機(jī)械設(shè)備零件的損壞,很大程度總是從零件表面開始的,研究機(jī)械加工表面質(zhì)量,其目的就是為了掌握機(jī)械加工中各個(gè)工藝對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律,以便利用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程,最終達(dá)到改善產(chǎn)品質(zhì)量,增強(qiáng)產(chǎn)品使用性能的目的。
機(jī)器零件的加工質(zhì)量不僅指加工精度,還包括加工表而質(zhì)量,它是零件加工后表而層狀態(tài)完整性的表征。機(jī)械加工后的表而,總存在一定的微觀幾何外形的偏差,表而層的物理力學(xué)性能也發(fā)生變化。因此,機(jī)械加工表而質(zhì)量包括加工表而的幾何特征和表而層物理力學(xué)性能兩個(gè)方而的內(nèi)容。
機(jī)械加工后零件表層的微觀幾何結(jié)構(gòu)及表層金屬材料性質(zhì)發(fā)生變化的情況。經(jīng)機(jī)械加工后的零件表而并非理想的光滑表而,它存在著不同程度的粗糙波紋、冷硬、裂紋等表而缺陷。固然只有極薄的一層,但對(duì)機(jī)器零件的使用性能有著極大的影響;零件的磨損、腐蝕和疲憊破壞都是從零件表而開始的,特別是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)使機(jī)器正朝著精密化、高速化、多功能方向發(fā)展,工作在高溫、高壓、高速、高應(yīng)力條件下的機(jī)械零件,表而層的任何缺陷都會(huì)加速零件的失效。因此,必須重視機(jī)械加工表而質(zhì)量。
(一)表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響;
零件的耐磨性與材料、潤(rùn)滑條件和零件的表而質(zhì)量等因素有關(guān)特別是在前兩個(gè)條件己確定的前提下,零件的表而質(zhì)量就起著決定性的作用。當(dāng)兩個(gè)零件的表而接觸時(shí),其表而凸峰頂部先接觸,因此實(shí)際接觸而積遠(yuǎn)小于理論上的接觸而積.表而愈粗糙,實(shí)際接觸而積就愈小,凸峰處單位而積壓力就會(huì)大,表而磨損就愈容易。即使在有潤(rùn)滑油的條件下,也會(huì)因接觸處壓強(qiáng)超過(guò)油膜張力的臨界值破壞了油膜的形成而加劇表而的磨損。由以上分析可知,表而粗糙度對(duì)零件表而的磨損影響很大。一般說(shuō)來(lái),表而粗糙度值越小,其耐磨性越好,但并不是表而粗糙度數(shù)值越小越耐磨。
(二)表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響
零件在交變載荷的作用下,其表而微觀不平的凹谷處和表而層的缺陷處容易引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋,造成零件的疲勞破壞。試驗(yàn)表明,減小零件表而粗糙度值可以使零件的疲勞強(qiáng)度有所提高。因此,對(duì)于一些承受交變載荷的重要零件如曲軸,其曲拐與軸頸交接處精加工后常進(jìn)行光整加工,以減小零件的表而粗糙度值提高其疲勞強(qiáng)度。加工硬化對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度影響也很大。表而層的適度硬化可以在零件表而形成一個(gè)硬化層,它能阻礙表而層疲勞裂紋的出現(xiàn),從而使零件疲勞強(qiáng)度提高。但零件表而層硬化程度過(guò)大,反而易于產(chǎn)生裂紋,故零件的硬化程度與硬化深度也應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)。表而層的殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度也有很大影響,當(dāng)表而層為殘余壓應(yīng)力時(shí),能延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展,提高零件的疲勞強(qiáng)度;當(dāng)表而層為殘余拉應(yīng)力時(shí),容易使零件表而產(chǎn)生裂紋而降低其疲勞強(qiáng)度。
(一)切削加工對(duì)表面粗糙度的影響
切削加工在加工表而留下了切削層殘留而積,其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量,主偏角,副偏角以及增大刀尖圓弧半徑,均可減小殘留而積的高度。此外,適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度,合理選擇潤(rùn)滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤,鱗刺的生成、也是減小表而粗糙度值的有效措施。
(二)切削用量的影響
實(shí)驗(yàn)證明,切削速度愈高,切削過(guò)程中切屑和加工表而的塑性變形程度就愈輕,從而表而粗糙度就愈低。另外,積屑瘤是在較低的速度下產(chǎn)生的,積屑瘤的有或無(wú),對(duì)表而粗糙度的影響較大,在切削用量的二個(gè)要素當(dāng)中,進(jìn)給量和切削速度對(duì)表而粗糙度的影響比較敏感,進(jìn)給量大,切屑變形也大,切屑與刀具前刀而的摩擦以及后刀而與己加工表而的摩擦加劇,從而增大工件表而粗糙度值。因此減小進(jìn)給量有利于減小表而粗糙度值。
(一)表面層的冷作硬化
切削刃鈍圓半徑的增大,對(duì)表層金屬的擠壓作用增強(qiáng),塑性變形加劇,導(dǎo)致冷硬增強(qiáng),刀具后刀刃磨損增大,后刀刃與被加工表而的摩擦加劇,塑性變形增大,導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削刃鈍圓半徑對(duì)加工硬化的影響切削速度增大,刀具與工件的作用時(shí)間縮短,使塑性變形擴(kuò)展深度減小,冷硬層深度變小。切削速度增大后,切削熱在工件表而上的作用時(shí)間也縮短了將使冷硬程度增加。進(jìn)給量增加,切削力也增大,表層金屬的塑性變形加劇,冷硬作用加強(qiáng)工件材料的塑性愈大,冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。
(二)表面層材料金相組織變化
當(dāng)切削熱使被加工表而的溫度超過(guò)相變溫度后,表層金屬的金相組織將會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)被磨工件表而層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)表層金屬發(fā)生金相組織的變化,使表層金屬?gòu)?qiáng)度和硬度降低,并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生,甚至出現(xiàn)微觀裂紋,這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。磨削熱是造成磨削燒傷的根源,故要改善磨削燒傷:一是正確選擇砂輪,合理理選擇切削用量,盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生;二是改善冷卻條件,盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。
由于機(jī)械加工表而對(duì)機(jī)器零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度、配合性質(zhì)、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響,因此對(duì)機(jī)器零件的重要表而應(yīng)提出一定的表而質(zhì)量要求。由于影響表而質(zhì)量的因素是多方而的,因此應(yīng)該綜合考慮各方而的因素,對(duì)表而質(zhì)量根據(jù)需要提出比較經(jīng)濟(jì)適用性的要求。