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　　隨著社會經濟的發展,機械學作為機械科學中的基礎部分對機械工程的發展至關重要。下文是小編為大家蒐集整理的關於的內容，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　淺談機械加工表面質量的影響要素及控制的策略

　　機械零件的加工質量，除加工精度外，表面質量也是極其重要的一個方面。加工表面質量，是指機器零件在加工後的表面層狀態.一臺機器在正常的使用過程中，由於其零件的工作效能逐漸變壞，以致不能繼續使用，有時甚至會突然損壞，其原因除少數是因為設計不周而強度不夠，或偶然事故引起了超負荷以外，大多數是由於磨損或受到外界介質的腐蝕以及疲勞損壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞，都是發生在零件的表面，或是從零件表面開始的。

　　因此，加工表面質量將直接影響到零件的工作效能，尤其是它的可靠性和壽命.隨著工業技術的飛速發展，對機器使用的要求越來越高，一些重要零件在高壓、高速、高溫等高要求條件下工作，表面層的任何缺陷，不僅直接影響零件的工作效能，而且還可能引起應力集中和應力腐蝕等現象，將進一步加速零件的失效.這一切，都與加工表面質量有很大關係，因而表面質量問題越來越受到各方面的重視。

　　1、表面質量的含義

　　任何機械加工所得的表面，實際上不可能是理想的光滑表面，總是存在一定的微觀幾何形狀誤差.另外，表面材料在加工時受切削力、切削熱的影響，也會使原有的物理-機械效能發生變化。因此，加工表面質量應包括：

　　1加工表面粗糙度。是指加工表面的較小間距和微小峰谷的微觀幾何形狀誤差。它主要是由於切削加工過程中的刀痕、切削分離時的塑性變形、刀具與被加工表面的摩擦、工藝系統的高頻振動等原因造成的。

　　2表面層的物理---機械效能變化。表面層的材料在加工時，物理-機械效能變化主要有以下三個方面的內容：

　　1表面層的冷作硬化。

　　工件在機械加工過程中，表面層金屬產生強烈的塑性變化，使表層的強度和硬度都有所提高，這種現象稱表面冷作硬化.

　　2表面層殘餘應力.

　　在切削加工過程中，由於切削變形和切削熱的影響，在加工表面會產生殘餘應力，如果殘餘應力超過材料的屈服強度，就會產生表面裂紋，表面的微觀裂紋將給零件帶來嚴重的隱患。

　　3表面層金相組織的變化。

　　工件表面經磨削精加工時，磨削產生的高溫，一般可達800~1000 ℃，高的磨削溫度會燒壞工作表面，使淬火鋼件表面退火，引起表層金屬發生相變,將大大降低表面層的物理-機械效能。

　　2、機械加工表面質量對機器使用效能的影響

　　2.1 對耐磨性的影響

　　一個剛加工好的兩個接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的峰部接觸，實際接觸面積遠小於理論接觸面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應力，使實際接觸面積處產生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪下破壞，引起嚴重磨損。零件磨損一般可分為三個階段：初期磨損階段;正常磨損階段;劇烈磨損階段。

　　1表面粗糙度對零件表面磨損的影響。

　　一般來說，表面粗糙度值愈小，其耐磨損性愈好.但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲存，接觸面之間容易發生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個最佳值，其值與零件的工作情況有關，工作載荷加大時，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。

　　2表面冷作硬化對耐磨性的影響。

　　加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，這是因為過分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏鬆，甚至出現裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降.

　　2.2 對疲勞強度的影響

　　金屬受交變載荷作用後產生的疲勞破壞，往往發生在零件表面和表面冷硬層下面，因此零件的表面質量對疲勞強度影響很大.

　　1表面粗糙度對疲勞強度的影響.在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產生疲勞裂紋.表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞的能力就愈差。

　　2殘餘應力、冷作硬化對疲勞強度的影響。表面層殘餘拉應力，將使疲勞裂紋擴大，加速疲勞破壞;而表面層殘餘壓應力，能夠阻止疲勞裂紋的擴充套件，延緩疲勞破壞的產生;表面冷硬化一般伴有殘餘壓應力的產生，可以防止裂紋產生並阻止已有裂紋的擴充套件，對提高疲勞強度有利。

　　2.3對耐蝕性的影響

　　零件的耐蝕性，在很大程度上取決於表面粗糙度.表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質就愈多，抗蝕性就愈差;表面層的殘餘拉應力，會產生應力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘餘壓應力則能防止應力腐蝕開裂。

　　2.4 對配合質量的影響

　　表面粗糙度值的大小，將影響配合表面的配合質量.對於間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質;對於過盈配合,裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實際過盈量減小，降低了配合件間的連線強度.

