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    机械加工表面质量影响因素及对策分析.pdf

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    机械加工表面质量影响因素及对策分析.pdf

    机 电信息 2011 年第 21 期总第 303 期随着现代科学技术的不断进步,对机械质量的要求也越来越高 。为了严把质量关,对机械每一个组装的部位都要经过严格的质量审核,避免一切可能影响机械的因素发生 。随着机械越来越精密,为了保证其能够正常的运转,延长其使用寿命,就需要严格控制表面质量 。掌握好表面质量的影响规律,才是提高其使用性能和质量的首要条件 。1 机械加工后零件表面质量要求( 1)加工后的零件表面的尺寸公差必须符合零件的规定 。( 2)零件表面各个部位的形状及位置应当符合零件的规定(垂直度 、平行度等) 。( 3)零件的表面硬度必须符合其硬度测定的标准 。( 4)测量 Ra 值,要求表面的粗糙度达到规范要求 。2 机械加工表面质量主要存在的影响2.1 表面质量会影响到耐磨性零件加工表面的磨损主要包括初期 、正常以及剧烈 3 个阶段的磨损 。零件加工表面的粗糙度很大程度上影响到了其表面的磨损 。一般来说,零件表面的粗糙度越小,磨损也就越小 。如果表面的粗糙度太小,不适合润滑剂的储存,反而会引起磨损的增加 。因此,其粗糙度需要一个最佳值 。如果是干摩擦或者半干摩擦时,摩擦副表面的初期磨损就和表面的粗糙度有关系 。而副表面有一个最佳的粗糙度,如果超过最佳值,就会使初期磨损增大 。如果其原始粗糙度过大,两零件的表面就只有凸峰有连接,但是实际接触面却较小,很容易破坏润滑油膜 。凸峰局部形成干摩擦,导致磨损较大,使得部分金属出现较强的破碎 、切断等作用 。随着走合期过程进行,零件表面的粗糙度逐渐减小,实际接触面积增大,使得磨损也随之逐步减小,从而进入了正常磨损阶段 。如果摩擦副原始粗糙度过小,导致紧密接触连接的两个金属表面的分子之间出现较大亲和力,而亲和力过大导致润滑油被挤去,造成润滑条件恶化,而零件表面也容易出现咬焊,所以初期磨损也较大 。2.2 表面质量对疲劳强度的影响金属零件在受到交变载荷作用过后,会在零件的表面和冷硬层的下方产生疲劳破坏 。所以一个零件表面的粗糙度直接影响到疲劳强度,其加工表面的抗疲劳破坏的能力低下是由于表面的粗糙度变大而引起的 。2.3 表面质量会影响到耐蚀性零件表面的耐腐蚀性一般取决于零件表面的粗糙度,粗糙度越大,抗腐蚀能力越差 。2.4 表面质量对配合质量的影响表面的配合质量在一定程度上也受制于表面粗糙度的大小 。在间隙配合中,粗糙度越大,磨损就越大,间隙就会增加,导致配合的要求受到破坏 。但是,如果零件过于盈合,会将零件的表面凸峰挤压得相对过平,也会降低零件表面的实际盈量,导致降低与之配合工件间的连接强度 。3 影响机械加工表面质量的因素3.1 切削加工3.1.1 工件材料的性质影响零件表面粗糙度加大其中的一个原因是由于在用刀具加工塑性材料中,会发生塑性变形,再加上刀具在加工过程中会对零件有撕裂作用 。一般工件的韧性越好,其塑性的变形越大,加工的表面也就越粗糙 。如果工件是脆性材料,切削后的切屑成碎粒状 。在切削之后,零件的加工表面上会出现很多导致其粗糙度增大的麻点 。机械加工表面质量影响因素及对策分析艾勇军(贵州双阳飞机制造厂,贵州 安顺 561018)摘 要机械零件表面层的质量决定了零件的可靠性与耐久度 。现概述了机械加工后零件表面的质量要求,对影响机械加工表面质量的因素进行了分析,并从 5 个方面探讨了提高机械加工表面质量的对策措施 。关键词机械;表面加工;质量;对策1)调整试验回路中各带电点的对地距离; 2)减少高压引线与大气直接接触的面积; 3) 将与试品连接处用绝缘罩罩住使之与四周隔离; 4)将非加压端的各相线头分别用绝缘物罩住 。