淺析影響機械加工表面質量的因素及措施

【摘 要】機械產品使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產品的零件加工的重量密切相關，零件加工的質量是保證產品質量的基礎。衡量兩件加工質量的好壞有一下兩個指標：加工精度和表面粗糙度。本文主要通過對零件表面粗糙度因素的分析和研究來提出提高機械加工表面質量的工藝措施。

【關鍵詞】 機械加工；表面質量；影響措施

一、機械加工表面質量對產品性能的影響

（1）表面質量對耐磨性的影響。零件磨損一般可分為三個階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲存，接觸面之間容易發生分子粘接，磨損反而增加。（2）表面質量對疲勞強度的影響。金屬受交變載荷作用后產生的疲勞破壞往往發生在零件表面和表面冷硬層下面，因此，零件的表面質量對疲勞強度影響很大。表面粗糙度值愈大，抗疲勞破壞的能力就愈差。（3）表面質量對耐蝕性的影響。零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，抗蝕性就愈差。（4）表面質量對配合質量的影響。表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質量。對于間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質。對于過盈配合，裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實際過盈量減小，降低了配合件間的連接強度。

二、影響機械加工表面質量的因素

（1）刀具幾何形狀。刀具幾何形狀的復映刀具相對于工件進行運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復映。減小進給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。（2）表面層冷作硬化。機械加工過程中因切削力作用產生的塑性變形，使品格扭曲、畸變，晶粒間產生剪切滑移，品粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高，這種現象稱為冷作硬化（或稱為強化）。由于切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強，塑性變形加劇，導致冷硬增強。刀具后刀面磨損增大，后刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導致冷硬增強。切削速度增大，刀具與工件的作用時間縮短，使塑性變形擴展深度減小，冷硬層深度減小。切削速度增大后，切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短了，將使冷硬程度增加。進給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現象就愈嚴重。（3）表面層材料金相組織變化。當被磨工件表面層溫度達到相變溫度以上時，表層金屬發生金相組織的變化，使表層金屬強度和硬度降低，并伴有殘余應力產生，甚至出現微觀裂紋，這種現象稱為磨削燒傷。改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷由兩個途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產生；二是改善冷卻條件，盡量使產生的熱量少傳入工件。正確選擇砂輪合理選擇切削用量改善冷卻條件。（4）表面層殘余應力。由于切削時在加工表面金屬層內有塑性變形發生，使表面金屬的比容加大，或是切削加工中，切削區會有大量的切削熱產生，而且不同金相組織具有不同的密度，因而就有殘余應力產生。

三、提高機械加工工件表面質量的措施

（1）制訂科學合理的工藝規程是保證工件表面質量的基礎。只有制訂了科學合理的工藝規程，才能為加工工件表面質量滿足要求提供科學合理的方法依據，使加工工件表面質量滿足要求成為可能。（2）合理的選擇切削參數是保證加工質量的關鍵。選擇合理的切削參數可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質量。切削參數的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進給速度的選擇等。試驗證明，在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因為刀具前角增大時，切削力減小，切削變形小，刀具與切屑的接觸長度變短，減小了積屑瘤形成的基礎。（3）合理的選擇切削液是保證加工工件表面質量的必要條件。選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦系數，可降低切削力和切削溫度，從而減輕刀具的磨損，以保證工件的加工質量。（4）工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要。工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要，因為最終工序在該工作表面留下的殘余應力將直接影響機器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。

工件的表面質量與其使用性能密切相關。通過這些措施在生產實踐中的應用，大大的提高了機械加工零件的表面質量，提高了產品的工作性能、可靠性、壽命。

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