金属加工表面质量的影响因素及改进措施

1、金属加工表面质量的影响因素及改进措施摘要 机械加工表面质量，是指零件在机械加工后被 加工面的微观不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面质量直 接影响被加工件的物理、化学及力学性能。分析机械加工过 程中影响加工表面质量的各种工艺因素，改善表面质量、提 高产品使用性能具有重要的意义 关键词 粗糙度；机械加工工艺；金属切削1. 表面质量的含义 任何机械加工的表面，不可能是理想的光滑表面，总是 存在一定的微观几何形状误差。表面材料在加工时受切削 力、切削热的影响， 也会使原有的物理一机械性能发生变化 表面质量包括：(1) 加工表面粗糙度。是指加工表面的较小间距和微 小峰谷的微观几何形状误差。(2) 表面层

2、的物理机械性能变化。物理一机械性 能变化主要有以下三个方面的内容： 表面层的冷作硬化。在机械加工过程中，工件表面层 金属产生了强烈的塑性变化，使表层的强度和硬度都有所提 高，称表面冷作硬化。 表面层残余应力。在切削加工过程中，由于切削变形 和切削热的影响，在加工表面会产生残余应力，如果残余应 力超过材料的屈服强度，就会产生表面裂纹，表面的微观裂 纹将给零件带来严重的隐患。 表面层金相组织的变化。工件表面经磨削精加工时， 磨削产生的高温，会烧坏工作表面，使淬火钢件表面退火， 引起表层金属发生相变，将大大降低表面层的物理一机械性 能。2. 机械加工表面质量对机器使用性能的影响2.1 对耐磨性的影响

3、（1）表面粗糙度对零件表面磨损的影响。表面粗糙度 值愈小，其耐磨损性愈好。但表面粗糙度值太小，润滑油不 易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响。加工表面的冷作 硬化一般可使耐磨性提高。但过分的冷作硬化将引起金属组 织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下 降。2.2 对疲劳强度的影响 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏，往往发生在零件表面和表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度 影响很大。（1）表面粗糙度对疲劳强度的影响。在交变载荷作用 下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂 纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底

4、半径愈小， 抗疲劳破坏的能力就愈差。（2）残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响。表面层 残余拉应力，将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层 残余压应力，能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产 生：表面冷硬化一般伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹 产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。2.3 对耐蚀性的影响零件的耐蚀性，在很大程度上取决于表面粗糙度。表面 粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就 愈差；表面层的残余拉应力，会产生应力腐蚀开裂，降低零 件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。2.4 对配合质量的影响对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大， 破坏了

5、要求的配合性质：对于过盈配合，装配过程中一部分 表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低了配合件间的联接 强度。3 影响表面粗糙度的因素（1）切削加工影响表面粗糙度的因素。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 vR 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。（2）工件材料的性质。加工塑性材料时，由于刀具对 金属的挤压，产生了望性变形，加之刀具迫使切屑与工件分 离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。加工脆性材料时，其 切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻 点，使表面粗糙度增大。（3）磨削加工影响表面粗糙度的因素。 砂轮的粒度与硬度。

6、砂轮硬度应适当，应使磨粒钝后 会及时脱落，露出新的磨粒来继续切削，即具有良好的“自 砺性”。 砂轮的修整。 砂轮应及时修整， 以去除已钝化的磨粒， 保证砂轮具有微刃性和等高性。 磨削速度、径向进给量、光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量。减小磨削用量和提高砂轮速度，可以增加 工件单位面积上的刻痕数，同时可降低因塑性变形造成的表 面粗糙度。 切削液。切削液对加工过程起冷却和润滑作用，能降 低切削区的温度，减少刀刃与工件的摩擦。 工件材质。工件材料的硬度、塑性、韧性和导热性能等，对表面粗糙度有显着的影响。工件材料太硬时，磨粒易 钝化：太软时，砂轮易堵塞；韧性大和导热性能差的材料， 使磨粒早期崩落

7、，而破坏了微刃的等高性，因而均使表面粗 糙度增高。4.影响加工表面层物理机械性能的因素4.1 冷作硬化及其因素（1）金属的冷作硬化。在机械加工过程中，因切削力 作用产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切 滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层 金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化。（2）影响冷作硬化的主要因素。切削刃钝圆半径增大， 塑性变形加剧，导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大，塑性 变形增大，导致冷硬增强。切削速度增大，塑性变形扩展深 度减小，冷硬层深度减小。进给量增大，冷硬作用加强。工 件材料的塑性愈大，冷作硬化现象就愈严重。4.2 表面层材料金相组织的变化（

8、1）磨削烧伤。当被磨工件表面层的温度达到相变温 度以上时， 表层金属发生金相组织的变化， 使表 ?咏鹗羟慷群 陀捕冉档停 ?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。（2）表面层残余应力。在切削力作用下，表面层受拉 应力作用，产生伸长塑性变形，表面积趋向增大，里层处于 弹性变形状态下。当切削力去除后，里层金属趋向复原，但 受到表面层的限制，恢复不到原状，因而在表面层产生残余 压应力，里层则为拉应力与之相平衡。3）热塑性变形的影响。表面层在切削热的作用下产 生热膨胀，此时基体温度较低，因此表面层热膨胀受基体的 限制产生热压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形 范围时，就会产生热望性变形。当切削过程结束，温度下降 至与基体温度一致时，因为表面层已产生热望性变形，但受 到基体的限制产生了残余拉应力，里层则产生了压应力。（4）金相组织变化的影响。切削时产生的高温，会引 起表面层的相变。表面层体积膨胀时，因受到基体的限制， 产生了压应力。反之，表面层体积缩小，则产生拉应力。5.结束语机械