　　3、影響表面粗糙度的因素

　　1切削加工影響表面粗糙度的因素。

　　在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復映.減小進給量 vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度.此外，適當增大刀具的前角，以減小切削時的塑性變形的程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質量，以減小切削時的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。

　　2工件材料的性質。

　　加工塑性材料時，由於刀具對金屬的擠壓，產生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大.工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時，其切屑呈碎粒狀，由於切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙度增大.

　　3磨削加工影響表面粗糙度的因素。

　　如同切削加工時表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成，也是由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。影響磨削表面粗糙的主要因素有：

　　1砂輪的粒度與硬度。

　　砂輪硬度應適當，應使磨粒鈍後會及時脫落，露出新的磨粒來繼續切削，即具有良好的“自礪性”.砂輪的粒度愈細，即單位面積上的磨粒數愈多，則加工表面的刻痕愈細密，表面粗糙度愈低。但若粒度過細，則容易堵塞砂輪，而使工件表面塑性變形增加，從而影響表面粗糙度的降低。

　　2砂輪的修整。

　　砂輪應及時修整，以去除已鈍化的磨粒，保證砂輪具有微刃性和等高性。用金剛石修整砂輪相當於在砂輪上“車削”外圓，縱向和橫向的進給量愈小，修整出來的砂輪表面的微刃性和等高性就愈好，磨出工件表面的粗糙度也愈低.

　　3磨削速度、徑向進給量、光磨次數、工件圓周進給速度與軸向進給量.減小磨削用量和提高砂輪速度，可以增加工件單位面積上的刻痕數，同時可降低因塑性變形造成的表面粗糙度。因為在高速磨削下，磨削表面來不及塑性變形，因而提高砂輪速度有利於降低表面粗糙度。增大磨削深度和提高工件速度會使塑性變形加劇，從而增高粗糙度。為了提高磨削效率，通常在開始磨削時採用較大的磨削深度，而在磨削後期採用小的磨削深度，或進行無進給磨削光磨,以降低工件表面粗糙度。

　　4切削液.切削液對加工過程起冷卻和潤滑作用，能降低切削區的溫度，減少刀刃與工件的摩擦，從而減少切削過程的1大作用.

　　5工件材質。工件材料的硬度、塑性、韌性和導熱效能等，對錶面粗糙度有顯著的影響。工件材料太硬時，磨粒易鈍化;太軟時，砂輪易堵塞;韌性大和導熱效能差的材料，使磨粒早期崩落，而破壞了微刃的等高性，因而均使表面粗糙度增高.

　　4、影響加工表面層物理機械效能的因素

　　在切削加工中，工件由於受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機械效能產生變化,最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘餘應力的產生。由於磨削加工時所產生的塑性變形和切削熱，比刀刃切削時更嚴重，因而磨削加工後加工表面層上述3 項物理機械效能的變化會很大。

　　4.1 冷作硬化及其評定引數

　　1金屬的冷作硬化。

　　在機械加工過程中，因切削力作用產生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產生剪下滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高，這種現象稱為冷作硬化或稱為強化。表面層金屬強化的結果，會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質也會發生變化.被冷作硬化的金屬，處於高能位的不穩定狀態，只要一有可能，金屬的不穩定狀態就要向比較穩定的狀態轉化，這種現象稱為弱化.弱化作用的大小，取決於溫度的高低、溫度持續時間的長短和強化程度的大小。由於金屬在機械加工過程中同時受到力和熱的作用，因此加工後表層金屬的最後性質，取決於強化和弱化綜合作用的結果。評定冷作硬化的指標有 3 項：即表層金屬的顯微硬度 HV、硬化層深度 h 和硬化程度 N.

　　2影響冷作硬化的主要因素。

　　切削刃鈍圓半徑增大，對錶層金屬的擠壓作用增強,塑性變形加劇，導致冷硬增強。刀具後刀面磨損增大，後刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導致冷硬增強。切削刃鈍圓半徑對加工硬化的影響切削速度增大，刀具與工件的作用時間縮短，使塑性變形擴充套件深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大後，切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短了，將使冷硬程度增加。進給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現象就愈嚴重.

