浅谈影响金属切削加工表面质量的因素及预防措施

浅谈影响金属切削加工表面质量的因素及预防措施

高维珊马玉青

高维珊马玉青（青岛市技师学院山东青岛266229）

摘要：在金属切削加工中，由于挤压、摩擦、切削热、震动和机床传动链误差等因素，会使加工表面产生的表面微观几何形状误差和表面物理力学性能的变化，虽然只发生在很薄的表面层，但长期的使用证明它们都会影响设备整体的使用性能。

关键词：机械性能表面粗糙度表面层

随着科学技术的飞速发展，机械装备的使用性能要求越来越高，一些重要零件在高压力、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着零件的工作性能，而且还可能造成安全隐患，甚至造成危及生命的安全事故，所以零件的加工表面质量非常重要，因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。本文以机床使用者的身份从以下几方面进行了阐述：

一、表面粗糙度对设备使用性能的影响

零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关。在这些条件已确定的情况下，零件的表面质量就起着决定性的作用。经初期磨损后，磨损缓慢均匀，进入正常磨损阶段。当磨损达到一定程度后，磨损又突然加剧，导致零件不能正常工作，称为急剧磨损阶段。在干摩擦或半干摩擦情况下，摩擦副表面的初期磨损与表面粗糙度有很大关系。摩擦副的原始粗糙度太大，开始时两表面仅仅是若开凸峰相接触，实际接触面积小于名义接触面积，接触部分的实际压强很大，破坏了润滑油膜，接触的凸峰处形成局部干摩擦，因而接触部分金属的挤裂、破碎、切断等作用都较强，磨损也就较大。表面粗糙度逐渐减小，实际接触面积增大，磨损也随之逐步减小，就进入正常磨损阶段。摩擦副的原始粗糙度过小，紧密接触的两金属表面分子间产生较大的亲和力，润滑油被挤去，造成润滑条件恶化，使表面容易咬焊，因而初期磨损也较大。摩擦表面的最佳粗糙度视不同材料和工作要件而异，一般大致在V0.8-V0.4左右。对于完全液体润滑，金属表面完全不接触，由一层油膜隔开，因此要求摩擦副表面粗糙度应不刺破油膜，粗糙度越小，允许的油膜越薄，承载能力越大，则表面粗糙度越小越有利。

二、影响表面粗糙度的因素及采取的预防措施

一是表层残留面积影响。其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量vf、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。此外，适当增大刀具的前角可以减小切削时的塑性变形程度。合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。

二是工件材质影响。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。

三是切削用量的影响。以较高的切削速度切削塑性材料，减小进给量，可以提高表面光洁度。

四是磨削质量的影响。磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙度的主要因素有：1.砂轮的粒度；2.砂轮的硬度；3.砂轮的修整；4.磨削速度；5.磨削径向进给量与光磨次数；6.工件圆周进给速度与轴向进给量；7.冷却润滑液。

三、表面层残余应力变化的影响及预防

产生残余应力的原因：1.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。2.切削加工中，切削区会有大量的切削热产生。3.不同金相组织具有不同的密度，亦具有不同的比容。如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。

预防措施：对于重要零件在锻造或铸造后必须进行时效处理，必要时还需进行退火处理，以防止残余应力的产生。粗加工后的零件不能马上精加工，需要放置一段时间后再进行精加工。

四、表面层冷作硬化的影响及预防

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(或称为强化)。表面层金属强化的结果，会增大金属变形的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质也会发生变化。被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化。评定冷作硬化的指标有3项，即表层金属的显微硬度HV、硬化层深度h和硬化程度N。

预防措施：切削刃刀尖圆弧减小，对表层金属的挤压作用减弱，塑性变形变小，可以使冷硬减弱；刀具后角增大，后刀面与被加工表面的摩擦减小，塑性变形减小，也可以使冷硬增强；进给量减小，切削力也减小，表层金属的塑性变形减小，冷硬作用减弱。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。

五、结论

由于机械加工表面对机器零件的使用性能如耐磨性、韧性、强度、接触刚度、疲劳强度、配合性质、耐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，因此应该综合考虑各方面的因素，对表面质量根据需要提出比较经济适用的要求。

参考文献

[1]张梦欣主编金属切削原理与刀具.中国劳动社会保障出版社出版发行，2011年7月。

[2]熊建武周进陈湘舜张克昌高速切削加工对刀具材料的要求及其合理选用[J].企业技术开发，2007年，12期。