影響機械加工表面質量的因素

摘要：機械零件的表面質量在很大程度上決定了產品的性能，特別是它的穩定性和耐用度，因此我們有必要了解影響機械加工表面質量的因素，本文以機械加工的工藝流程的選擇作為視角，以便利用這些來控制加工過程和表面質量，以期達到提高產品的穩定性和耐用度，增強產品的使用性能的目的。

關鍵詞：機械；性能；表面質量

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）11-0166-02

隨著工業技術的飛速發展，機械加工表面質量的任何缺陷，不僅直接影響零件的工作性能，而且還可能使一些重要零件在高速、高溫、高壓力等要求下的工作時，由于應力集中、應力腐蝕而加速零件的失效，因此在生產實踐中，越來越重視產品的表面質量問題。機械加工的表面質量是指機器零件在加工后的表層狀態，包括零件表面微觀幾何形狀誤差和物理、力學性能兩個方面的內容。零件的加工表面質量對零件的耐磨性、耐腐蝕性、疲勞強度、配合性質等使用性能有著很大的影響，特別是對在高速、重載、變載、高溫等條件下工作的零件的影響尤為顯著。一臺機器在正常的使用過程中，大多數零件的表面由于受到磨損、疲勞破壞或外界介質的腐蝕，逐步開始出現問題。因此，加工表面質量是衡量機械加工質量的一個重要方面，其質量將對零件或產品的使用性能和使用壽命產生很大的影響。

一、表面質量對零件性能的影響

機械加工后的零件表面實際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只是極薄的一層（幾微米～幾十微米），但都錯綜復雜地影響著機械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強度等，從而影響產品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。零件的失效原因是由表面質量引起的，因此，產品的工作性能，特別是可靠性、耐久性等在很大程度上取決于主要零件的表面質量。

表面質量是指零件加工后的表面層狀態，它影響著零件的工作性能、可靠性和使用壽命。零件的疲勞強度、耐腐蝕性、耐磨性、配合性質等使用性能對機械加工的表面質量也同樣有著較高的要求，機械加工時表面粗糙度的加工痕跡方向、輪廓形狀都會直接影響到金屬的實際接觸面積和輪滑液的存在情況，從而直接影響到磨損的快慢。在實際加工過程中，工件表面大多采用精磨甚至拋光方法來減小表面粗糙度，以及利用工件表面殘余壓應力抵消部分工作拉應力來提高零件的疲勞強度。殘余壓應力可增強零件的耐腐蝕性，而粗糙度值的大小與耐腐蝕的能力成反比。粗糙度值的大小直接影響到零件的配合性質，在零件的配合中，為了提高配合的穩定性，對有配合要求的表面都必須規定較小的粗糙度值，而表面的殘余應力會引起零件的變形，對零件配合性質有一定的影響。

二、影響表面粗糙度的因素

表面粗糙度是衡量加工表面微觀幾何形狀精度的主要標志。表面粗糙度主要是由加工過程中，刀具和零件表面之間的摩擦、切屑分離時的塑性變形以及工藝系統中存在的高頻振動等原因所形成的，屬于微觀幾何誤差。表面粗糙度值越小，加工表面的微觀幾何形狀精度越高。另外，增加刀具的前角可抑制積屑瘤和鱗刺的產生，并可減輕振動，從而提高加工表面質量，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質量，也是減小表面粗糙度值的有效措施。

切削加工后表面粗糙度的實際輪廓形狀，一般都與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差別，這是由于切削加工中有塑性變形發生的緣故。生產中，若使用的機床精度高和材料的切削加工性好，選用合理的刀具幾何形狀、切削用量和在刀具刃磨質量高、工藝系統剛性足夠的情況下，加工后表面實際粗糙度接近理論粗糙度，這樣減小表面粗糙度數值、提高加工表面質量的措施，主要是減小殘留面積的高度（Ry）。

三、表面層材料的物理、力學性能

切削加工時，工件表面層材料在刀具的擠壓、摩擦及切削區溫度變化的影響下，發生材質變化，致使表面層材料的物理、力學性能不同于工件基體材料的物理、力學性能，從而影響加工表面質量。這些變化主要有以下幾方面：

1.表面層材料因塑性變形引起的冷作硬化。

2.表面層因切削熱的影響引起材料金相組織發生變化。

3.表面層因切削時的塑性變形、熱塑性變形、金相組織變化引起的殘余應力。

當切削過程中表面層組織發生形狀變化和組織變化時，在表面層及其與基體材料的交界處就會產生互相平衡的彈性應力，稱為表面殘余應力。表面層殘余應力的產生原因有：（1）里層金屬回彈；（2）冷塑性變化的影響；（3）熱塑性變形的影響；（4）金相組織變化的影響。實際機械加工后的表面層殘余應力是上述四方面原因產生殘余應力的綜合結果。在一定條件下，其中某一種或兩種原因可能起到主導作用。

從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，為了保持精密零件的精度，避免表面殘余應力對工件產生變形的影響，應盡可能消除或減小其表面的殘余應力。零件主要工作表面的最終工序，對加工方法的選擇至關重要，在很高的交變載荷下工作的零件，其表面具有很高的殘余應力，這將直接影響機器零件的使用性能。

四、結論

提高加工表面質量的加工方法有兩大類：一是低效率、高成本的工藝措施，尋求各工藝參數的最佳組合，以降低表面粗糙度；二是著重改善表面的物理力學性能，提高工件的表面質量。高產、優質、低消耗、產品技術性能好、使用壽命長，這是機械制造企業的基本要求，而質量則是最根本的問題，機器零件的使用性能如疲勞強度、耐磨性、耐腐蝕性、配合性質等，在很大程度上都受到機械加工表面質量的影響。在實際生產加工過程中，我們應該綜合考慮各方面的因素，根據需要對表面質量提出明確的要求，以便利用這些來控制加工過程，最終達到提高產品的穩定性和耐用度，增強產品的使用性能的目的。

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