机械加工表面质量的影响因素及控制

一、机械加工表面质量概述

1.机械加工表面质量内容

（1）表面几何形状特征，包括表面粗糙度、波度（介于宏观几何形状误差和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差）

（2）表面层的物理及机械性能，包括表面层机械加工硬化（加工过程产生塑性变形使表层金属硬度增加）、表面层金相组织变化（切削热作用下使表面层金属的金相组织发生变化）、表面层残余应力（切削力和切削热的综合作用，变面层金属晶格的变形或金相组织变化造成变面层残余应力）

2.机械加工表面质量对使用性能的影响

（1）耐磨性：表面粗糙度过小引起严重磨损（润滑油被挤出，产生了分子间的亲和力，使表面容易出现咬焊）、表面粗糙度过大会导致磨损加剧；

　　　　　　 表面加工硬化使摩擦副表层金属的显微硬度提高，一般可使耐磨性提高；但过分的加工硬化将引起金属组织过度疏松甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。

（2）疲劳强度：交变载荷下零件破坏常常由于表面产生疲劳裂纹所致，而疲劳裂纹与应力集中相关，零件表面的粗糙度、划痕和裂纹等缺陷容易引起应力集中，产生裂纹，造成疲劳破坏；

　　　　　　　 表面层的残余应力为残余压应力时，能够部分的抵消工作载荷施加的拉应力，从而提高零件的疲劳强度；残余拉应力会使裂纹扩展，加速疲劳破坏，从而降低零件的疲劳强度；

　　　　　　　 表面加工硬化一般伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹产生和阻止已有裂纹扩展，对提高疲劳强度更有利。但对于重要零件还是应消除残余应力。

（3）耐腐蚀性能：零件表面凹凸不平，在凹谷底部容易储存腐蚀介质，从而使腐蚀加剧；

（4）配合性质：磨损会导致配合间隙变大，从而影响配合性质的稳定性；

（5）接触刚度：受外力作用时，由于凸峰处单位压力大，因而接触表面极易产生弹塑性变形，降低零件的接触刚度。

二、机械加工表面质量的影响因素

1.切削加工表面的形成过程

三、机械加工过程中的振动及控制

1.振动产生的影响

　　加工表面质量恶化、产生明显表面振痕、引起打刀现象（当车削的切削深度过大时；或者当车刀接近工件的速度过快,同时接触过多时，就会产生把车刀的刀刃弄坏的现象）、噪声污染、降低使用寿命；

2.强迫振动及其控制

（1）定义：强迫振动是系统在外界周期性干扰力作用下所引起的不衰减振动。

（2）成因：机床电机的振动（电机转子不平衡）、机床回转零件的不平衡、运动传递过程的周期性干扰力、切削负荷不均匀；
（3）特点：

　　1）在外界周期性干扰力作用下产生，但振动本身不能引起干扰力的变化

　　2）强迫振动的频率与外界干扰力的频率相同或成倍数关系

　　3）振幅大小在很大程度上取决于干扰力频率与加工系统固有频率的比值，另外还与干扰力、系统刚度及阻尼系数有关。

（4）措施

　　1）减少或消除工艺系统中回转零件的不平衡（静平衡、动平衡）

　　2）提高系统传动件的进度

　　3）提高工艺系统的动态特性（增加工艺系统的刚度、加大阻尼可以减少系统的振动）

　　4）隔振

　　5）消振

3.自激振动及其控制

（1）定义：自激振动系统通过系统的初始振动将持续作用使得自身振动。

（2）特点：

1）是一种不衰减的振动，振动本身能引起某种力的周期变化

2）自激振动的频率等于或接近系统的固有频率

3）自激振动的形成和持续是由切削过程产生的。

4）能否产生以及振幅大小决定于每一振动周期内系统所获得的能量与所消耗能量的对比情况。

（3）成因

（4）措施

四、质量保证体系

1.质量工程

（1）定义：质量工程是有关产品或服务的质量保证和质量控制的原理及其实践的一个工程分支；

（2）作用：改进产品质量、降低成本

（3）特点：质量和价格是竞争的双重要素、ISO9000标准系列成为世界各国密切注视的热门主题、质量工程研究的“五结合”（国际结合、科技与经济竞争结合、军用与民用结合、科技机构与企业工业界结合、科技开发与质量工程设计改进结合）、质量综合管理、新型制造质量技术。

2.设计质量工程

　　设计质量工程主要工作

（1）满足产品高性能、低成本和抗干扰质量指标的健壮性设计

（2）满足产品的时间质量指标的可靠性设计

（3）满足产品全面质量指标的计算机集成化智能设计

3.制造质量工程

（1）定义：制造质量工程是产品生产过程的质量保证与质量控制的原理、方法和技术

（2）衡量指标：质量损失函数

（3）质量系统自动化

　　1）必要性：

　　　为制造活动提供质量信息、质量数据繁多，需有效处理、快速准确可提高效率；

　　2）三方面集成：

　　　纵向集成（决策——企业——设备）、过程集成（CAQP、CAIP、CAI）、功能集成（制造过程质量系统与产品设计、制造过程设计、生产管理、经营系统等的集成）