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关于表面粗糙度提高途径的探讨

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-12  浏览次数:205

  摘要:本文详细地介绍了在日常的机械工业生产中,如何提高表面粗糙度的一些方法。
  关键词:表面粗糙度;提高措施;工件

  

  表面粗糙度是零件表面所具有的微小峰谷的不平程度。一般说来,它的波距和波高都比较小,是一种微观的几何形状误差。对机械加工表面,表面粗糙度是由切削时的刀痕,刀具和加工表面之间的摩擦,切削时的塑性变形,以及工艺系统中的高频振动等原因所造成的。表面粗糙度是检验零件质量的主要依据,它的选择直接关系到生产成本、产品的质量、使用寿命。

  一、减小切削加工表面粗糙度的措施

  (1)刀具方面:在工艺系统刚度足够时,采用较大的刀尖圆弧半径re,较小副偏角k'r,使用长度比进给量稍大一些的k'r=0的修光刃;采用较大的前角r。加工塑性的材料,提高刀具的刃磨质量,减小刀具前、后刀面的粗糙度数值,使其不大于Ra1.25μm;选用与工件亲和力小的刀具材料;对刀具进行氧、氮化处理;限制副刀刃上的磨损量;选用细颗粒的硬质合金做刀具等。

   (2)工件方面:应有适宜的金相组织(低碳钢、低合金钢中应有铁素体加低碳马氏体、索氏体或片状珠光体,高碳钢、高合金钢中应有粒状珠光体);加工中碳钢及中碳合金钢时若采用较高切削速度,应为粒状珠光体;若采用较低切削速度,应为片状珠光体组织。合金元素中碳化物的分布要细匀;易切钢中应含有硫铅等元素;对工件进行调质处理,提高硬度,降低塑性;减小铸铁中石墨的颗粒尺寸等。

   (3)切削条件方面:以较高的切削速度切削塑性材料;减小进给量;采用高效切削液;提高机床的运动精度,增强工艺系统刚度;采用超声波振动切削加工等。

  二、减小磨削加工表面粗糙度参数值的措施

  (1)砂轮特性方面:采用细粒度砂轮;提高磨粒切削刃的等高性;根据工件材料、磨料等选择适宜的砂轮硬度;选择与工件材料亲和力小的磨料;采用适宜的弹性结合剂的砂轮,采用直径较大的砂轮;增大砂轮的宽度等。

   (2)砂轮修整方面:金刚石的耐磨性、刃口形状、安装角度应满足一定要求;选择适当的修整用量。

   (3)磨削条件方面:提高砂轮速度或降低工作速度,使V砂/V工的比值增大;采用较小的纵向进给量、磨削深度,最后进行无进给光磨。正确选用切削液的种类、浓度比、压力、流量和清洁度等;提高砂轮的平衡精度;提高主轴的回转精度、工作台运动的平衡性及整个工艺系统的刚度。

  三、超精研、研磨、 珩磨和抛光加工

  这些加工方法的特点是没有与磨削深度相对应的用量参数,一般只规定加工的压强。加工时所用的工具由加工面本身导向,而相对于工件的定位基准没有确定的位置,所使用的机床也不需要具有非常精确的成形运动。所以这些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度,而加工精度则主要由前面工序保证。采用这些方法加工时,其加工余量都不可能太大,一般只是前道工序公差的几分之一。因此,这些加工方法均被称为零件表面的光整加工技术。

  1. 超精研

  (1)概述:是降低零件表面粗糙度的一种有效的工艺方法。它是采用细粒度的磨条在一定的压力和切削速度下做往复运动,对工件表面进行光整加工的方法。加工中有三种运动:工件低速回转运动、磨条轴向进给运动和磨条高速往复振摆运动。这三种运动使磨粒在工件表面上形成不重复的复杂轨迹。

  (2)切削过程与磨削不同,一般可分为如下四个阶段:

   ① 强烈切削阶段:超精研加工时虽然磨条的磨粒细、压力小,和工件与磨条之间易形成润滑油膜,但在开始研磨时,由于工件表面粗糙度,少数凸峰上的压强很大,破坏了油膜,故切削作用强烈。

   ②正常切削阶段:当少数凸峰被研磨平之后,接触面积增加,单位面积上的压力下降,致使切削作用减弱而进入正常切削阶段。

   ③微弱切削阶段:随着接触面积逐渐增大,单位面积上的压力更低,切削作用微弱,且细小的切屑形成氧化物而嵌入磨条的空隙中,从而使磨条产生光滑表面,对工件表面进行抛光。

   ④自动停止切削阶段:工件表面被研平,单位面积上的压力极低,磨条与工件之间又形成油膜,不再接触,故切削自动停止。

  2. 研磨

  (1)概述:是一种常用的光整加工和精密加工方法。在采用精密的定型研磨工具的情况下,可以达到很高的尺寸精度和形状精度,表面粗糙度可达Rz0.04~Rz0.4,多用于精密偶件、精密量规和精密量块等的最终加工。它是通过介于工件与硬质研具间磨料或研磨液的流动,在工件和研磨剂之间产生机械摩擦或机械化学作用来去除微小加工余量的。

  (2)研磨加工的特点:

  ①所有研具均采用比工件软的材料制成,这些材料为铸铁、铜、青铜、巴氏合金、塑料及硬木等,有时也可用钢做研具。

  ②研具加工不仅具有磨粒切削金属的机械加工作用,同时还有化学作用。磨料混合液或研磨膏使工件表面形成氧化层,使之易于被磨料所切除,因而大大加速了研磨过程的进行。

  ③研磨时研具和工件的相对运动是复杂的,因此每一磨粒不会在工件表面上重复自己的运动轨迹,这样就有可能均匀地切除工件表面的凸峰。

  ④研磨可以获得很高的尺寸精度和低表面粗糙度,也可以提高工件表面的宏观形状精度,但不能提高工件表面间的位置精度。

  3. 珩磨

  珩磨加工也是常用的光整加工中的一种工艺方法,它不仅可以降低加工表面的粗糙度,而且在一定的条件下还可以提高工件的尺寸及形状精度。珩磨加工基本上与超精研加工相同,开始时珩磨头或珩磨轮与工件接触面积小,单位面积压力大,故切削作用强烈。随着工件加工表面粗糙度的凸峰被逐渐磨平,压强下降,磨粒的切削作用也就逐渐趋于停止。珩磨主要用于内孔表面,但也可以对外圆或齿形表面进行加工。珩磨加工后的表面粗糙度一般为Rz0.4~Rz3.2,在一定条件下还可达到Rz0.1以下。

  4. 抛光

  通常所说的抛光与研磨并没有本质上的区别,只是其工具由软质材料制成。当被加工表面只要求低的粗糙度,而对形状精度没有严格要求时,就不能用硬的研具而只能用软的研具进行抛光加工。抛光常用于去掉前工序所留下来的痕迹,或者用于“打光”已精加工过的表面。为了得到光亮美观的表面和提高疲劳强度,或为镀铬等做准备,也常采用抛光加工。

  

  参考文献:

  [1]任嘉卉.公差与配合[M].北京:机械工业出版社,1990.

  [2]刘巽尔.几何量公差[M].北京:北京理工大学出版社,1992.

  [3]王启平.机械制造工艺学[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1995.

  [4]郑叔芳,吴晓琳.机械工程测量学[M]. 北京:科学出版社,1999.
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