机械加工影响表面质量的因素分析

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产品的表面质量是保证产品质量的基础，它将直接影响到产品的性能以及寿命 ，特别是它的耐用性，在很大程度上撒于零件表面层的质量。研究与生产表明，产品的失效大都从表面开始，因此产品表面质量的高低是决定其使用性能好坏的重要因素。 研究机械加工表面质量，就是为了能够掌握在加工中的各种因素对表面质量影响的规律，从而对加工过程进行控制 ，达到改善表面质量 、提高产品使用性能的 目的。

1、影响机械加工表面质量的因素1.1表面粗糙度的因素切削加工影响表面粗糙度的因素可以归纳为以下几个方面：(1)刀具的几何因素 ，主要是指刀刃与工件相对运动轨迹所产生的残留痕迹；(2)材料的因素，主要是指在加工过程中，在工件表面所产生的积屑瘤 、鳞刺、振动等；(3)工艺参数 、切削量及冷却液的选择等。

如何改善机械加工表面粗糙度 ，可从以下方面措施进行：(1)选择适当的刀具几何参数 ，增大刃倾角，减小刀具的主、副偏角，以及增大刀尖圆弧的半径。

(2)制订科学合理的工艺规程。对科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短 ，定位要准确，选择定位基准时尽量使定位基准与设计基准重合。

(3)选择合理的切削参数是保证加工质量的关键。选择合理的切削参数可以有效抑制积屑瘤的形成，降低理论加工残留面积的高度，保证加工零件的表面质量。

(4)在机械加工前，根据零件的材料及加工内容对工件进行正火或者回火处理后再加工。

(5)选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具的磨损，以保证工件的加工质量。

(6)减少振动对表面质量的影响也很重要 ，可以采弱序者消除振源的激振力、隔振或提高工艺系统的刚度、增大阻尼等措施。

磨削加工影响表面粗糙度的因素 ：在磨削时，砂轮的线速度比较高，砂轮表面的无数颗磨粒就相当于-个个的刀刃，而磨粒大多数切削力 比较大 ，导致在切削时温度较高，磨 削点的瞬时温度可能会达到900。c左右 ，这样的温度就会引起零件表面的烧伤，使零件产生变形 、裂纹。另外，因为磨粒多为负前角，而且磨削的厚度不大，所以在加工时磨粒-般只会在工件表面挤压而过 ，而当工件受到挤压时，将会产生塑性流动，划出很多的微小的沟槽，此时磨削温度又很高，就会加剧塑性变形 ，进-步使工件的表面变得粗糙。磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。所以影响磨削表面粗糙的主要因素有：砂轮的粒度、砂轮的硬度 、砂轮的修整磨削速度 、磨削径向进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量、冷却润滑液等。

如何改善磨削加工表面质量，可以从以下几个方面进行：(1)采用粒度较细的砂轮来提高磨粒切削刃的等高性。选择合适硬度的砂轮，选择和工件材料亲和力相对较小的磨料；采用直径较大的砂轮；增大砂轮的宽度等等。

(2)提高、修正金刚石的耐磨性 ，改善刃口形状，安装角度应当满足- 定的要求，同时要选择适当的修整用量。

(3)选用正确的切削液，要有好的、清洁度、浓度比、流量等；提高工作台的平衡性和砂轮机主轴的回转精度；提高砂轮的旋转速度；采用较小的纵向磨削深度、进给量，最后进行无进给光磨等。

1.2表层性能的因素表面层冷作硬化的因素：(i)刀具 ：刀具的刃口圆角和后刀面的磨损对表面层的冷作硬化有很大影响，刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化层的硬度和深度也越大。

(2)切削量：在切削用量中，影响较大的是切削速度 V 和进给量f。当 v 增大时，则表面层的硬化程度和深度都有所减小 ；这是由于-方面切削速度增大会使温度增高，有助于冷作硬化的恢复；另-方面由于切削速度的增大，刀具与工件接触时间短 ，使工件的塑性变形程度减校当进给量f增大时，则切削力增大，塑性变形程度也增大，因此表面层的冷作硬化现象也严重。但当f较小时，由于刀具的刃口圆角在加工表面上的挤压次数增多，因此表面层的冷作硬化现象也会增大。