　　4.2表面層材料金相組織的變化

　　1磨削燒傷。

　　當被磨工件表面層的溫度達到相變溫度以上時，表層金屬發生金相組織的變化，使表層金屬強度和硬度降低,並伴有殘餘應力產生，甚至出現微觀裂紋,這種現象稱為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時，可能產生 3 種燒傷。回火燒傷。如果磨削區的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉變成硬度較低的回火組織索氏體或託氏體,這種燒傷稱為回火燒傷.淬火燒傷.如果磨削區溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發生二次淬火，使表層金屬出現二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織索氏體或託氏體，這種燒傷稱為淬火燒傷。

　　退火燒傷.如果削區溫度超過了相變溫度，而磨削區域又無冷卻液進入，表層金屬將產生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。

　　磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個途徑：一是正確選擇砂輪，合理選擇切削用量，儘可能地減少磨削熱的產生;二是改善冷卻條件，儘量使產生的熱量少傳入工件.

　　2表面層殘餘應力。

　　產生的原因是：加工時在切削力作用下，已加工表面層受拉應力作用，產生伸長塑性變形，表面積趨向增大，此時裡層處於彈性變形狀態下。當切削力去除後，裡層金屬趨向復原，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘餘壓應力，裡層則為拉應力與之相平衡.

　　3熱塑性變形的影響。

　　表面層在切削熱的作用下產生熱膨脹，此時基體溫度較低，因此表面層熱膨脹受基體的限制產生熱壓縮應力.當表面層的溫度超過材料的彈性變形範圍時，就會產生熱塑性變形在壓應力作用下材料相對縮短。當切削過程結束，溫度下降至與基體溫度一致時，因為表面層已產生熱塑性變形，但受到基體的限制產生了殘餘拉應力，裡層則產生了壓應力。

　　4金相組織變化的影響。

　　切削時產生的高溫，會引起表面層的相變.由於不同的金相組織有不同的密度，表面層金相變化的結果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時，因受到基體的限制，產生了壓應力。反之，表面層體積縮小，則產生拉應力。各種金相組織大馬氏體比重最小，奧氏體比重最大，磨削淬火鋼時若表面層產生回火現象，馬氏體轉化成索氏體或屈氏體這兩種組織均為擴散度很高的珠光體，因體積縮小，表面層產生殘餘拉應力，裡層產生殘餘壓應力。若表面層產生二次淬火現象，則表面層產生二次淬火馬氏體，其體積比裡層的回火組織大，因而表層產生壓應力，裡層產生拉應力。

　　5零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇。

　　選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式.在交變載荷作用下，機器零件表面上的區域性微觀裂紋,會因拉應力的作用使原生裂紋擴大，最後導致零件斷裂.從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應選擇能在該表面產生殘餘壓應力的加工方法。

　　6磨削裂紋的產生及防止.

　　當表面層的殘餘拉應力超過材料的強度極限時，零件表面就會產生裂紋，有的磨削裂紋也可能不在工件的外表面，而是在表面層下成為肉眼難以發現的缺陷.裂紋的方向常與磨削方向垂直或成網狀，裂紋的產生常與燒傷同時出現。磨削裂紋的產生與材料及熱處理工序有很大的關係，磨削硬質合金時，由於其脆性大，抗拉強度低以及導熱性差，所以特別容易產生裂紋.磨削含碳量高的淬火鋼時，由於其晶界脆弱,也容易產生磨削裂紋。工件在淬火後如果存在殘餘應力，則即使在正常的磨削條件下也可能會出現裂紋.滲碳、滲氮時如果工藝不當，就會在表面層晶介面上析出脆性的碳化物、氮化物。當磨削時，在熱應力作用下就容易沿著這些組織發生脆性破壞，而出現網狀裂紋.由於磨削熱是產生殘餘拉應力的根本原因，因此防止產生裂紋的途徑，也在於降低磨削熱以及改善其散熱條件，前面所述的減輕表面熱損傷的措施，均有利於避免產生表面殘餘拉應力和裂紋。在磨削工序前後進行去除內應力的低溫回火處理，亦能有效地減小表面層的拉應力，防止產生磨削裂紋。

　　5、結束語

　　由於機械加工表面對機器零件的使用效能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、配合性質、抗腐蝕效能及精度的穩定性等有很大的影響，因此對機器零件的重要表面應提出一定的表面質量要求.由於影響表面質量的因素是多方面的，因此應該綜合考慮各方面的因素，對錶面質量根據需要提出比較經濟適用性的要求.

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