金屬加工表面質(zhì)量淺談

李德軍

摘? 要：機(jī)械零件的破壞一般總是從表面層開始的，因此零件的表面質(zhì)量是至關(guān)重要的。本文分析了加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響以及影響表面粗糙度的工藝因素。

關(guān)鍵詞：金屬;加工;表面質(zhì)量

加工表面質(zhì)量包括加工表面的幾何形狀誤差、表面層金屬的力學(xué)物理與化學(xué)性能兩個方面的內(nèi)容。由于機(jī)械加工中力因素和熱因素的綜合作用，使加工表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能將發(fā)生一定的變化。

一、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

1.表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響

零件的耐磨性主要與摩擦副的材料、熱處理狀況、表面質(zhì)量和潤滑條件有關(guān)。當(dāng)兩個零件的表面互相接觸時，如果表面粗糙，只是表面的凸峰相接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，因此單位面積上壓力很大，破壞了潤滑油膜，凸峰處出現(xiàn)了干摩擦。如果一個表面的凸峰嵌入另一表面的凹谷中，摩擦阻力很大，且會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和剪切破壞，引起嚴(yán)重的磨損。零件表面紋理形狀和紋理方向?qū)Ρ砻婺湍バ砸灿酗@著影響，在輕載荷并充分潤滑的運(yùn)動副中，兩配合面的刀紋方向相同時，耐磨性較好;與運(yùn)動方向垂直時，耐磨性最差。而在重載荷又無充分潤滑的情況下，兩結(jié)合表面的刀紋方向垂直時磨損較小?？梢娭匾牧慵罱K加工應(yīng)規(guī)定最后工序的加工紋理方向。

2.表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面粗糙度值大，在交變載荷作用下，零件容易引起應(yīng)力集中并擴(kuò)展疲勞裂紋，造成疲勞損壞。如表面粗糙度值R_a由0.4μm降低到0.04μm時，對于承受交變載荷的零件，其疲勞強(qiáng)度可提高30%～40%。表面粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度也降得越低。合理地安排加工紋理方向及零件的受力方向有利于疲勞強(qiáng)度的提高。

殘余應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度有極大關(guān)系。殘余壓應(yīng)力可提高零件的疲勞強(qiáng)度，而殘余拉應(yīng)力使疲勞裂紋加劇，降低疲勞強(qiáng)度。帶有不同殘余應(yīng)力表面層的零件，其疲勞壽命可相差數(shù)倍至數(shù)十倍。適當(dāng)加工硬化有助于提高零件的疲勞強(qiáng)度。

3.表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響

表面粗糙度大，磨合后會使間隙配合的間隙增大，降低配合精度。對于過盈配合而言，裝配時配合表面的凸峰被擠平，減小了實(shí)際過盈量，降低了連接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。表面加工硬化嚴(yán)重，將可能造成表層金屬與內(nèi)部金屬脫離的現(xiàn)象，也將影響配合精度和配合質(zhì)量。

4.表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性的影響

零件在介質(zhì)中工作時，腐蝕性介質(zhì)會對金屬表層產(chǎn)生腐蝕作用。表面粗糙的凹谷易沉積腐蝕性介質(zhì)而產(chǎn)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。腐蝕性介質(zhì)按箭頭方向產(chǎn)生侵蝕作用，逐漸滲透熟金屬內(nèi)部，使金屬層剝落、斷裂，形成新的凹凸表面。然后，腐蝕又由新的凹谷向內(nèi)擴(kuò)展，這樣重復(fù)下去使工件表面遭到嚴(yán)重的破壞。表面光潔的零件，凹谷較淺，沉積腐蝕性介質(zhì)的條件差，不太容易被腐蝕。凡是零件表面存在殘余拉應(yīng)力，都將降低零件的耐腐蝕性;而零件表層存在殘余壓應(yīng)力和一定程度的強(qiáng)化都有利于提高零件的抗腐蝕能力。另外，表面質(zhì)量好能提高密封性能，降低相對運(yùn)動零件的摩擦系數(shù)，減少發(fā)熱和功率消耗，減少設(shè)備的噪聲等。

二、影響表面粗糙度的工藝因素

1.刀刃在工件表面留下的殘留面積

在被加工表面上殘留的面積越大，獲得的表面越粗糙。用單刃刀具切削時，殘留面積只與進(jìn)給量f、刀尖圓弧半徑r_ε及刀具的主偏角κ_r、副偏角κ_r′有關(guān)。減小進(jìn)給量f，減小刀具的主、副偏角，增大刀尖圓弧半徑，都能減小殘留面積的高度H，也就降低了零件的表面粗糙度。進(jìn)給量f對表面粗糙度影響較大，當(dāng)f值較低時，有利于表面粗糙度的降低。減小刀具的主、副偏角，均有利于表面粗糙度的降低。一般在精加工時，刀具的主、副偏角對表面粗糙度的影響較小。

2.積屑瘤的影響

在一定的切削速度范圍內(nèi)加工塑性材料時，由于前刀面的擠壓和摩擦作用，使切屑的底層金屬流動緩慢而形成滯流層，此時切屑上的一些小顆粒就會粘附在前刀面上的刀尖處，形成硬度很高的楔狀物，稱為積屑瘤。

積屑瘤的硬度可達(dá)工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃進(jìn)行切削。由于積屑瘤的存在，使刀具上的幾何角度發(fā)生了變化，切削厚度也隨之增大，因此會在已加工表面上切出溝槽。積屑瘤生成以后，當(dāng)切屑與積屑瘤的摩擦大于積屑瘤與刀面的冷焊強(qiáng)度或受到振動、沖擊時，積屑瘤會脫落，又會逐漸形成新的積屑瘤。因些積屑瘤的生成、長大和脫落，使切削發(fā)生波動，并嚴(yán)重影響工件的表面質(zhì)量。脫落的積屑瘤碎片，還會在工件的已加工表面上形成硬點(diǎn)。因此，積屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽視的因素。

3.切削用量

選擇不同的切削參數(shù)對表面粗糙度影響較大。在一定的速度范圍內(nèi)，如用中、低速（一般1c