采取有效措施_提高零件表面加工精确性与完整性

越接近基体材料的疲劳强度。
切入切出， 切削时工件还来不及振动， 刀具即已离
２．２ 冷作硬化对零件使用性能的影响
开工件。根据动态切削理论和冲量平衡理论， 采用
表面冷作硬化通常对常温下工作的零件较为 振动切削时切削温度低， 工件表面质量好。在振动
有利， 有时能提高其疲劳强度， 但对高温下工作的 切削过程中， 由于刀具周期性地接触和脱离工件，
参考文献 ［１］黄毅宏， 李明辉．模具制造工艺［Ｍ］．北京： 机械工 业出版社． ［２］王贵明， 零件加工实用技术［Ｍ］．北京： 机械工业出 版社， ２００７．７．
责任编辑： 程鹏
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３．１ 振动切削原理
当零件相互摩擦时， 表面凸峰很快被压扁压平， 产
振动切削的实质是在切削过程中使刀具或工
生剧烈磨损， 从而影响零件的配合性质。同时， 粗 件产生某种有规律的、可控的振动， 使切削速度（或
糙表面的耐腐蚀性比光滑表面差， 因为腐蚀性物 进给量、切削深度）按某种规律变化， 从而改善切削
质容易聚集在粗糙表面的凹谷里和裂缝处， 并逐 状态， 提高工件表面质量。
响
件进行表面处理和表面强化， 从而得到要求的加
２．１ 表面粗糙度对零件使用性能的影响
工表面粗糙度和表面质量， 改善零件加工表面完
表面粗糙度反映已加工表面的微观不平度高 整性； 此外， 利用一些新的切削加工技术， 如振动
度。已加工表面粗糙度按其在加工过程中的形成 切削、低温切削、激光切削、水力切削等， 也可达到
加工后表面层完整无损， 零件表面层的机械物理 械应力； 二是由于切削加工中切削温度的变化而
性能、金相组织等均能满足使用要求， 并确保具有 产生的热应力； 三是由于相变引起体积变化而产
一定的使用寿命。
生的应力。
在金属切削加工中， 无论采用常规加工还是
残余应力对零件的使用性能有很大影响。一
特种加工， 各种材料零件的表面构形或表面纹理 般说来， 如果残余压应力在表面层内足够大且分
决于金属在切削过程中强化、弱化和相变作用的 加工表面粗糙度减小、几何精度提高。在振动切削
综合结果。当切削过程中强烈变形起主导作用时， 中， 虽然刀刃振动， 但在刀刃与工件接触并产生切
已加工表面就产生加工硬化； 而当切削温度起主 屑的各个瞬间， 刀刃所处位置是保持不变的。由于
工件与刀具在切削过程中的位置不随时间变化， 从而提高了加工精度。
关键词： 振动技术； 零件加工； 表面完整性
随着科技与生产的发展， 许多零件要在高温、 导作用时， 往往引起工件表层硬度降低和相变。因
高压、高速、重载和受腐蚀性介质侵蚀的恶劣条件 此， 在加工中增大变形和摩擦都将加剧加工硬化
下工作， 因此在加工这些零件时， 不仅要求保证其 现象， 而较高的温度、较低的工件材料熔点则会减
层越深、冷作硬化程度越大、温度越高、时间越长，
３．２ 振动切削改善零件加工表面完整性的优
塑性变形层内上述变化过程就越剧烈， 进而导致 势
零件沿冷作硬化层晶界形成表面起始裂纹。起始
３．２．１ 表面粗糙度小、加工精度高
裂纹进一步扩展就会成为疲劳裂纹， 从而使零件
振动切削破坏了积屑瘤的产生条件， 同时由
疲劳强度下降。切削加工后表面层的硬化程度取 于切削力小、切削温度低及工件的刚性化效果， 使
渐扩大其腐蚀作用。同时， 在外力作用下， 粗糙表
振动切削通过改变刀具与工件之间的空间—
面极易产生应力集中， 使零件表面产生显微裂纹， 时间存在条件， 从而改变切削加工机理， 达到降低
பைடு நூலகம்
降低零件的疲劳强度。试验表明， 在没有冷作硬化 切削力和切削热、提高加工质量和加工效率的目
层和残余应力的情况下， 表面粗糙度越小， 零件就 的。振动切削是一种脉冲切削， 切削时间短， 瞬时
尺寸精度， 而且要求保证其加工表面完整性。因 轻冷作硬化作用。
此， 为了充分发挥新型材料良好的使用性能， 研究
２．３ 残余应力对零件使用性能的影响
和解决零件加工表面完整性问题显得尤为重要。
残余应力是指在没有外力作用情况下零件内
１ 什么是零件加工表面完整性
部为保持平衡而存留的应力。残余应力的产生原
零件的加工表面完整性即要求零件经过机械 因， 一是在切削过程中由于塑性变形而产生的机
综上所述， 改善零件加工表面完整性对于改
质以及疲劳强度； 残余应力（尤其是残余拉应力）易 善零件使用性能、延长零件使用寿命十分重要。控
