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機(jī)械加工中的質(zhì)量影響因素
1 機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響
1.1 表面質(zhì)量對耐磨性的影響
1.1.1 表面粗糙度對耐磨性的影響
一個(gè)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間,最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸,實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積,在相互接觸的峰部有非常大的單位應(yīng)力,使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞,引起嚴(yán)重磨損。
1.1.2 表面冷作硬化對耐磨性的影響
加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高,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,這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松,甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落,使耐磨性下降。
1.2 表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度的影響
金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面和表面冷硬層下面,因此零件的表面質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度影響很大。
1.2.1 表面粗糙度對疲勞強(qiáng)度的影響
在交變載荷作用下,表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中,產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大,表面的紋痕愈深,紋底半徑愈小,抗疲勞破壞底能力就愈差。
1.2.2 殘余應(yīng)力、冷作硬化對疲勞強(qiáng)度的影響
余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面層殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大,加速疲勞破壞;而表面層殘余應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展,延緩疲勞破壞的產(chǎn)生表面冷硬一般伴有殘余應(yīng)力的產(chǎn)生,可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展,對提高疲勞強(qiáng)度有利。
1.3 表面質(zhì)量對耐蝕性的影響
零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多�？刮g性就愈差。
1.4 表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響
表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量。對于間隙配合,粗糙度值大會(huì)使磨損加大,間隙增大,破壞了要求的配合性質(zhì)。對于過盈配合,裝配過程中一部分表面凸峰被擠平,實(shí)際過盈量減小,降低了配合件間的連接強(qiáng)度。
2 影響表面粗糙度的因素
2.1 切削加工影響表面粗糙度的因素
2.1.1 刀具幾何形狀的復(fù)映
刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),在加工表面留下了切削層殘留面積,其形狀時(shí)刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑,均可減小殘留面積的高度。
此外,適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度,合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成,也是減小表面粗糙度值的有效措施。
2.1.2 工件材料的性質(zhì)
加工塑性材料時(shí),由刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形,加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用,使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好,金屬的塑性變形愈大,加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時(shí),其切屑呈碎粒狀,由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn),使表面粗糙。
2.1.3 切削用量
2.2 磨削加工影響表面粗糙度的因素
正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣,磨削加工表面粗糙度的形成也時(shí)由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。
影響磨削表面粗糙的主要因素有:
砂輪的粒度;砂輪的硬度;砂輪的修整;磨削速度;磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù);工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量
冷卻潤滑液
3 影響加工表面層物理機(jī)械性能的因素
在切削加工中,工件由于受到切削力和切削熱的作用,使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化,最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)重,因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會(huì)很大。
3.1 表面層冷作硬化
3.1.1 冷作硬化及其評定參數(shù)
機(jī)械加工過程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形,使晶格扭曲、畸變,晶粒間產(chǎn)生剪切滑移,晶粒被拉長和纖維化,甚至破碎,這些都會(huì)使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高,這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。表面層金屬強(qiáng)化的結(jié)果,會(huì)增大金屬變形的阻力,減小金屬的塑性,金屬的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。
被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài),只有一種可能,金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化,這種現(xiàn)象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時(shí)間的長短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過程中同時(shí)受到力和熱的作用,因此,加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。
評定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng),即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N。
3.1.2 影響冷作硬化的主要因素
切削刃鈍圓半徑增大,對表層金屬的擠壓作用增強(qiáng),塑性變形加劇,導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。刀具后刀面磨損增大,后刀面與被加工表面的摩擦加劇,塑性變形增大,導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。
切削速度增大,刀具與工件的作用時(shí)間縮短,使塑性變形擴(kuò)展深度減小,冷硬層深度減小。切削速度增大后,切削熱在工件表面層上的作用時(shí)間也縮短樂,將使冷硬程度增加。進(jìn)給量增大,切削力也增大,表層金屬的塑性變形加劇,冷硬作用加強(qiáng)。
工件材料的塑性愈大,冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。
3.2 表面層材料金相組織變化
當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過相變溫度后,表層金屬的金相組織將會(huì)發(fā)生變化。
3.2.1 磨削燒傷
當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí),表層金屬發(fā)生金相組織的變化,使表層金屬強(qiáng)度和硬度降低,并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生,甚至出現(xiàn)微觀裂紋,這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時(shí),可能產(chǎn)生以下三種燒傷:
回火燒傷:如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度,但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度,工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織(索氏體或托氏體),這種燒傷稱為回火燒傷。
淬火燒傷:如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度,再加上冷卻液的急冷作用,表層金屬發(fā)生二次淬火,使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織,其硬度比原來的回火馬氏體的高,在它的下層,因冷卻較慢,出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織(索氏體或托氏體),這種燒傷稱為淬火燒傷。
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