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零部件切削加工表面完整性要素

發(fā)布時(shí)間：2019-07-14 03:07:43

加切削工是是獲得高尺寸形狀精度和高表面質(zhì)量的手段，也是優(yōu)化產(chǎn)品性能、提升其性，并在生產(chǎn)中提高裝配率、自動(dòng)化裝配的重要途徑。隨著加工技術(shù)的日益發(fā)展，加工技術(shù)也在不斷完善，在五六十年代需要用超加工技術(shù)才能獲得的精度在如今只需要加工技術(shù)就可以獲得，因此，加工技術(shù)是一個(gè)相對的概念。目前的加工技術(shù)中表面粗糙度己達(dá)到納米級別。

長期以來，由于檢測表面完整性所用的的儀器裝置暫且無法滿足機(jī)械加工生產(chǎn)現(xiàn)場直接應(yīng)用的需要，通常情況下，為了實(shí)用性只能將表面粗糙度作為衡量零件加工表面質(zhì)量好壞的主要特征參數(shù)。在普通切削加工中，由于對零件的尺寸精度要求相對一般，所以通常可以忽略由微觀裂紋缺陷、加工硬化等特征參數(shù)引起的形位尺寸變化。但在切削加工中，由于對零件精度及性能要求非常高，殘余應(yīng)力分布和微觀組織變化等表層質(zhì)量問題都會影響零件的穩(wěn)定性和性。

隨著航空航天的發(fā)展，市場不斷需求重量輕、穩(wěn)定性好、性高以及疲勞壽命長等加工性能的關(guān)鍵航空結(jié)構(gòu)件，而研究發(fā)現(xiàn)，零件表層的機(jī)械、物理和力學(xué)性能對使用性能和疲勞壽命也具有重要影響。量實(shí)踐表明，大多數(shù)零部件是在循環(huán)載荷的情況下發(fā)生疲勞失效的，并在幾微米到幾十微米的范圍內(nèi)發(fā)生損壞。而材料的強(qiáng)度及疲勞壽命準(zhǔn)則是機(jī)械加工航空零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，疲勞性能是航空零件性及使用壽命的決定性因素，而零件的加工表面完整性有影響其疲勞壽命的關(guān)鍵因素。

從加工表面形成機(jī)理和涉及的特征參數(shù)出發(fā)，構(gòu)建出基于表面完整性的切削加工質(zhì)量綜合評價(jià)體系，提出表征表面完整性的特征參數(shù)及評價(jià)指標(biāo)，對機(jī)械制造與技術(shù)發(fā)展具有重要意義及實(shí)用價(jià)值。

表面完整性是表面質(zhì)量評價(jià)體系的擴(kuò)展和延伸，表面質(zhì)量主要是指己加工零件表面的微觀幾何形狀誤差以及表面以下幾十微米范圍的物理力學(xué)性能的變化。表面質(zhì)量的主要內(nèi)容通常包括表面粗糙度，表層的殘余應(yīng)力分布、加工硬化以及顯微組織的變化。

現(xiàn)代切削加工中為了零件的性，不僅要控制工件表面粗糙度等表面質(zhì)量的特征參數(shù)，還應(yīng)該分析考慮表層加工變質(zhì)層的機(jī)械、物理以及力學(xué)性能的變化。與此同時(shí)，以傳統(tǒng)圓角形式的宏觀定性技術(shù)要求也不適用于微小構(gòu)件棱邊質(zhì)量，而給出微觀的定量要求。由此，表面質(zhì)量、棱邊質(zhì)量和表層質(zhì)量這三個(gè)層面的質(zhì)量要求一起匯聚成現(xiàn)代機(jī)械加工的表面完整性體系。

顯然，表面完整性包含了傳統(tǒng)表面質(zhì)量的全部內(nèi)容，而且是根據(jù)具體的加工需要和相關(guān)技術(shù)要求的重要性大小、性程度(基于計(jì)量學(xué)和模擬實(shí)驗(yàn)學(xué)理論)等，通過粗糙度、殘余應(yīng)力、顯微硬度、毛刺尺寸、疲勞強(qiáng)度等若干個(gè)要素的定量或定性檢驗(yàn)(實(shí)驗(yàn))結(jié)果，結(jié)合表面技術(shù)要求和加工成本高低的綜合性評價(jià)。因此，用表面完整性評定機(jī)械加工零件的表面質(zhì)量比用傳統(tǒng)的表面質(zhì)量評價(jià)參數(shù)指標(biāo)(表面粗糙度、表層加工硬化和殘余應(yīng)力)深入、系統(tǒng)、、合理。

從單一的表面狀態(tài)評價(jià)，到目前的綜合工件表面的質(zhì)量、表層的質(zhì)量以及棱邊的質(zhì)量對使用性能影響的一個(gè)整體性指標(biāo)，可以說，表面完整性的發(fā)展是從單項(xiàng)指標(biāo)質(zhì)量評價(jià)轉(zhuǎn)換為多項(xiàng)指標(biāo)綜合質(zhì)量評判，從單純的測量評價(jià)轉(zhuǎn)換為測量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的集成權(quán)衡，從以幾何學(xué)理論為基礎(chǔ)測量評價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂?jì)量學(xué)和實(shí)驗(yàn)學(xué)為基礎(chǔ)的模糊綜合評價(jià)。

現(xiàn)代切削表面完整性體系不僅包含了傳統(tǒng)的表面質(zhì)量技術(shù)要求，也綜合考慮到表層加工變質(zhì)層的機(jī)械、物理、力學(xué)性能的變化，同時(shí)，對加工零件棱邊形態(tài)尺寸也給出了微觀的定量要求。所以，現(xiàn)代完整的車削加工加工表面應(yīng)由表面幾何特征、表層物理力學(xué)性能特征和棱邊質(zhì)量等三個(gè)方面特征參數(shù)組成的要素集成。其中，表面幾何特征可細(xì)分為傳統(tǒng)的粗糙度、表面紋理和表面缺陷；表層的物理力學(xué)特征包含加工硬化、微觀組織、殘余應(yīng)力、微觀裂紋等；而棱邊(毛刺)的質(zhì)量包括毛刺尺寸、毛刺形態(tài)和毛刺形成位。

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