引起裂纹， 使零件产生疲劳断裂和应力腐蚀， 影响 制加工表面完整性的方法较多。在普通切削、磨削
零件的使用寿命。
加工中， 可针对不同的加工工艺方法， 合理选择刀
２ 零件加工表面完整性对零件使用性能的影 具材料、刀具几何参数、切削用量和切削液， 对零
组织都具有变化的特点， 其表面物理特性也随加 布合理， 会提高零件的疲劳强度； 而残余拉应力则
工方法、加工条件的不同而不同， 而零件表面层的 会引起裂纹， 使零件产生疲劳断裂和应力腐蚀。
变化对零件的使用性能有很大影响， 如表面粗糙
３ 应用振动切削改善零件加工表面完整性
度影响零件表面的耐磨性、抗腐蚀性、零件配合性
零件则不利。由于零件表面层硬度在高温作用下 其运动速度的大小和方向不断改变。振动切削引
发生改变， 零件表面层会发生残余应力松驰， 塑性 起刀具速度变化和加速度的产生， 使加工精度和
变形层内的原子扩散迁移率就会增加， 从而导致 表面质量明显提高。振动切削的特点使其在改善
合金元素加速氧化和晶界层软化。此时， 冷作硬化 零件加工表面完整性方面独具优势。
３．２．２ 刀具使用寿命长 振动切削时， 由于切削力小、切削温度低、冷 却充分， 切屑的折断和排出都比较容易， 可明显提 高刀具使用寿命。如振动参数选择适当， 一般可使 刀具寿命延长几倍至几十倍， 对难加工材料和难 加工工序应用效果更好。用硬质合金刀具对不锈 钢进行超声振动切削试验证明， 刀具使用寿命比 普通切削方式提高 ２０ 倍。刀具寿命的延长不仅可 节约刀具材料， 减少辅助时间， 降低加工成本， 提 高生产效率， 而且有利于保证加工质量。 ３．２．３ 已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性提高 动切削时， 刀具按正弦规律振动， 在已加工表 面形成细小刀痕， 类似二次再加工时形成的花格 式网状花纹。大量花纹均匀密布在零件工作表面 上， 使零件工作时易形成较厚油膜， 可提高滑动摩 擦的耐磨性。振动切削的残余应力很小， 加工变质 层较浅， 只在刃口附近有很小加工变形， 工作表面 金相组织变化很小， 与材料内部金相组织几乎相 当， 因此提高了工件表面耐腐蚀性。切削试验证 明， 振动切削工件表面的耐磨性及耐腐蚀性接近 于磨削加工表面。 ３．２．４ 切削液使用效果好 采用普通切削时， 切屑总是压在刀具前刀面 上形成一个高温高压区， 切削液难以进入切削区， 只能在刀具外围起间接冷却作用； 采用振动切削 时， 由于切削为断续形式， 当刀具与工件分离时， 切削液从周围进入切削区， 对刀尖进行充分冷却 和润滑。特别在超声振动切削时， 由于超声振动形 成的空化作用， 一方面可使切削液均匀乳化， 形成 均匀一致的乳化液微粒； 另一方面切削液更容易 渗入材料的裂纹内， 可进一步提高切削液使用效 果， 改善排屑条件。 ４ 结论 零件的加工表面状态严重影响其使用性能， 如表面粗糙度影响零件表面的耐磨性、抗腐蚀性、 零件配合性质和疲劳强度； 表面层的冷作硬化、残 余应力易引起裂纹， 使零件产生疲劳断裂和应力 腐蚀， 影响零件使用寿命。因此， 对于加工质量要 求高的关键零件， 需要采取有效措施改善零件加 工表面状态， 提高加工表面完整性。振动切削产生 脉冲切削力， 切削力小， 刀刃与工件间的相对位置 不随时间变化， 切削刃锋利， 切屑易于形成， 可加 工出尺寸精度和形状精度很高的工件。振动切削 为提高零件加工表面完整性、实现高精密切削提 供了行之有效的方法和重要途径。
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采取有效措施， 提高零件表面加工精确性与完整性
潘东宁
（ 东北轻合金有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 １５００６０）
摘 要： 随着科技与生产的发展， 许多零件要在高温、高压、高速、重载和受腐蚀性介质侵蚀的恶劣条件下工作， 因此在加工这些零件时， 不仅要 求保证其尺寸精度， 而且要求保证其加工表面完整性。
方向分为纵向和横向粗糙度， 当两个互相摩擦的 提高加工表面质量、改善加工表面完整性的目的。
零件配合时， 由于零件表面粗糙不平， 只有零件表
在改善零件加工表面完整性的众多方法中，
面一些凸峰相互接触， 而不是全部表面配合接触。 振动切削技术较易实现且应用效果很好。
由于实际接触面积小， 因此单位面积上压力很大。