試樣加工質(zhì)量對金屬性能的影響及改進(jìn)

王峰+房永強(qiáng)

摘 要：金屬材料物理性能分析檢測以及機(jī)械零部件的損壞都與表面質(zhì)量和精度有著很大的影響。為此，分析其問題所在才能提高機(jī)械加工的效率，才能充分研究被檢測材料的真實(shí)性能。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;表面質(zhì)量;改進(jìn)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.007

在機(jī)械加工過程中，金屬材料的組織發(fā)生變化造成疲勞、彎曲等嚴(yán)重的損失，在日常工作中，機(jī)器出現(xiàn)故障等都是部分零部件出現(xiàn)問題所導(dǎo)致的。諸如此類問題，大多與機(jī)械加工中表面以及精度有密切的關(guān)系，故此我們在對材料檢測加工過程中，首先要從加工表面開始，使表面達(dá)到規(guī)定的范圍嚴(yán)把精度，從而分析檢測出材料的真實(shí)性能，有效提高使用率。

1 零件加工誤差產(chǎn)生的幾個(gè)方面

1.1 機(jī)床幾何誤差

主軸在工作時(shí)容易產(chǎn)生回轉(zhuǎn)誤差。回轉(zhuǎn)誤差的產(chǎn)生對加工工件的位置精度、形狀有著很大的影響，同時(shí)出現(xiàn)徑向和軸向跳動(dòng)以及角度擺動(dòng)等諸多問題。加工不同的表面時(shí)易出現(xiàn)有誤差的敏感方向，通過主軸的徑向跳動(dòng)所引起的加工誤差也不盡相同。

1.2 刀具的磨損以及幾何誤差

刀具的磨損會(huì)直接影響到刀具相對被加工表面的位置，造成相應(yīng)的尺寸誤差，實(shí)際加工過程中我們通過選用理想的刀具材料可有效合理地減少刀具的尺寸磨損，當(dāng)然通過調(diào)整加工時(shí)的幾何參數(shù)，調(diào)整刀具的切削用量甚至選擇適宜的冷卻液等都能最大程度地減少刀具的尺寸磨損。需要指出的是，刀具的種類決定著幾何誤差對加工精度的影響，采用成形刀具或者定尺寸刀具加工零件時(shí)，刀具的制造誤差會(huì)直接影響樣品的加工精度且制造誤差對加工精度并無直接影響。

1.3 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)在試樣加工的過程中不可避免的產(chǎn)生一定的熱變形。因?yàn)楣に囅到y(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)上所選用的材料及結(jié)構(gòu)都不一樣，加之工藝系統(tǒng)熱源分布的不均勻性，使得在工藝系統(tǒng)的每個(gè)部分及環(huán)節(jié)產(chǎn)生了不一樣的變形，這也導(dǎo)致工件位置的準(zhǔn)確性及其運(yùn)動(dòng)關(guān)系產(chǎn)生破壞。我們分析了產(chǎn)生加工誤差的原因，發(fā)現(xiàn)在精密加工過程中因熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的三到六成。因此，我們必須要依據(jù)所檢測試樣的材料性能去正確合理地采用冷卻液，進(jìn)而最大限度地減少由于工藝系統(tǒng)受熱變形所引起的誤差。

1.4 定位誤差

我們通過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)來確定零件圖上某一表面的尺寸及其位置。通過工序基準(zhǔn)在序圖上確定本工序被加工表面加工后的尺寸及其位置。在機(jī)床上加工工件時(shí)，必須選擇并確定加工時(shí)的定位基準(zhǔn)，如果出現(xiàn)所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不符的情況，即會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合的誤差。

實(shí)際上我們絕不能按基本尺寸去準(zhǔn)確制造安裝到夾具上的定位元件，工件的實(shí)際位置尺寸都允許在各自的公差范圍內(nèi)變動(dòng)，即產(chǎn)生定位副制造不準(zhǔn)確誤差。

1.5 測量誤差

影響測量精度的主要因素就是工件在加工時(shí)測量或加工后測量時(shí)測量方法、量具精度等的影響。

2 表面質(zhì)量對物理性能的影響

2.1 表面粗糙度的影響

刀具在作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)勢必在加工工件表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。減小殘留面積的高度可通過減小進(jìn)給量、主副偏角以及增大刀尖圓弧半徑來實(shí)現(xiàn)。我們通過適當(dāng)增大刀具的前角、選擇理想的潤滑液以及提高刀具刃磨質(zhì)量也可以減小表面粗糙度的值。

2.2 被檢測樣品不同材料的影響

我們所檢測的材料包含各種材質(zhì)，塑性大的材料在加工時(shí)刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性形變，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用君增大了表面粗糙度。待加工材料的韌性越好其所產(chǎn)生的塑性變形越大，加工的表面就越粗糙，在加工脆性材料時(shí)，它的切屑以碎粒狀形式出現(xiàn)，由于切屑的崩碎在加工表面殘留許多麻點(diǎn)，增大了表面粗糙度。

2.3 磨削加工對表面粗糙度的影響

幾何因素和表面金屬產(chǎn)生的塑性變形同樣影響著磨削加工表面粗糙度的形成。砂輪的硬度和粒度、砂輪的修整、磨削的速度、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、冷卻潤滑液等都是影響磨削表面粗糙的主要因素，它們都使磨削加工表面粗糙度發(fā)生改變。

