機械加工表面質量的影響因素及控制

一、機械加工表面質量概述

1.機械加工表面質量內容

（1）表面幾何形狀特徵，包括表面粗糙度、波度（介於巨集觀幾何形狀誤差和表面粗糙度之間的週期性幾何形狀誤差）

（2）表面層的物理及機械效能，包括表面層機械加工硬化（加工過程產生塑性變形使表層金屬硬度增加）、表面層金相組織變化（切削熱作用下使表面層金屬的金相組織發生變化）、表面層殘餘應力（切削力和切削熱的綜合作用，變面層金屬晶格的變形或金相組織變化造成變面層殘餘應力）

2.機械加工表面質量對使用效能的影響

（1）耐磨性：表面粗糙度過小引起嚴重磨損（潤滑油被擠出，產生了分子間的親和力，使表面容易出現咬焊）、表面粗糙度過大會導致磨損加劇；

　　　　　　 表面加工硬化使摩擦副表層金屬的顯微硬度提高，一般可使耐磨性提高；但過分的加工硬化將引起金屬組織過度疏鬆甚至出現裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。

（2）疲勞強度：交變載荷下零件破壞常常由於表面產生疲勞裂紋所致，而疲勞裂紋與應力集中相關，零件表面的粗糙度、劃痕和裂紋等缺陷容易引起應力集中，產生裂紋，造成疲勞破壞；

　　　　　　　 表面層的殘餘應力為殘餘壓應力時，能夠部分的抵消工作載荷施加的拉應力，從而提高零件的疲勞強度；殘餘拉應力會使裂紋擴充套件，加速疲勞破壞，從而降低零件的疲勞強度；

　　　　　　　 表面加工硬化一般伴有殘餘壓應力的產生，可以防止裂紋產生和阻止已有裂紋擴充套件，對提高疲勞強度更有利。但對於重要零件還是應消除殘餘應力。

（3）耐腐蝕效能：零件表面凹凸不平，在凹谷底部容易儲存腐蝕介質，從而使腐蝕加劇；

（4）配合性質：磨損會導致配合間隙變大，從而影響配合性質的穩定性；

（5）接觸剛度：受外力作用時，由於凸峰處單位壓力大，因而接觸表面極易產生彈塑性變形，降低零件的接觸剛度。

二、機械加工表面質量的影響因素

1.切削加工表面的形成過程

三、機械加工過程中的振動及控制

1.振動產生的影響

　　加工表面質量惡化、產生明顯表面振痕、引起打刀現象（當車削的切削深度過大時；或者當車刀接近工件的速度過快,同時接觸過多時，就會產生把車刀的刀刃弄壞的現象）、噪聲汙染、降低使用壽命；

2.強迫振動及其控制

（1）定義：強迫振動是系統在外界週期性干擾力作用下所引起的不衰減振動。

（2）成因：機床電機的振動（電機轉子不平衡）、機床迴轉零件的不平衡、運動傳遞過程的週期性干擾力、切削負荷不均勻；
（3）特點：

　　1）在外界週期性干擾力作用下產生，但振動本身不能引起干擾力的變化

　　2）強迫振動的頻率與外界干擾力的頻率相同或成倍數關係

　　3）振幅大小在很大程度上取決於干擾力頻率與加工系統固有頻率的比值，另外還與干擾力、系統剛度及阻尼係數有關。

（4）措施

　　1）減少或消除工藝系統中迴轉零件的不平衡（靜平衡、動平衡）

　　2）提高系統傳動件的進度

　　3）提高工藝系統的動態特性（增加工藝系統的剛度、加大阻尼可以減少系統的振動）

　　4）隔振

　　5）消振

3.自激振動及其控制

（1）定義：自激振動系統通過系統的初始振動將持續作用使得自身振動。

（2）特點：

1）是一種不衰減的振動，振動本身能引起某種力的週期變化

2）自激振動的頻率等於或接近系統的固有頻率

3）自激振動的形成和持續是由切削過程產生的。

4）能否產生以及振幅大小決定於每一振動週期內系統所獲得的能量與所消耗能量的對比情況。

（3）成因

（4）措施

四、質量保證體系

1.質量工程

（1）定義：質量工程是有關產品或服務的質量保證和質量控制的原理及其實踐的一個工程分支；

（2）作用：改進產品質量、降低成本

（3）特點：質量和價格是競爭的雙重要素、ISO9000標準系列成為世界各國密切注視的熱門主題、質量工程研究的“五結合”（國際結合、科技與經濟競爭結合、軍用與民用結合、科技機構與企業工業界結合、科技開發與質量工程設計改進結合）、質量綜合管理、新型製造質量技術。

2.設計質量工程

　　設計質量工程主要工作

（1）滿足產品高效能、低成本和抗干擾質量指標的健壯性設計

（2）滿足產品的時間質量指標的可靠性設計

（3）滿足產品全面質量指標的計算機整合化智慧設計

3.製造質量工程

（1）定義：製造質量工程是產品生產過程的質量保證與質量控制的原理、方法和技術

（2）衡量指標：質量損失函式

（3）質量系統自動化

　　1）必要性：

　　　為製造活動提供質量資訊、質量資料繁多，需有效處理、快速準確可提高效率；

　　2）三方面整合：

　　　縱向整合（決策——企業——裝置）、過程整合（CAQP、CAIP、CAI）、功能整合（製造過程質量系統與產品設計、製造過程設計、生產管理、經營系統等的整合）