机器由机械零件装配而成,机器的失效是个别零件的失效造成的,其根本原因是零件丧失了其应具备的使用性能。因此,正确地理解零件表面质量内涵,分析机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。
　　一、影响机械加工表面质量的因素
　　1.耐磨性对表面质量的影响
　　一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间,最初阶段在表面粗糙的峰部触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的部位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。
　　2.疲劳强度对表面质量的影响
　　在交变载荷作用,表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中,产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大,表面的纹痕愈深,纹底半径愈,抗疲劳破坏的能力就愈差。
　　3.残余应力对零件疲劳强度的影响很大
　　表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大,加速疲劳破坏;而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展,延缓疲劳破坏的产生。
　　4.耐蚀性对表面质量的影响
　　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,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。
　　二、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
　　(1)刀具几何形状的反映。刀具相对于工件作进给运动时,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反映。
　　(2)工件材料的性质。加工塑性材料时,由刀具对金属的挤压产生了塑性变形,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。
　　(3)切削用量。加工脆性材料时,切削速度对于粗糙度影响不大;加工塑性材料时,积屑瘤对粗糙度影响很大。车削加工时,不宜形成挤裂或单元切屑。车削加工时,如果形成挤裂切屑,在加工表面上会留下挤裂痕迹,加工表面粗糙度值大,切削力波动也大。如果形成单元切屑,则表明在切屑剪切面上的应力超过了材料的强度极限。裂纹贯穿了整个切屑厚度,形成了一个个梯形单元切屑。切削力的波动更大,加工表面的粗糙度值也更大。
　　2.磨削加工影响表面粗糙度的因素
　　影响磨削表面粗糙的主要因素包括:砂轮的粒度、砂轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、磨削径向、进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量、冷却润滑液等。由于高速、微小、反复切削的结果,在磨削区域产生极高的温度。被磨削表面的极表层会因高温而产生许多不良的影响,最常见的是经磨削的表层金相组织发生变化,产生残余应力,更严重的是产生磨削烧伤或裂纹等。
　　三、影响加工表面层物理机械性能的因素
　　1.表面层冷作硬化
　　切削刃钝圆半径增大,对表层金属的挤压作用增强,塑性变形加剧,导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大,后刀面与被加工表面的摩擦加剧,塑性变形增大,导致冷硬增强。切削速度增大,刀具与工件的作用时间缩短,使塑性变形扩展深度减小,冷硬层深度减小。切削速度增大后,切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了,将使冷硬程度增加。进给量增大,切削力也增大,表层金属的塑性变形加剧,冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严重。
　　2.表面層材料金相组织变化
　　当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后,表层金属的金相组织将会发生变化。
　　(1)磨削烧伤。当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时,表层金属发生金相组织的变化,使表层金属强度和硬度降低,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)改善磨削烧伤的途径。磨削热是造成磨削烧伤的根源,故改善磨削烧伤有两个途径:一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件,尽量使产生的热量少传入工件。正确选择砂轮,合理选择切削用量,改善冷却条件。
　　3.表面层残余应力。
　　(1)产生残余应力的原因。切削时,在加工表面金属层内有塑性变形发生,使表面金属的比容加大;切削加工中,切削区会有大量的切削热产生;不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容的变化,必然要受到与相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。
　　(2)工件主要工作表面最终工序加工方法的选择。选择零件主要工作表面最终工序加工方法,须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的损坏形式。在交变载荷作用下,机器零件表面上的局部微观裂纹,会因拉应力的作用使原生裂纹扩大,最后导致零件断裂。
　　(作者单位:山东省莱芜市高级技工学校)