(3)材料：被加工材料的硬度越低和塑性越大，则切削加工后其表面层的冷作硬化现象越严重。

因此，可以采取如下措施来减少表面冷作硬化：(1)合理选择刀具的几何参数 ，采用较大的前角和后角，并在刃磨时尽量减小其切削刃口圆角半径；(2)使用刀具时，应合理限制其后刀面的磨损程度；(3)合理选择切削用量，采用较高的切削速度和较小的进给量；(4)加工时采用有效的切削液。

表面层材料金相组织变化的因素：机械加工过程中，在加工区由于加工时所消耗的能量绝大部分转化为热能而使加工表面出现温度的升高。当温度升高到超过金相组织变化的临界点时，就会产生金相组织变化。磨削加工切削速度高，切削时产生大量的切削热。这些热量部分由切削带走，很小-部分传人砂轮，若冷却效果不好，则很大-部分将传人工件表面。因此 ，磨削加工是-种典型的易于出现加工表面金相组织变化的加工方法。

影响磨削加工时金相组织变化的因素有工件材料、磨削温度、温度梯度及冷却速度等。当磨削淬火钢时，若磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过其相变临界温度，则工件表面原来的马氏体组织将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组织(索氏体或贝氏体)，称之为回火烧伤；若磨削区温度超过相变临界温度，由于切削液的急冷作用，使工件表面最外层会出现二次淬火的马氏体，而其下层因冷却速度较慢仍为硬度降低的回火组织 ，称之为淬火烧伤。若不用切削液进行干磨超过相变的临界温度时，由于工件冷却速度较慢使磨削后表面硬度急剧下降，则产生了退火烧伤。 所以在加工过程中我们必须避免产生这些问题。

表面产生残余应力的因素：切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属的比容加大，由于塑性变形只在表层金属中产生 ，而表层金属的比容增大，体积膨胀，不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止，因此就在表面金属层产生了残余应力，而在里层金属中产生残余拉应力。切削加工中，切削区域会有大量的切削热产生，不同金相组织具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。

可以采取以下措施进行改善：(1)在零件的机械加工工艺规程中增加消除残余应力的热处理工序 ，如对铸 、锻、焊接件进行退火或回火 ，零件淬火后进行回火；对精度较高的零件，如床身 、丝杠、箱体 、精密主轴等，在粗加工后进行时效处理；合理安排工艺过程，如粗、精加工不在同- 工序中进行，使粗加工后有-定时间让残余应力重新分布，以减少对精加工的影响；提高零件的刚性 ，改善零件结构，使壁厚均匀等，均可减少残余应力的产生。。

(2)在切削加工后采取-些处理措施，也可以对已加工表面的残余应力进行调整，表面强化处理就是目前较常用的方法之-。表面强化处理工艺是通过对零件表面的冷挤压使之发生冷态塑性变形，从而提高其表面硬度、强度，并形成表面残余压应力的加工工艺。常用的表面强化工艺有喷丸强化和滚压强化。喷丸强化是利用大量高速运动中的珠丸冲击零件表面，使打击处发生塑性变形和塑性流动，表面产生冷硬层和残余压应力。珠丸大多采用钢丸，利用压缩空气或离心力进行喷射。这种方法适用于不规则表面和形状复杂的表面，如弹簧 、连杆等的强化。滚压强化是用可自由旋转的滚子对零件表面均匀地加力挤压 ，使表面得到强化并在表面形成残余压应力，适用于规则表面如外圆、孔和平面等的强化加工，可在原机床上加装滚压工具进行。

2、结语制订合理科学的工艺规程是保证零件表面质量的基本条件。只有制订了科学合理的工艺规程 ，才能为加工提供科学合理的方法，使加工零件表面质量达到相应的要求。零件的主要工作表面最后工序加工方法的选择非常的重要 ，因为最后工序在该零件表面留下的残余应力将直接影响零件的使用性能。总之 ，零件的表面质量与其使用性能密切相关，零件的使用性能是保证设备正常工作的基本要求，另外在加工零件的过程中，我们还应从经济效益等多方面考虑，这样才能既保证零件表面的加工质量，又降低零件的制造成本。