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五金及注塑模具机械加工表面质量

汽车模具设计制造

五金及注塑模具加工表面质量也称表面完整性,它主要包含两个方面的内容:

表面的几何特征

表面的几何特征主要由以下几部分组成:

1)表面粗糙度:即加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征。它主要与刀刃的形状、刀具的进给、切屑的形成等因素有关,其波高与波长的比值一般大于1∶50。

2)表面波度:即介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的中间几何形状误差。它主要是由切削刀具的偏移和振动造成的,其波高与波长的比值一般为1∶50~1∶1000。

 

3)表面加工纹理:即表面微观结构的主要方向。它取决于形成表面所采用的机械加工方法,即主运动和进给运动的关系。

4)伤痕:在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。它们大多是随机分布的,如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。

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表面层力学物理性能

表面层力学物理性能的变化,主要有三个方面的内容:①表面层加工硬化;②表面层金相组织的变化;③表面层残余应力。

 

零件表面质量对零件使用性能的影响

(1)零件表面质量对零件耐磨性的影响。零件的耐磨性与摩擦面的材料、润滑条件和零件表面质量等因素有关。特别是在前两个条件已确定的前提下,零件表面质量就起着决定性的作用。当两个零件的表面接触时,其表面凸峰顶部先接触,因此实际接触面积大大小于理论上的接触面积。

表面越粗糙,实际接触面积就愈小,凸峰处单位面积压力就会增大,表面磨损更容易。即使在有润滑油的条件下,也会因接触处压强超过油膜张力的临界值,破坏了油膜的形成,从而加剧表面层的磨损。表面粗糙度虽然对摩擦面影响很大,但并不是表面粗糙度数值愈小愈耐磨。

在一定条件下,若零件表面粗糙度值过大,实际压强增大,凸峰间的挤裂、破碎和切断等作用加剧,磨损也就明显。在零件表面粗糙度值过小的情况下,紧密接触的两个光滑表面间贮油能力很差。一旦润滑条件恶化,则两表面金属分子间产生较大亲和力,因黏合现象而使表面产生“咬焊”,导致磨损加剧。因此零件摩擦表面粗糙度值偏离最佳值太大(无论是过小还是过大),都是不利的。

在不同的工作条件下,零件的最优表面粗糙度值是不同的。重载荷情况下零件的最优表面粗糙度值要比轻载荷时大。表面粗糙度的轮廓形状和表面加工纹理对零件的耐磨性也有影响,因为表面轮廓形状及表面加工纹理影响零件的实际接触面积与润滑情况。

表面层的加工硬化使零件的表面层硬度提高,从而使表面层处的弹性和塑性变形减小,磨损减少,使零件的耐磨性提高。但硬化过度,会使零件的表面层金属变脆,磨损会加剧,甚至出现剥落现象,所以零件的表面硬化层必须控制在一定范围内。

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(2)零件表面质量对零件疲劳强度的影响。零件在交变载荷的作用下,其表面微观上不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹,造成零件的疲劳破坏。试验表明,减小表面粗糙度值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此,对于一些重要零件表面,如连杆、曲轴等,应进行光整加工,以减小零件的表面粗糙度值,提高其疲劳强度。

加工硬化对零件的疲劳强度影响也很大。表面层的加工硬化可以在零件表面形成一个冷硬层,因而能在一定程度上阻碍表面层疲劳裂纹的出现,从而使零件疲劳强度提高。但零件表面层冷硬程度过大,反而易产生裂纹,故零件的冷硬程度与硬化深度应控制在一定范围之内。

表面层的残余应力对零件疲劳强度也有很大影响,当表面层为残余压应力时,能延缓疲劳裂纹的扩展,提高零件的疲劳强度;当表面层为残余拉应力时,容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。

(3)零件表面质量对零件耐腐蚀性能的影响。零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的表面粗糙度。零件表面越粗糙,越容易积聚腐蚀性物质,凹谷越深,渗透与腐蚀作用越强烈。因此,减小零件表面粗糙度值,可以提高零件的耐腐蚀性能。

表面残余应力对零件的耐腐蚀性能也有较大影响。零件表面残余压应力使零件表面紧密,腐蚀性物质不易进入,可增强零件的耐腐蚀性,而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。

(4)零件的表面质量对配合性质及其他方面的影响。相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。在间隙配合中,如果零件的配合表面粗糙,则会使配合件很快磨损而增大配合间隙,改变配合性质,降低配合精度;在过盈配合中,如果零件的配合表面粗糙,则装配后配合表面的凸峰被挤平,配合件间的有效过盈量减小,降低配合件间连接强度,影响了配合的可靠性。因此对有配合要求的表面,必须规定较小的表面粗糙度值。

总之,提高加工表面质量,对保证零件的使用性能、提高零件的寿命是很重要的。