关于机械加工对产品性能影响的讨论

摘要：机械设备零件的损坏，很大程度总是从零件表面开始的。研究机械加工表面质量，其目的就是为了掌握机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律，以便利用这些规律来控制加工过程，最终达到改善产品质量，增强产品使用性能的目的。

关键词：表面质量 粗糙度 机械加工 机械性能

一、机械加工表面质量对产品使用性能的影响

表面质量对零件的耐磨性、配合精度、疲劳强度、抗腐蚀性能等都有很大的影响。

1.表面质量对耐磨性的影响

零件的耐磨性与摩擦副的材料、条件和零件的表面质量等因素有关。特别是在前两个条件已确定的前提下，零件的表面质量就起着决定性的作用。当两个零件的表面接触时，其表面凸峰顶部先接触，因此实际接触面积远小于理论上的接触面积。表面愈粗糙，实际接触面积就愈小，凸峰处单位面积压力就会大，表面磨损就愈容易。即使在有油的条件下，也会因接触处压强超过油膜张力的临界值破坏了油膜的形成而加剧表面的磨损。表面粗糙度对零件表面的磨损影响很大。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好，但并不是表面粗糙度数值越小越耐磨。

2.表面质量对零件疲劳强度的影响

零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承受交变载荷的重要零件如曲轴，其曲拐与轴颈交接处精加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值提高其疲劳强度。加工硬化对零件的疲劳强度影响也很大。表面层的适度硬化可以在零件表面形成一个硬化层，它能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，从而使零件疲劳强度提高。但零件表面层硬化程度过大，反而易于产生裂纹，故零件的硬化程度与硬化深度也应控制在一定的范围之内。表面层的残余应力对零件疲劳强度也有很大影响，当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层为残余拉应力时，容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。

3.表面质量对零件的耐腐蚀性能的影响

零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的表面粗糙度。零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因此，减小零件表面粗糙度值，可以提高零件的耐腐蚀性能。零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。

4.表面质量对配合性质及零件其它性能的影响

相配合零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度；在过盈配合中，如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间连接强度，影响配合的可靠性因此对有配合要求的表面，必须规定较小的表面粗糙度值。零件的表面质量对零件的使用性能还有其它方面的影响。

二、影响表面质量的工艺因素

1.切削加工对表面粗糙度的影响

切削加工在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量，主偏角，副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤，鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。

2.切削用量的影响

实验证明，切削速度愈高，切削过程中切屑和加工表面的塑性变形程度就愈轻，从而表面粗糙度就愈低。另外，积屑瘤是在较低的速度下产生的，积屑瘤的有或无，对表面粗糙度的影响较大，在切削用量的三个要素当中，进给量和切削速度对表面粗糙度的影响比较敏感，进给量大，切屑变形也大，切屑与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧，从而增大工件表面粗糙度值。因此减小进给量有利于减小表面粗糙度值。

三、影响加工表面层物理机械性能的因素

1.表面层的冷作硬化

切削刃钝园半径的增大，对表层金属的挤压作用增强，塑性变形加剧，导致冷硬增强，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。切削刃钝园半径对加工硬化的影响切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，使塑性变形扩展深度减小，冷硬层深度变小。切削速度增大后，切削热在工件表面上的作用时间也缩短了，将使冷硬程度增加。进给量增加，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。

2.表面层材料金相组织变化

当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后，表层金属的金相组织将会发生变化。当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。磨削热是造成磨削烧伤的根源，故要改善磨削烧伤：一是正确选择砂轮，合理选择切削用量，尽可能地减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。

3.表面层残余应力

切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属层的比容加大，由于塑性变形只在表层金属中产生，而表层金属的比容加大，体积膨胀，不可避免的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，切削区会有大量的切削热产生。不同金属组织具有不同的密度，亦具有不同的比容。

参考文献:

[1] 扬叔子.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社.2006.