80%傳給工件，所以極容易出現金相組織的轉變，使得表面層金屬的硬度和強度下降，產生殘余應力甚至引起顯微裂紋。

2.機械加工表面質量對零件使用性能的影響

2.1表面質量對零件耐磨性的影響

表面層的冷作硬化可使表面層的硬度提高，增強表面層的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性、塑性變形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度過大，表面層金屬組織會變脆，出現微觀裂紋，甚至會使金屬表面組織剝落而加劇零件的磨損。

2.2表面質量對零件疲勞強度的影響

在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷處容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。并且表面粗糙度越大，表面劃痕越深，其抗疲勞破壞能力越差。

當表面層存在殘余壓應力和加工硬化時，能延緩疲勞裂紋的產生、擴展，提高零件的疲勞強度；當表面層存在殘余拉應力時，零件則容易引起晶間破壞，產生表面裂紋而降低其疲勞強度。

2.3表面質量對零件耐腐蝕性能的影響

表面粗糙度和表面層殘余壓應力對零件耐腐蝕性能的影響很大。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質而使零件發生化學腐蝕和電化學腐蝕。殘余壓應力使表面組織致密，腐蝕性介質不易侵入，有助于提高表面的耐腐蝕能力；殘余拉應力的對零件耐腐蝕性能的影響則相反。

3.控制表面質量的途徑

3.1降低表面粗糙度的加工方法

1.超精密切削加工是指表面粗糙度為Ra0.04μm以下的切削加工方法。超精密切削加工最關鍵的問題在于要在最后一道工序切削0.1μm的微薄表面層。

2.小粗糙度磨削加工為了簡化工藝過程，縮短工序周期，有時用小粗糙度磨削替代光整加工。分析磨削用量與磨削力、磨削熱之間的關系，并用圖表表示各參數的最佳組合，加上計算機的運用，通過指令進行過程控制，使得小粗糙度磨削逐步達到了應有的效果。

3.珩磨是利用珩磨工具對工件表面施加一定的壓力，同時珩磨工具還要相對工件完成旋轉和直線往復運動，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。

4.超精加工是用細粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤滑條件下，以快而短促的往復運動，對低速旋轉的工件進行振動研磨的一種微量磨削加工方法。

5.研磨是利用研磨工具和工件的相對運動，在研磨劑的作用下，對工件表面進行光整加工的一種加工方法。

6.拋光是在布輪、布盤等軟性器具涂上拋光膏，利用拋光器具的高速旋轉，依靠拋光膏的機械刮擦和化學作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光澤的一種加工方法。

3.2改善表面物理力學性能的加工方法

1.噴丸強化是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為0.4～4mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產生冷硬層和殘余壓應力，可顯著提高零件的疲勞強度。

2.滾壓加工是在常溫下通過淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對工件表面施加壓力，使其產生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產生了冷硬層和殘余壓應力，使零件的承載能力和疲勞強度得以提高。

3.金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國外已在精密儀器制造業中得到較廣泛的應用。

4.液體磨料強化是利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強度的一種工藝方法。

4.提高機械加工工件表面質量的措施

4.1制訂科學合理的工藝規程

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。

4.2合理的選擇切削參數

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，主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑對零件表而粗糙度都有直接影響。在進給量一定的情況下，減小主偏角和副偏角，或增大刀尖圓弧半徑，可減小表面粗糙度。另外，適當增大前角和后角，可減小切削變形和前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤的產生也可減小表面粗糙度。

4.3合理的選擇切削液

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。

4.4工件主要工作表面最終工序加工方法

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。

5.結論

由于機械加工表面對機器零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、配合性質、抗腐蝕性能及精度的穩定性等有很大的影響，因此對機器零件的重要表面應提出一定的表面質量要求。由于影響表面質量的因素是多方面的，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，對表面質量根據需要提出比較經濟適用性的要求，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。

參考文獻：

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