( 3)试品周围环境 。解决目标测试结果不受周围环境影响 。措施 1)清理试品附近杂物; 2)尽量将连接的其他设备拆离并视情况用绝缘隔板加以遮蔽 。( 4)试品表面有水分 。解决目标测试结果不受试品表面水分影响 。措施 1)将试品表面擦拭洁净; 2)测试线悬空; 3)试品上加屏蔽环; 4)必要时可用热风吹干或用防水膜绝缘材料涂于瓷套表面 。4 现场验证及数据分析有了潮湿天气绝缘试验的解决措施,就可在实际工作中进行验证和数据检测 。验证一对变压器进行绝缘电阻试验 。在湿度较大的天气下对变压器进行绝缘电阻试验时,通过对相应套管表面擦拭洁净 、套管上加屏蔽环 、摇表火线悬空 、摇表火线绝缘表面擦拭干净等一系列操作,使试验数据达到正常环境下的 5 100 MΩ 标准 。验证二对电力电缆进行泄漏试验 。在湿度较大的天气下对10 kV 电力电缆进行泄漏测试时,首先让试验品放电,并将试验品表面擦拭洁净,试验品绝缘层加以屏蔽;然后将试验装置高压引入线直接接到试验品上,把微安表装于高压侧,测试高压线与屏蔽线应保持足够的安全距离,用绝缘罩将试品连接处罩住,使得试验数据达到正常环境下的 19 μA 标准 。根据数据显示,通过一定的改进措施手段,能够有效控制在大气相对湿度较大的情况下试验数据失真的问题 。5 结语由于电气试验工作受各方面因素影响较多,判断也较为复杂,以上是笔者通过多年电气试验工作总结分析得出的一些体会,仅供参考 。收稿日期 2011- 06- 03作者简介王涛( 1981),男,山西人,助理工程师,研究方向电力系统及其自动化 。Zonghe Yanjiu◆综合研究1953.1.2 切削用量的影响提高对塑性材料加工时的速度,减少切削的进给量,能够提高加工表面的光整度,反之亦然 。3.1.3 磨削加工中对表面粗糙度的影响在零件表面加工的时候,加工表面金属的几何因素和金属的塑性变形直接影响到了零件磨削加工表面的粗糙程度 。其中对其影响最主要的是砂轮本身的粒度与硬度 、磨削的修整速度 、零件表面加工的进给量以及零件表面加工的进给速度 。3.1.4 加工表面层物理机械性能的影响因素在切削的力与热的作用下,零件加工表面在切削时,其金属的物理机械性能会产生一定程度的变化,其中包括有发生变化的金相组织以及产生的残余应力 。3.2 表面层冷作硬化3.2.1 评定参数由于切削的作用,在表面加工的工序过程中,会出现导致晶格发生扭曲 、畸变的塑性变形产生 。晶粒与晶粒之间由于剪切滑移,会出现其被拉长 、纤维化的情况,甚至是晶粒出现破碎,从而使表面金属的强度与硬度增高,这一现象即为冷作硬化 。强化之后的表面金属层,其变形的阻力会逐渐增加,但是塑性会减小,而表层的金属状态逐渐趋于稳定,这种现象即为弱化 。而金属弱化作用的大小主要是通过温度高低 、温度持续的时间 、强化来控制的 。在表面金属加工受到热和力的过程中,金属表层的最后性质主要取决于强化 、弱化的综合结果 。金属显微的硬度(即金属显微硬度的测量) 、硬化层的实际深度 、程度是对冷作硬化作评定的依据 。3.2.2 冷作硬化的影响因素在切削刃钝圆的半径增大时,冷作硬化强度与加工表层金属的挤压力成正比,与塑性的变形也成正比;冷硬层深度则是与切削的速度成反比,与刀具和工件表面相互作用的时间成正比,与塑性变形的扩展深度成正比 。冷硬程度与切削的速度成正比,与切削热在零件加工表面的实际作用时间成反比;冷硬作用的强弱和进给量成正比,当切削力增大,其表面金属的塑性变形也会加快加剧 。3.3 金相组织材料在表面层变化3.3.1 磨削烧伤在零件的加工表面层的打磨温度高于预期的相变温度的时候,表层的金属强度和硬度都会降低,金相组织材料出现了变化,并伴随着一定的残余力出现,当达到一定程度,或者超过时,就容易出现微观裂纹,而这一现象即为磨削烧伤 。而磨削淬火钢的时间,主要有回火 、淬火 、退火 3 种烧伤形式 。