論表面粗糙度對零件使用性能的影響

彭展

（廣東省茂名市交通高級技工學校，廣東 茂名 525000）

論表面粗糙度對零件使用性能的影響

彭展

（廣東省茂名市交通高級技工學校，廣東 茂名 525000）

研究機械加工表面粗糙度的目的就是為了掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面粗糙度影響的規律，以便運用這些規律來控制加工過程。

機械切削；加工；表面粗糙度

1 表面粗糙度對零件使用性能的影響

（1）對零件耐磨性的影響。當摩擦副的材料、潤滑條件和加工精度確定后，零件的表面質量對耐磨性將起到關鍵作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當兩個零件表面開始接觸時，接觸部分集中在其波峰（微觀的隆起部分）的頂部，因此實際接觸面積遠遠小于名義上的接觸面積，并且表面粗糙度越大，實際接觸面積越小。

表面層的冷作硬化可以使表層的硬度提高，增強表面的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性變形、塑性變形，使耐磨性有所提高。但是如果硬化程度過大，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。如常見材料摩擦系數參考表1所示。

（2）對疲勞強度的影響。屬于表面質量中的表層殘余應力會對承受交變載荷的零件產生較大疲勞強度的影響。在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷（微觀的凹下部分）容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。機械構件應力集中的區域例如尖角、鍵槽處往往是疲勞破壞的源頭。理論應力集中指數是指最大局部彈性應力與平均應力的比值，恒大于1且與載荷大小無關。當表層存在殘余壓應力時，能延緩疲勞裂紋的產生、擴展，可以提高零件的疲勞強度。常用的方法有兩種：表面熱處理、表面機械強化。

（3）對配合質量的影響。相配零件間的配合性質是由過盈量或間隙量來決定的。在間隙配合中，如果零件配合表面的粗糙度大，則由于磨損迅速使得配合間隙增大，從而降低了配合質量，影響了配合的穩定性。因此，對有配合要求的表面應該規定較小的表面粗糙度值。

（4）其他因素的影響。①加載頻率。加載頻率分為正常、高頻、低頻三種。正常頻率是指5～300Hz，低頻是指0.1～5Hz，高頻是指高于300Hz。絕大部分機械構件受到的載荷頻率在5～200Hz范圍。在無腐蝕的條件下金屬材料的疲勞強度幾乎沒有影響。②腐蝕。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質從而使零件發生化學腐蝕和電化學腐蝕。

表1 常見材料摩擦系數參考表

2 表面粗糙度對切削加工的影響

在切削加工中，影響因素主要包括幾何因素、物理因素和加工中工藝系統的振動。下面以車削為例來說明。

（1）幾何因素。切削加工時，表面粗糙度的值主要取決于切削面積的殘留高度。如下兩道計算殘余面積高度公式：

當刀尖圓弧半徑rε＝0，殘留面積高度H為：

當刀尖圓弧rε＞0時，殘余面積高度H為：

從（1）式可以知，進給量f、主偏角Kr、副偏角Kr＇和刀尖圓弧半徑rε對切削加工表面粗糙度的影響較大。減少進給量f、主偏角Kr、副偏角Kr′和增大半徑rε，都能減少殘留面積的高度H，也就減少了零件的表面粗糙度。

（2）物理因素。在切削加工的過程中，刀具對工件的擠壓和摩擦使金屬材料發生塑性變形，引起原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大表面粗糙度值，容易形成積屑瘤。

（3）動態因素。工藝系統有時會發生振動，即在刀具與工件間出現的除切削運動之外的另一種周期性的相對運動。振動的出現會使加工表面出現波紋，增大加工表面的粗糙度值，強烈的振動還會使切削無法繼續。

除了上述的因素外，造成已加工表面粗糙度不平的原因還有被切屑拉毛和劃傷等。

3 減少表面粗糙度的改進措施

（1）在精加工時，應選擇較小的進給量f、主偏角Kr、副偏角Kr′和增大半徑rε，以得到較小的表面粗糙度。

（2）加工塑性材料時，采用較高的切削速度防止積屑瘤的產生。

（3）根據工件材料、加工要求，合理選擇刀具材料，有利于減少表面粗糙度。

（4）適當地增大刀具前角和刃傾角，提高刀具的刃磨質量，降低刀具前、后刀具的表面粗糙度值均能降低工件加工表面的粗糙度值。

（5）對工件材料進行適當的熱處理，以細化晶粒，均勻晶粒組織。

（6）選擇合理的切削液，減少切削過程中的界面摩擦，降低切削區溫度，減少切削變形，抑制積屑瘤的產生，可大大減少表面粗糙度值。

4 結語

機械零件的表面粗糙度的分析，是零件進行可靠性設計的重要指標。受到粗糙度影響的機械加工有很多方面，其中著重介紹了表面粗糙度對零件使用性能、對切削加工的影響、如何可以減少粗糙度的一些改進措施。對于表面粗糙度的分析與研究將成為金屬切削加工的重要方向，隨著制造業的崛起、理論分析的加強、各學科的不斷發展與滲透，對表面粗糙度形成的機理、影響規律的探索將會有更多有價值的研究成果。

An analysis of the Impact of Surface Roughness on Parts’Performance

PENG Zhan
(Maoming Communication and Senior Technician School,Maoming,Guangdong 525000,China).

The purpose of researches on the surface toughness after mechanical processing is to master laws regarding the effect of all kinds ofprocessing factors on surface toughness,so as control the processing progress according to these laws.

mechanical cutting;processing;surface roughness

TH161.14

A

2095-980X（2015）04-0036-02

2015-02-15

彭展（1986-），男，廣東茂名人，大學本科，教師，主要研究方向：機械切削加工工藝。