影响机械加工表面质量的因素

影响机械加工表面质量的因素

【摘要】：一般情况下，机械设备的损坏往往是从它的零件的表面开始发生的。一件产品的性能，尤其是这件产品的可靠性和耐久度，主要取决于零件表层质量的好坏。我们探索如何提高机械加工表面的质量，就是为了达到能总结出机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律的目的，从而利用这些规律来控制加工过程，最终来改善产品质量和增强产品使用性能。

【关键词】机械；性能；表面；粗糙度

中图分类号： u673.38 文献标识码： a 文章编号：

一、前言

一般情况下，机械零件的破坏是从表面层渐渐产生的。一件产品性能的高低，特别是它的可靠性和耐久性如何，往往取决于零件表面层质量的好坏。表面面质量与零件耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、配合质量息息相关。机械机械加工表面质量的内容主要包括：表面粗糙度、表面层的物理力学性能和表面波度等。本文主要以切削中影响加工表面粗糙度和加工表面物理力学性能变化的因素进行分析研究

1．切削加工影响表面粗糙度的因素

（一）切削用量

在一定条件下，切削速度v通常会产生积屑瘤和鳞刺：如果我们减少进给量 f就能够降低残留面积的高度。因此，降低粗糙度的一个重要前提就是正确地选择切削用量

（二）刀具材料和几何参数

无数的实践证明，如果切削条件相同，我们用高速钢刀具加工的表面粗糙度比用硬质合金刀具加工的表面粗糙度要高，使用金钢石车刀加工的话也很难形成积屑瘤，所以在这种情况下我们能够获得粗糙度比较低的机械加工表面。刀类圆弧半径rs、主偏角k 和副偏角k 都会影响到残留面积的大小。因此我们要想降低表面粗糙度的话就可以选择适当减少r8、k 和k 。前角 l增大可抑制积屑瘤和鳞刺的生长帮有利于降低表面粗糙度。

（三）切削液

切削液在机械加工过程能够冷却和润滑机械，其作用不言而喻。为了使切削过程不易塑性变形，我们应当使切削区的温度不断降低，使刀刃与工件的摩擦不断减少。

2．影响切削加工表面层物理力学性能的因素

在机械切削加工的过程中，工件很容易受到切削力和切削热的影响，从而导致机械表面层的金属在物理机械性能方面发生很多变化，而其中最主要的变化就是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生

（一）表面层冷作硬化

a．加工表面冷作硬化

因为切削力的影响，在机械加工的过程中，很容易出现机械塑性变形的情况，从而使得晶格扭曲，还有畸变。晶粒间很容易产生剪切和滑移，如果使得晶粒变长和让其纤维化，又或者使其破碎，这

些都能提高表面层金属的硬度和金属的强度，我们称这种现象为冷作硬化(即强化)。机械加工的表面层的金属如果强化则往往会使金属变形的阻力增大，使金属的塑性变小，而也会使金属的物理性质发生变化。当被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态时，如果有可能，金属的易变状态就很可能转化成稳定的状态。我们称这种现象为弱化。弱化作用的大小如何，往往与温度的高低、温度持续时间的长短和强化程度的大小有关。在机械加工过程中，金属既会受到力的作用也会受到热的作用，所以强化和弱化综合作用的综合效应会决定加工后表层金属最终的性质

b．影响冷作硬化的主要因素

从刀具几何参数的角度来说，如果我们增大沏削刃钝圆的半径，则会增强对其表层金属的挤压力，加剧塑性变形，从而增强冷硬效果。刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工表面的摩擦加剧，塑性变形增大，导致冷硬增强。要想塑性变形减少，我们也可以采用使刀具前角增大的方法，从而达到降低冷硬程度的效果。从切削用量来分析，如果增大切削的速度，缩短刀具与工件之间的作用时间，减小塑性变形扩展的深度．减小冷硬层深度，同时，提高切削的速度，这样的话切削温度也会跟着提高．有利于发挥冷硬回复作用，最终降低冷硬程度。如果进给量增大的话，那么切削力也会跟着增大，表层金属的塑性变形也会跟着加剧，顺其自然地冷硬作用也会得到加强。如果进给量太小，则会因为刀具对工件的挤压次数增多，反而使冷硬程度增高。从工件材料的性质来看，如果工件材料的塑

性越大．冷硬现象一定会更加严重。

（二）表面层材料金相组织变化

如果切削热产生的温度，导致加工表面的温度超过相变温度，那么表层金属的金相组织将会发生变化。一般情况下，在切削加工的过程中，切削会带走大部分的切削热，因此切削热产生的影响其实并不大。

（三）表面层残余应力

一般情况下，工件表面在经过机械加工后，都会产生残余应力。残余压应力的存在是有好处的，它能够使表面层的耐磨性和疲劳强度得到进一步提高，但是残余拉应力则会降低耐磨性和疲劳强度。如果拉应力超过了工件材料的疲劳强度极限，则会使工件表面产生裂纹，导致工件损坏的更加快速。

a产生残余应力的原因

a.,热塑性变形的影响。在切削加工的过程中，因为切削热的作用的缘故，工件表层的局部温度会比里层温度高出许多，所以会导致表层的热膨胀比里层大。当切削完成过后，表层的温度也会降得很快，所以冷收缩变形同样会比里层的大，但是当受里层金属的阻挡时，接下来的是。在工件表面往往会出现残余拉应力，如果切削温度越高，那么表层热塑性变形也会越大，残余拉应力也会跟着变大，情况严重时很可能会产生裂纹。

b,冷塑性变形的影响。因为切削力的缘故，加工表面出现大范围的冷塑性变形的情况是常见的，再加上切削刀具挤压已加工的表

面，肯定会使表层金属不断向两边塑性伸展，但是又因为受到里层金属的阻碍，最后便在工件表面产生残余压应力。

c,金相组织的影响。机械切削时会产生很高的温度，这种高温极易使得表面层的金相组织发生变化。由于不同的金相组织有不同的密度，故会引起体积的变化。如果表面层的体积膨胀，在受到里层金属的牵制的情况下会产生压应力：相反地，如果表面层的体积体积缩小，则产生拉应力。事实上，加工表面层的残余应力往往是上述三种因素综合作用所产生的结果。而在某些条件下，也可能由其中某一二种因素起主导作用。如在切削加工中，切削热不高。以冷塑性变形为主。加工表面层将产生残余压应力

（四）零件主要工作表面最终工序加工方法的选择

如何选择加工零件主要工作表面的最终工序方法非常关键。因为机器零件的使用性能会直接受到最终工序在该工作表面留下的残余应力的影响。关于如何选择零件主要工作表面最终工序加工方法，我们应首先考虑该零件主要工作表面的具体工作条件，其实是可能的破坏形式。在交变载荷作用大的情况下，尽管机器零件表面上裂纹只是出现在局部并且微小，但不可忽视拉应力的影响，因为它能导致原生裂纹不断扩大，最终致使零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。

三、结论

在机械零件的加工过程中，加工表面往往会产生的一些微观几何