金属表面加工中的光洁度和表面粗糙度

 金属表面加工     |      2018-08-03 16:08

说到金属表面光洁度,其实更专业的说法应该指的是表面粗糙度。表面粗糙度在机械加工中用来衡量金属表面显性和微观方面是否平滑。表面粗糙度指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度  。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小(在1mm以下),它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小,则表面越光滑。

 

金属表面加工对工件的影响常常表现在以下几个方面:
1.工件疲劳强度: 
零件表面越粗糙,凹痕越深,波谷的曲率半径也越小,对应力集中越敏感。因此,零件表面粗糙度越大,其应力集中越敏感,其承受抗疲劳强就越低。在交变负荷的持续性作用下,金属很容易的发生疲劳破坏,而疲劳破坏的产生,一般都是从金属的冷作硬化层下和零件表面上开始的。
2.防腐蚀: 
零件的表面粗糙越大,即其波谷就越深。这样,灰尘、变质的润滑油、酸性的和碱性的腐蚀性物质就容易积存在这些凹谷处,并渗透到材料的里层,加剧零件的腐蚀。因此,降低表面粗糙度,可以增强零件的抗腐蚀性。表面光洁度对零件的腐蚀性能在很大程度上有决定性的作用。表面光洁度值越小,则抗腐蚀性能则越差。
  
3.硬度及耐磨性: 
表面光洁度值越大,其耐磨性也就越好。但是表面光洁度值如果太大,反而润滑油不易储存,接触面容易出现份子粘结,导致摩擦力的增加。表面粗糙度对零件磨损的影响,主要体现在峰顶与峰顶上,两个零件相互接触,实际上是部分峰顶的接触,接触处压强很高,能使材料产生塑形流动。表面越粗糙,磨损越严重。
 
4.工件之间配合强度:
两构件配合,无非两种形式,过盈配合和间隙配合。对于过盈配合,由于在装配时,表面的峰顶被挤平,致使过盈量减小,降低了构件的连接强度;对于间隙配合,随着峰顶不断被磨平,其间隙程度会变大。因此,表面粗糙度影响配合性质的稳定性。表面光洁度直接影响着零件间的连接强度,在间隙配合中,小的表面光洁度会严重影响配合零件的性能,导致增加磨损量、间隙随之变大。
 
 
提高金属表面光洁度,也就是让表面粗糙度达到需要的量级,不论是对工件的美观度还是工件的硬度等表面性质,都具有重要意义。常见的机械加工工艺在加工过程中常常因为种种原因造成金属表面光洁度不理想,达不到要求,那么如何提高金属表面光洁度呢?

提升表面光洁度的方法主要分为两大种:

1、增加相应的工艺
增加抛光、磨削、刮研、滚压等工序,不仅能提高光洁度还能提升精度;另外国内外都有的超声滚压技术结合金属塑性流动性,区别于传统滚压的冷作硬化,能提升粗糙度2-3个等级,还有改善材料综合性能特点。


豪克能镜面加工工艺,是目前先进的金属表面加工工艺。它利用电能转换、高频率、大能量的且振幅很小的机械能和热能(略高于室温)的复合能量对金属表面进行高频冲击。用普通刀具将工件尺寸加工到基本到位后,再用豪克能金属表面加工设备的豪克能刀具代替原普通刀具再加工一遍,即可使被加工工件表面光洁度提高3级以上(粗糙度Ra值轻松达到0.2以下);且工件的表面显微硬度提高20%以上;并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蚀性。

2、原有的工艺上改进
 
1、 合理选择切削速度。切削速度V 是影响表面粗糙度的一个重要因素。加工塑性材料,如中、低碳钢时,较低的切削速度易产生鳞刺,中速易形成积屑瘤,这会增大粗糙度。避开这个速度区域,表面粗糙度值会减小。所以不断地创造条件以提高切削速度,一直是提高工艺水平的重要方向。
 
2、合理选择进给量。进给量的大小直接影响工件的表面粗糙度,一般情况下,进给量越小,表面粗糙度就越小,工件表面越光洁。
 
3、 合理选择刀具几何参数。前角和后角。增大前角,能使材料被切削时挤压变形和摩擦减小,也使总切削抗力减小,利于排屑。当前角一定时,后角越大,切削刃钝圆半径越小,刀刃越锋利;此外,还能减小后刀面与已加工表面和过渡表面的摩擦和挤压,有利于减小表面粗糙度值。增大刀尖圆弧半径r,可使其表面粗糙度值减小;减少刀具的副偏角Kr,也可使其表面粗糙度值减小。
 
4、 选择合适的刀具材料。应选择导热性能好的刀具,以便及时传递切削热,降低切削区塑形变形。此外,刀具应具有良好的化学性能,防止刀具与被加工材料产生亲和作用,亲和力过大时,极易产生积屑瘤和鳞刺,造成表面粗糙度过大。如在其表层涂硬质合金或陶瓷材料,切削时时,刀面上形成氧化保护膜,它能降低与加工表面间的摩擦系数,故有利于提高表面光洁度。
 
5、改善工件材料的性能。材料的韧性决定着其塑性,韧性好其塑性变形的可能性就大,机械加工时,零件表面粗糙度就越大。
 
6、 选择合适的切削液。正确选用切削液能显著地减小表面粗糙度。切削液具有冷却、润滑、排屑与清洗作用。可以减小工件、刀具和切屑之间的摩擦,带走大量的切削热,降低切削区温度,及时排掉细小切屑。
 
衡量金属表面光洁度的一个重要指标就是表面质量,它是衡量机械加工零件加工质量的重要组成部分。机器故障的产生多数是单个零件或部件丧失其使用性能引起的,研究试验和生产实践表明,大部分的故障多是由零件表面磨损、疲劳破坏和腐蚀引起的。因此,正确吃透零
件表面质量的意义、了解影响金属表面加工的表面质量的各种工艺因素、合理改善表面质量,对机械加工提高金属表面光洁度有着重要的意义。