2.4 表面層冷作硬化的影響

檢測加工過程中的作用力容易使試樣產(chǎn)生塑性變形，較為常見的就是試樣表面的扭曲變形，產(chǎn)生此現(xiàn)象的根源是晶粒之間的力過大。晶粒被拉長出現(xiàn)纖維狀組織甚至破碎，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，使得試樣表層的硬度產(chǎn)生很大變化。加工硬化現(xiàn)象的出現(xiàn)，導(dǎo)致金屬的表面質(zhì)量也產(chǎn)生很大影響。加工硬化現(xiàn)象的出現(xiàn)，導(dǎo)致金屬的變形抗力產(chǎn)生變化，導(dǎo)致金屬的物理性能產(chǎn)生變化。此作用力也使得其穩(wěn)定狀態(tài)隨之發(fā)生變化，這個(gè)相互作用的過程，即所謂的“金屬的弱化”。由上可以看到加工硬化現(xiàn)象對工件表面質(zhì)量所產(chǎn)生的特別大的危害，并且，此種危害極不易控制。

2.5 試樣表面材料的金相組織的影響

如果工件表面在切割加工時(shí)所產(chǎn)生的溫度高于材料發(fā)生相變的溫度，就會(huì)在工件表面產(chǎn)生相變進(jìn)而使工件表面金屬的組織發(fā)生改變。由于組織的改變使得金屬的性能發(fā)生大的變化，其中材料的硬度與強(qiáng)度降低，并且出現(xiàn)了殘余應(yīng)力，甚至?xí)霈F(xiàn)細(xì)微的裂縫，即“磨削燒傷”。主要有磨削燒傷、退火燒傷、回火燒傷以及淬火燒傷等。

2.6 殘余應(yīng)力對工件質(zhì)量的影響

工件在加工過程中受到切削力的作用下使表層金屬產(chǎn)生塑性變形，此變形增加了工件表面金屬材料的比容，從而表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。由于金屬的不同，不同密度的金相組織也會(huì)出現(xiàn)，從而金屬的比容也會(huì)不同，相接觸的基體金屬會(huì)阻礙不同比容的金屬，也會(huì)表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。同時(shí)由于工件在切削加工過程中被切削的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生大量的熱，殘余應(yīng)力就隨之產(chǎn)生了。

3 改進(jìn)措施

3.1 控制好加工技術(shù)endprint

通過合理的控制機(jī)械加工的加工技術(shù)，從而減少加工過程中不必要的消耗，減少在制造中最佳粗糙度值與現(xiàn)實(shí)粗糙度值的差距。

3.2 控制磨削工具及其切削技術(shù)

（下轉(zhuǎn)第19頁）

（上接第7頁）

選擇合理的磨削工具是保證零件表面粗糙度的關(guān)鍵要素，最理想的刀具應(yīng)具備較小的副偏角、精車刀、較大的刀尖圓弧半徑及合適的修光刃等必要條件，在加工中所選擇的刀具越理想，刀具與零件之間的適應(yīng)性就越強(qiáng)。

加強(qiáng)切削過程中鋼材料的控制，由于鋼材料具有較強(qiáng)的塑性，當(dāng)切削速度達(dá)到一定程度時(shí)，可通過高速切削達(dá)到控制“積削瘤”的目的。

3.3 合理選材

選擇合適材質(zhì)的刀具以滿足正常工作的需要，一般情況下，最為常用的就是高速鋼制刀具，若工作對表面粗糙度的要求更高，用硬質(zhì)合金刀具則較為理想。

3.4 要盡可能減少甚至消除工件表面殘余應(yīng)力

造成表面殘余應(yīng)力的原因很多，通常降低表面殘余應(yīng)力的辦法就是減少塑性變形及降低切削溫度。通過選用合理的切削冷卻液來降低工件表面的粗糙度是最為常用的方式。具體為：鋼制工件通常用硫化油或豆油，鑄鐵工件通常用煤油。

3.5 改善加工精度

可通過誤差平均法、誤差補(bǔ)償法等方式來保證和提高產(chǎn)品的加工精度。所謂的誤差補(bǔ)償法就是人為地造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中的原始誤差。當(dāng)原始誤差是正值時(shí)人為的誤差就取負(fù)值，并盡量使兩者相等，也可以利用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差，也盡可能使兩者大小相等，方向相反。通過這種方法減少加工誤差，提高加工精度。

在加工過程中，毛坯以及上道工序不可避免的會(huì)或多或少的產(chǎn)生一些誤差，進(jìn)而造成本工序的加工誤差。加工過程中工件材料的性能及上道工序的工藝不可能一直不會(huì)變化，恰恰就是二者所產(chǎn)生的的變化使得原始誤差產(chǎn)生一定變化，此種變化對本工序產(chǎn)生誤差復(fù)映，也會(huì)擴(kuò)大定位誤差的影響，從而引起本工序誤差。我們可采用分組調(diào)整均分誤差的辦法，縮小范圍，分別處理，分組控制定位誤差。

3.6 我們要綜合運(yùn)用加工技術(shù)

把試樣加工和計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來。較常使用的兩大加工技術(shù)，主要分為：精密和光整加工。

4 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代工業(yè)與科技的不斷進(jìn)步，新型材料不斷出現(xiàn)，這就對機(jī)械加工的表面和精度有了更高的要求，我們應(yīng)該對表面及精度、誤差進(jìn)行詳細(xì)分析，通過機(jī)械試樣加工質(zhì)量和效率的提高，為我國該行業(yè)更好的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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