機(jī)械加工表面質(zhì)量管理中的不足及其優(yōu)化措施

杜巖

摘 要：機(jī)械加工表面質(zhì)量關(guān)系著零件的性能及壽命，該文介紹了機(jī)械加工表面質(zhì)量的重要性，從主要影響因素入手對各因素的作用規(guī)律做了分析，針對提高機(jī)械加工表面質(zhì)量管理提出了幾項優(yōu)化措施，為健全機(jī)械加工系統(tǒng)、改善機(jī)械加工表面質(zhì)量提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工 表面質(zhì)量管理 不足 優(yōu)化措施

中圖分類號：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0086-02

科技的進(jìn)步使現(xiàn)代機(jī)械制造日趨精密化，并大幅提高了對機(jī)械零件表面加工的要求。零件機(jī)械加工質(zhì)量是指零件的加工精度以及表面質(zhì)量，零件的加工精度包括尺寸上、形狀上、位置上的精度，零件的表面質(zhì)量包括幾何形狀上的精度如表面粗糙度、表面波度、紋理方向、表面?zhèn)垡约拔锢怼⒒瘜W(xué)、力學(xué)上的表面缺陷：包括表面層加工硬化、表面層殘余應(yīng)力、表面層金相組織的變化[1]。機(jī)械加工表面質(zhì)量與零件的可靠性、疲勞強(qiáng)度、使用壽命、配合質(zhì)量等重要指標(biāo)密切相關(guān)。

1 機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

機(jī)械加工出來的零件表面通常都不是理想表面，而是存在一定程度上的粗糙度、裂紋等缺陷，機(jī)械加工零件尤其是精密零件，極細(xì)微的差異也會對產(chǎn)品精度、配合精度、耐磨性、抗腐蝕程度以及疲勞強(qiáng)度等造成影響，最終影響到機(jī)械的整體使用性能和使用壽命，相關(guān)研究還表明表面質(zhì)量的缺失會造成機(jī)械零件的失效，表現(xiàn)在破損性和疲勞強(qiáng)度上的破壞。我國機(jī)械加工的表面質(zhì)量控制水平參差不齊，產(chǎn)品質(zhì)量還有待提高，有很大的進(jìn)步空間。

2 機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素

機(jī)械加工表面粗糙度的影響因素有：切削殘留面積、切削表面塑性變形、磨削用量、砂輪影響；表面加工硬化是由于所用刀具與工件在被加工零件表面擠壓和摩擦造成，其影響因素有：切削用量或磨削用量、刀具影響、工件材料、砂輪等；表面波度是由工藝系統(tǒng)的低頻振動所引起；殘余應(yīng)力是加工過程中的切削力、切削熱所導(dǎo)致，磨削加工中產(chǎn)生的切削熱也會對表面金相組織造成影響[2]。

3 機(jī)械加工表面影響因素的作用規(guī)律

3.1 表面粗糙度對表面質(zhì)量的影響

零件的表面質(zhì)量決定著零件的有效接觸面積以及潤滑油的存儲、表面處理效果過滑不利于潤滑油的儲存，零件間的分子的親和力會加大，摩擦阻力增大，磨損加劇；表面粗糙度過大，有效接觸面積會變小，壓強(qiáng)增加，同樣會降低零件的耐磨性；凹坑處易引起應(yīng)力集中，在交變應(yīng)力作用下，零件易產(chǎn)生疲勞裂紋，破壞零件的疲勞強(qiáng)度。因此，對重要的以及承受交應(yīng)力的零件如連桿、曲桿在表面處理時應(yīng)進(jìn)行光整加工，降低粗糙度，提高零件的疲勞強(qiáng)度[3]；此外，凹谷處易聚集腐蝕性介質(zhì)，致使化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生，較低的表面粗糙度可以減少腐蝕性介質(zhì)的接觸面積，是提高機(jī)械加工零件耐腐蝕性的措施之一。

3.2 加工硬化對表面質(zhì)量的影響

以型號為Q255A的鋼舉例，在經(jīng)過冷拔加工后其硬度會增加15%～45%，而磨損量會降低20%～30%，由此可見，機(jī)械加工零件表面處理時，適當(dāng)?shù)募庸び不瘯欢ǔ潭壬咸岣咂淠湍バ浴Ｆ湮锢沓梢蛉缦拢杭庸び不幚頃瑫r增加零件表面層的強(qiáng)度和硬度，減少接觸區(qū)的塑性及彈性變形，材料分子間的親和力減少，從而減少磨損量；加工硬化過高會使零件內(nèi)部硬度與表面硬度差距過大，易出現(xiàn)表層剝落的現(xiàn)象，最終加劇零件的磨損，從而降低耐磨性；同時會導(dǎo)致零件表面脆性的增加，降低零件塑性，產(chǎn)生裂紋，降低疲勞強(qiáng)度。適當(dāng)?shù)募庸び不茉黾恿慵钠趶?qiáng)度，延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)張。

