提高零件加工表面质量的方法

摘要：保证零件加工表面的质量，主要目的就是为了了解零件在加工中的各个工序，其工艺的设计对加工零件表面质量的影响，掌握这些规律来调整其加工过程，最后达到保证产品质量、提高产品使用性能为目的。

关键词：机械；性能；表面；粗糙度

机械工件的加工好坏，除了加工精度以外，零件表面加工的质量也是很重要的一个环节。所谓零件加工表面的质量，就是指机械零件在加工完成后表面层的状态。

随着我国工业技术水平的快速发展，零部件的使用性能要求越来越高，因而表面层质量的好坏将越来越得到各个方面的重视。

一、机械零件加工表面层质量对机器使用功能的影响

表面层质量对零部件的疲劳强度、耐磨性、接触刚度、配合精度、抗腐蚀性等使用功能都有特大的影响。

表面层质量对零部件耐磨性能的影响。最好的表面粗糙度，在半干摩擦或者是干摩擦的情况下，摩擦副表面的初期磨损与表面粗糙度有很大关系。摩擦副表面有一个最佳的粗糙度，过大或者过小的粗糙度都会使初期磨损加大。摩擦副的开始时粗糙度太大，其两表面就只是若开凸峰相互接触，实际接触的面积就小于名义的接触面积，接触部位的实际压力就会很大，其有可能破坏了油膜，接触的凸峰处就可能会形成局部干摩擦，因而造成接触部分金属的切断、挤裂或破碎等作用都较大，磨损也会较大。伴随着磨合期的进行，表面粗糙度将会逐渐减小，实际的接触面积也就增大，磨损也就随着逐渐减小，就能很快进入正常的磨损阶段。摩擦副的开始粗糙度过小，紧密接触的两金属表面层分子间产生很大的亲和力,油就会被挤出去,可能会造成条件恶化，使接触表面层容易咬焊，因而会使初期磨损也较大。只有当表面粗糙度接近最佳粗糙度时，很快进入正常的磨损阶段。因此,在初期磨损阶段，因磨合而使表面粗糙度自动调整到适应最佳值。摩擦表面的最佳粗糙度要根据不同材料和工作零部件而异。而对于完全液体的零件，零件表面完全不接触，只是由一层油膜接触，所以，要求摩擦副表面粗糙度不能刺破油膜,粗糙度越小允许的油膜就会越薄,能够承载能力越大,因而表面粗糙度越小越有好。

二、影响零部件表面粗糙度的因素

（一）切削加工影响零部件表面粗糙度的因素。在零部件加工表面留下了切削层残留面积,其形状就是刀具几何形状的反映。减小主偏角、进给量、副偏角以及增加刀尖圆弧半径,都可以减小零部件表面残留面积的高度。

（二）零部件材料的性质。零部件材料韧性愈好，金属材料的塑性变形就愈大，这样加工零部件的表面就愈粗糙。当加工脆性材料时,其金属切屑会呈碎粒状,由于金属切屑的崩碎而在加工表面层会留下许多麻点,可能会使表面粗糙。

（三）零部件的切削用量。用很高的切削速度切削金属塑性材料时,应用较小的进给量，就可以提高表面粗糙度的质量。

（四）磨削加工影响零部件表面粗糙度的因素。其与切削加工时表面粗糙度的形成过程是一样的，磨削加工零件表面粗糙度的形成也是由表面金属的塑性变形和几何因素所决定的。影响磨削零部件表面粗糙的主要因素有：（１）砂轮的修整；（２）砂轮的硬度；（３）砂轮的粒度；（４）磨削径向进给量与光磨次数；（５）磨削速度；（６）冷却液；（７）工件圆周进给速度与轴向进给量。

三、影响零部件加工表面层物理机械性能的方面

（一）零部件表面层冷作硬化

1.零部件表面层冷作硬化及其评定参数。机械加工过程中，由于切削力的作用产生了塑性变形，使金属材料内部晶格扭曲、畸变，晶粒之间会产生剪切滑移现象，晶粒被迫拉长和纤维化，还可能破碎，这些情况都会使零部件表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化。零部件表面层金属冷作硬化的结果，会增加金属变形的阻力，会减小金属的塑性，金属的物理性质也会跟着发生变化。被冷作硬化的金属表面处于高能位的不稳定状态，只要一有外部应力的作用，金属的不稳定性状态就要向比较稳定的状态发生转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小主要决定于强化程度的大小、温度的高低和温度持续时间的长短。由于金属在机械加工过程中要同时受到热和力的作用，因此，加工后零部件表层金属的最后性质决定于弱化和强化综合作用的结果。评定冷作硬化的指标有三项，即表层金属的硬化层深度H、硬化程度N和显微硬度HV。

2.影响零部件表面层金属冷作硬化的主要方面。刀具切削刃钝圆半径增大，对零部件表层金属的挤压作用增大，塑性变形加强，致使冷硬增强。

（二）表面层材料金相组织变化

当切削热使被加工零部件表面的温度超过相变温度时，表层金属的金相组织就会发生变化。

1.磨削时烧伤。当被磨零部件表面层温度达到相变温度以上时，零部件表层金属就会发生金相组织的变化，使工件表层金属强度和硬度降低，同时会伴有残余应力产生，严重时可能会出现微观裂纹，种现象称为磨削烧伤。

2.改善磨削烧伤的方法。磨削热是发生磨削烧伤的主要原因，因此，改善磨削烧伤有两个方法：一是尽量合理选择切削用量，并且改善冷却条件，尽可能地减少磨削产生的热量少传入工件;;二是正确选择砂轮。

（三）零部件表面层残余应力

残余应力的产生原因：一是金属切削时在加工零件表面金属层内有塑性变形发生，而使表面金属的比重加大。由于塑性变形就只在表层金属中产生应力，而表层金属的比容变大，体积增加，不断的在表面金属层产生了残余应力,而在里层金属中产生了残余的拉应力。二是切削加工过程中，切削区可能会有大量的切削热产生。三是不同的金相组织会具有不同的密度,也就具有不同的比容。如果零件表面层金属产生金相组织的变化，表面层金属比容的变化，一定会受到与之相连的基体金属的阻碍，所以就有了残余应力的产生。

零部件主要工作表面最终工序加工方法的选择是至关重要的，因为最终工序在该工件表面层会留下的残余应力将直接影响机器零件的使用功能。选择零件主要工作表面层最终加工工序的方法，必须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。在交变载荷作用下,零部件表面上的局部微观裂纹，会在拉应力的作用下使原始裂纹扩大，最后致使零件断裂。要提高零件抵抗疲劳破坏的方面进行考虑，零件表面最终工序应该选择在该表面避免产生残余应力的加工方法。

四、结语

由于机械加工零件的表面对机器零件的使用性能如接触刚度、疲劳强度、耐磨性、抗腐蚀性能、配合性质及精度的稳定性等有较大的影响，因此对机器零部件的重要表面应有一定的表面质量要求。由于影响零件表面质量的因素的很多，所以要综合考虑各方面的因素，对零件表面质量根据需要提出比较经济适用性的要求。

【参考文献】

[1]徐灏主编.机械设计手册,第2版.北京:机械工业出版社,2000.

[2]辛一行主编.现代机械设备设计手册.北京:机械工业出版社,1996.

[3]焦士仲.金属切削原理[M].北京:机械工业出版社,1991.

[4]富成科.机械制造基础[M].北京:人民出版社,1998.