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机械加工表面质量的影响要素及控制的策略

分类:机械制造论文   更新:2016/11/14   来源:网络

  机械零件的加工质量,除加工精度外,表面质量也是极其重要的一个方面。加工表面质量,是指机器零件在加工后的表面层状态.一台机器在正常的使用过程中,由于其零件的工作性能逐渐变坏,以致不能继续使用,有时甚至会突然损坏,其原因除少数是因为设计不周而强度不够,或偶然事故引起了超负荷以外,大多数是由于磨损或受到外界介质的腐蚀以及疲劳损坏。磨损、腐蚀和疲劳损坏,都是发生在零件的表面,或是从零件表面开始的。因此,加工表面质量将直接影响到零件的工作性能,尤其是它的可靠性和寿命.随着工业技术的飞速发展,对机器使用的要求越来越高,一些重要零件在高压、高速、高温等高要求条件下工作,表面层的任何缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且还可能引起应力集中和应力腐蚀等现象,将进一步加速零件的失效.这一切,都与加工表面质量有很大关系,因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。

  1、表面质量的含义

  任何机械加工所得的表面,实际上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.另外,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-机械性能发生变化。因此,加工表面质量应包括:

  (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。它主要是由于切削加工过程中的刀痕、切削分离时的塑性变形、刀具与被加工表面的摩擦、工艺系统的高频振动等原因造成的。

  (2)表面层的物理---机械性能变化。表面层的材料在加工时,物理-机械性能变化主要有以下三个方面的内容:

  1)表面层的冷作硬化。工件在机械加工过程中,表面层金属产生强烈的塑性变化,使表层的强度和硬度都有所提高,这种现象称表面冷作硬化.

  2)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。

  3)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,一般可达800~1000 ℃,高的磨削温度会烧坏工作表面,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-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

  一个刚加工好的两个接触表面之间,最初阶段只在表面粗糙的峰部接触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的峰部有非常大的单位应力,使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏,引起严重磨损。零件磨损一般可分为三个阶段:初期磨损阶段;正常磨损阶段;剧烈磨损阶段。

  (1)表面粗糙度对零件表面磨损的影响。一般来说,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。因此,接触面的粗糙度有一个最佳值,其值与零件的工作情况有关,工作载荷加大时,初期磨损量增大,表面粗糙度最佳值也加大。

  (2)表面冷作硬化对耐磨性的影响。加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高,故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高,耐磨性就愈高,这是因为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

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