3.3 殘余應(yīng)力對表面質(zhì)量的影響

加工后零件表面的殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓應(yīng)力）會對零件表面組織的緊密度產(chǎn)生影響，零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，所以殘余拉應(yīng)力過大，會使零件材質(zhì)的結(jié)構(gòu)變疏松，降低零件的耐磨性，同時加速疲勞裂紋的產(chǎn)生和裂紋的擴(kuò)大，降低零件的疲勞強(qiáng)度以及耐腐蝕性；殘余壓應(yīng)力會促使零件原材料結(jié)構(gòu)變得更緊密，效果是增加表面質(zhì)量的耐磨性，相對地也會延緩零件疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)張，降低零件的疲勞強(qiáng)度，還能提高零件的耐腐蝕性；殘余應(yīng)力還會引起零件的變形，對配合性質(zhì)產(chǎn)生影響，持續(xù)的零件變形會降低機(jī)器的工作精度。

3.4 表面金相組織變化對表面質(zhì)量的影響

零件在進(jìn)行機(jī)械加工時，表面金相組織的變化會改變零件材質(zhì)的原有硬度，降低其耐磨性，產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力，會降低零件的疲勞強(qiáng)度。

4 機(jī)械加工表面質(zhì)量管理的優(yōu)化措施

4.1 合理選用刀具及工件材料

工件在加工過程中不可避免地會受到切削力、切削熱影響，導(dǎo)致表面層的物理機(jī)械性能的改變，正確合理地選用工件材料和刀具，可以增加刀具性能。刀具材料的選擇應(yīng)充分考慮其硬度、塑性、導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性、摩擦系數(shù)以及刀具及工件材料的親和力。常選擇的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、金剛石材質(zhì)等；在進(jìn)行機(jī)械加工前，應(yīng)對工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以提高材料的硬度，降低塑性、細(xì)化晶粒；新型的磨料可以有效地改善切削刃的鈍化；增大磨削間距、改善散熱條件或采用高壓大流量法冷卻或內(nèi)冷卻法來提高冷卻效果。此外，選用合理的切削液或使用專用裝置霧化磨削液，可以減少刀具的變形和摩擦，抑制鱗刺的產(chǎn)生，降低切削溫度。工件材料應(yīng)選用合適的砂輪硬度，砂輪的修整質(zhì)量影響到零件磨削表面的粗糙度，軟的砂輪可以提高自礪性、保持切削刃鋒利；粗砂輪或粒度號小的砂輪有孔隙不易被堵塞的優(yōu)點。

4.2 減少振動、強(qiáng)化加工工藝

機(jī)械加工過程中的自由振動、強(qiáng)迫振動、自激振動會影響加工表面粗糙度、加速刀具磨損、影響機(jī)床、夾具的壽命，從而影響機(jī)械加工表面質(zhì)量。減少振動的措施有：消除或減弱產(chǎn)生振動的條件、通過增加主偏角、增大進(jìn)給量來實現(xiàn)減小切削或磨削時的重疊系數(shù)，減少激振力，提高工藝系統(tǒng)的剛度、調(diào)整振源頻率、采用固體或液體的阻尼來消耗振動能量、實現(xiàn)減振，采用減振裝置與隔振措施：如采用動力減振器或摩擦式、沖擊式減振器等。提高機(jī)械加工表面處理工藝的措施有：合理選擇切削用量、磨削用量及刀具參數(shù)、控制磨削參數(shù)等工藝參數(shù)、采用超精磨削、鏡面磨削，研磨、拋光等光整加工方法、采用合理的熱處理工藝等。

5 結(jié)語

零件加工的加工精度以及加工表面質(zhì)量是評價零件是否合格的質(zhì)量指標(biāo)，研究機(jī)械綠卡表面質(zhì)量的影響因素，運用規(guī)律來對加工過程加以控制對改善零件表面質(zhì)量管理水平，提高產(chǎn)品使用性能具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 周民輝.機(jī)械加工表面質(zhì)量管理中的不足及其優(yōu)化措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（20）：132.

[2] 劉振宇.對機(jī)械加工表面質(zhì)量的探究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013（9）：90-91.

[3] 孫青霞.淺析機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及改進(jìn)措施[J].科技致富向?qū)В?012（26）：205，145.