机械加工表面质量的提升策略,机械工程论文

  近年来,机械制造行业在国民经济中所占比重不断加大,企业对于设备的要求也越来越高,且部分设备需要在高温、高压、高湿度的条件下运行,这样设备质量若不达标,尤其是设备零件表面存在缺陷,则极易出现设备失效问题[1-2].机械设备是由众多零部件装配而成,设备的失效也往往是由于个别零件的失效导致,尽管零件的失效是多种因素共同作用的结果,但其失效往往从表面开始,因为零件表面出现问题,则容易导致零件表面出现应力集中现象,导致零件工作性能下降,零件长期带病运行最终可能导致设备损坏。

因此,正确理解零件表面质量内涵,掌握零件表面质量的影响因素并采取合理的措施进行改善对于提高零件表面质量至关重要,对于提高机械设备性能和使用寿命也具有重要的意义。

  1.机械加工表面质量对设备的影响    1、表面质量对零件耐磨性影响:耐磨性是零件使用性能的重要指标,由于零件表面存在粗糙度,故零件表面质量与零件耐磨性息息相关,理论认为两零件接触时其实际接触面积要小于名义接触面积,且实际接触面积随着粗糙度的增大成降低趋势。 当两零件出现相对滑动摩擦时,两零件接触处会因接触压力的作用产生弹塑性变形,长时间作用后接触处会磨平,这样两零件之间的润滑系统会遭到破坏,加剧零件的表面磨损。

零件表面粗糙度过小的话,两零件接触处的润滑系统能力降低,接触处易出现分子胶合和咬焊现象,导致零件表面磨损加剧。

目前,零件表面多采用冷作硬化来提高其硬度和耐磨性,但硬化层若太厚则易导致零件表面层出现脆裂现象,造成表面组织剥落影响零件耐磨性,过薄又起不到预期作用。   2、表面质量对零件疲劳强度影响:零件表面质量对于零件抗疲劳能力影响较大,理论研究表明,零件表面疲劳裂纹极易在两零件非接触点处出现,且零件表面越不平整,零件的抗疲劳能力也越低。 零件表面残余应力对零件抗疲劳能力也息息相关,当残余应力表现为压应力时则会降低零件表面疲劳裂纹的产生率,提高零件的抗疲劳能力;当残余应力表现为拉应力时则会引起零件抗疲劳能力降低。

  3、表面质量对零件耐腐蚀性能影响:零件表面质量越差,其粗糙度相应越大,则在其表面容易积聚腐蚀性介质,不利于提高零件的耐腐蚀性。

  4、表面质量对零件间配合性质影响:零件的相配程度是由过盈量和间隙量来决定,若零件表面粗糙度大,则会造成零件配合间隙增大,有效过盈量降低,这样会大幅度的降低配合件的联接强度和稳定性,故对具有配合要求的零件应具备符合规定的表面粗糙度。

  5、表面质量对零件其他性能影响:对于存在间隙密封的阀门、液压缸等设备而言,降低其表面粗糙度可以有效提高其密封性能;对于滑动零件而言,降低表面粗糙度有利于降低其摩擦阻力,提高其运行性能,同时还可以降低热量产生,对于保护设备极为有利。   2.机械加工表面质量影响因素    1、加工过程对表面质量影响:零件在机械加工过程中会受到刀具参数、刃磨质量、切削液、工件材料、切削条件和零件表面层等多方面的影响。 如加工过程中存在的微观振动会使零件表面出现周期性振纹,增大零件表面粗糙度;主、副偏角、刀尖圆弧半径等刀具参数与零件表面粗糙度呈正比关系,可通过降低刀具的主、副偏角和刀尖圆弧半径来提高零件表面质量;切削液的使用可以降低零件在切削过程中的界面摩擦田红星河南神火集团新利达有限公司河南商丘476600程度,有利于降低零件表面粗糙度;工件材料的选择对于零件表面质量影响较大,当选择的材料塑性较好,则其表面粗糙度较大,若材料的韧性较好,则表面质量较好,故可通过合理选材来提高零件表面质量;切削用量、切削速度、冷却润滑情况等切削条件对于工件表面质量影响也较显着,对于粗加工可以相应降低切削速度,对于精加工可以相应增加切削速度,增加冷却润滑也可以相应提高零件表面质量;磨削加工对零件表面质量主要表现在砂轮的选择和磨削用量,砂轮磨粒越大,硬度越高越不利于提高零件表面质量,磨削用量增加会增大磨削温度和磨削力,不利于提高零件表面质量。   2、使用过程对表面质量影响:零件的使用会对表面质量变化造成一定的影响,其主要表现在零件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。 刚加工好的零件在接触初始阶段其实际接触面积小于名义接触面积,在使用过程中会在接触处产生弹塑变形,降低零件表面质量;零件的抗疲劳强度越小,在其使用过程中其表面粗糙度会逐渐增大,表面纹痕也越明显,不利于提高零件表面质量;零件表面耐腐蚀性越差,其表明越容易遭受腐蚀性介质侵蚀,造成零件表面凸凹不平,降低零件的表面质量。   3.提高机械加工表面质量措施    1、科学合理的机械加工工艺是确保工件表面质量达标的前提,其关键在于机械加工工艺流程简单、定位准确,要尽量使定位基准与设计基准相符。   2、合理选择切削参数是确保工件表面质量达标的关键,选择切削参数时要对刀具角度、切削速度、刀尖圆弧半径等具体参数有所确定,这样不仅可以有效避免积屑瘤的形成,还可以有效降低表面残留面积的高度,对于提高工件表面质量至关重要。   3、合理选择切削液可以降低工件与刀具的摩擦程度,这样不仅可以改善刀具的使用性能,还可以降低刀具在切削过程中的产热量和磨损量,对于提高工件表面质量有着积极意义。

  4、采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工,这些方法是通过在工件表面加压并做相对运动来降低工件表面粗糙度和提高加工精度,这些方法的应用不仅可以有效避免加工过程中的热损伤,同时还可以产生一定的残余压应力,有利于提高零件的使用性能。   5、在进行机械加工时还可以对工件进行适当热处理,这样可以细化工件晶粒,降低工件表面粗糙度。

考虑到工件表面层物理特性对零件使用性能和使用寿命影响较大,故可考虑增设化学处理、电镀等表面强化工序来提高零件表面质量。   4.结束语    由于机械加工表面对机器零件的使用性能如耐磨性、接触刚度、疲劳强度、配合性质、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响,因此对机器零件的重要表面应提出一定的表面质量要求。

由于影响表面质量的因素是多方面的,只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素,才能在生产实践中采取相应的工艺措施,减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题,从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。   参考文献    [1]余念娟。 机械加工表面质量及影响因素探析[J].装备制造技术,2009,(6):155-157.  [2]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):98-100.。

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