3.3.2 磨削烧伤的路径改善磨削热是导致磨削烧伤的根源,要改善磨削烧伤需做到在允许的条件下,尽量降低切削热的产生;改善加工表面的冷却条件,尽量避免较多的热量传入工件中 。在使用砂轮时,改善冷却条件的前提是合理的切削用量 。3.4 表面层残余应力3.4.1 零件加工表面残余应力产生的原因( 1)在零件进行切削时,金属体积的膨胀主要是由于表面金属的比容增大 。而比容与只产生在表层金属中的塑性变形有一定的关系,发生塑性变形,其比容就会增加,表面比容增大的金属层就会受到相连的内金属层的阻碍,因而加工表层中的金属层会产生残余应力,内层则会产生残余拉应力 。( 2)在切削加工的区域会有大量的切削热产生 。( 3)不同金相组织的密度 、比容也不一样,如果加工表面层金属发生了金相组织变化,那就会受到相连金属的阻碍,因此就会产生残余应力 。3.4.2 表层加工的最终工序方法选择选择最终工序的加工方法是至关重要的,最终工序的选择会直接导致残余应力对加工零件的影响 。在选择加工方法时,主要是考虑在零件加工表面中的一些具体工作条件以及有可能破坏表面加工的具体形式 。在交变载荷的作用下,零件的一部分加工表面会出现微观裂纹,而拉应力会导致原本的裂纹扩大,致使零件彻底断裂 。从零件抗疲劳破坏的角度入手,所以在最终工序选择上,应考虑在加工表面产生残余压应力的方法 。4 提高加工表面质量的措施4.1 刀具选择零件加工前,对刀具的选择也有一定的讲究 。应选择较大的刀尖圆弧半径 、较小的副偏角或合适的修光刃等刀具,对减少加工表面的粗糙度有较大的作用 。4.2 工件材料影响加工表面工件材料性质的主要因素是材料的塑性以及金相组织 。例如塑性较大的低碳钢 、低合金材料,需要经过正火处理,在切削之后就能得到较小的粗糙度 。所以,使用的零件材料应具备适宜的金相组织(其中包括状态 、晶粒度等) 。4.3 切削条件高速的切削能够有效地控制出现积屑瘤,配合高效切削液,对加工的实际进给量做好控制,能更好地增加表面工艺的刚度,保证机床的动态稳定性能够得到提高,从而获得加工后较好的表面质量 。4.4 加工方法加工方法的选择,主要是选择精密度较高的加工方法 。在选择时,应考虑零件加工时的速度问题,尽量采用径向较小的进给量以及较大的砂轮转速(砂轮应选择细粒度较高的) 。为了达到较好的磨削效果,在使用砂轮进行表面修整时,尽量保持较高的砂轮磨粒性 。低粗糙度表面也需要适宜的磨削液 。4.5 残余应力在选择刀具的几何形状的时候,采用较大的前角和后角,并在刃磨时让切削刃刃口的半径尽量减小;使用时,应将磨损的宽度限制在一个允许的范围内;而切削的用量,则选择高转速和小进给的方式;加工表面层时,好的切削液能够有效地控制其表面层变形强化 。当零件的加工表面有残余应力存在时,会明显降低其疲劳强度,尤其是影响较为突出,应力相对集中或者在具有腐蚀性介质里工作的零件 。所以在零件加工表面层时,应尽量避免残余应力的产生 。但是由于引起残余应力的因素较多,因而能够降低金属塑性变形和降低切削时温度的因素都基本有效 。5 结语综上所述,机械加工表面对零件的性能如耐磨性 、接触刚度 、抗腐蚀性以及精度都有着较大的影响 。所以,笔者认为对于机械表面加工应当提出表面质量要求,由于其影响因素较多,所以应从机械表面加工质量的多方面因素入手,探讨最经济适用的质量依据 。[参考文献][1]陈彦华.机械加工表面质量的影响因素 [ J].中国新技术新产品,2009(24)[2]郑玉皎.机械加工表面质量的影响因素及其对策 [ J].中国科技博览,2009(21)[3]寇元哲.影响机械加工表面质量的因素分析 [ J].甘肃科技,2007(7)收稿日期 2011- 06- 16作者简介艾勇军( 1982),男,湖南永州人,助理工程师,主要从事飞机制造和飞机质量监督工作 。综合研究 ◆Zonghe Yanjiu196

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