影響機械加工表面質量的若干因素和改進方法

馮麗

德州職業技術學院，山東 德州 253014

1 機械加工表面質量的重要性

機械的質量直接決定了機械加工技術的高低，而據實踐的經驗分析，機械的失效往往是從表面的零部件開始的，也就是說表面零件的質量是影響機械使用性能的重要因素之一。具體來講，機械表面質量對產品的影響主要有：

1.1 影響機械產品耐磨性

機械零件的磨損可分為初期磨損、使用中的正常磨損和意外劇烈磨損三種情況。表面的粗糙程度在很大程度上影響著零件表面的磨損，通常表面粗糙度小的其磨損性能也較好，但若是表面粗糙度太小導致潤滑油不易儲存，機械在加工過程中接觸面上易發生分子黏結，其磨損反而會增加。因此根據零件的工作情況找出接觸面最佳的粗糙度值，在機械使用中有著重要的意義[1]。

1.2 對疲勞強度的影響

金屬機械受到交變荷載作用之后會產生一定的疲勞，通常發生在零件的表面和表面冷硬層下面。因此，零件表面的質量會影響疲勞強度，表面粗糙程度大時抗疲勞破壞的能力也越差[2]。

1.3 對耐蝕性的影響

零件在腐蝕性介質條件下工作時容易在粗糙的表面吸附有腐蝕性介質，然后通過零件表面的細微裂縫滲入到內部。其表面粗糙度越高，吸附腐蝕性介質效果越明顯。另外，零件表面如有殘余的壓應力，會使表面緊密從而抵抗耐腐蝕性介質的侵入，從而增強零件的耐腐蝕性；若是殘余拉應力，則會降低其耐腐蝕性。因此，零件表面的粗糙質量以及表面是否有殘余的應力，都會影響到零件耐腐蝕性能。

2 影響機械加工表面質量的因素

2.1 工件材料的性質影響

機械刀具在加工塑性材料時容易發生塑性變形，加上刀具使用過程中會對零件有撕裂作用，因此會增加零件表面的粗糙程度。一般的工件塑性變形會隨著韌性的增加而加大，零件表面的粗糙度也增加。如果工件是脆性材料，切削之后的切屑成碎粒狀，零件表面便會出現許多增加其粗糙度的麻點[3]。

2.2 刀具幾何形狀

機械加工中的刀具作用于工件表面在進行進給運動時會在加工面上留下切削層殘留面積，其面積形狀是刀具集合形狀的體現，從而增加了表面的粗糙程度。導致出現殘留面積的原因主要有刀具切削時的進給量、主副偏角的度數以及刀尖的圓弧半徑等。

2.3 磨削加工影響表面粗糙度

磨削加工時表面金屬的塑性變形和幾何因素決定了粗糙度的形成，具體的影響因素有：砂輪的硬度、砂輪的粒度、砂輪的修整磨削速度、磨削徑向進給量與光磨次數工件圓周進給速度等。

2.4 加工表面層物理機械性能的影響

切削加工時工件受到切削熱量和切削力的作用，金屬表層的物理機械性發生變化，主要的變化在于表層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化以及參與應力的產生等。而由于磨削加工時的塑性變形以及切削熱比刀刃切削時更嚴重，因此加工后表層的上述幾項物理和機械性能都發生了很大的變化。熱縮性變形主要因為機械加工時表面在熱量影響下溫度高于基體溫度，導致表面層熱膨脹會受到基體低溫影響形成熱壓縮應力。在完成切削之后，溫度逐漸降低至基體溫度，此時表面出現縮短變化，會受到來自于基體阻礙形成參與拉應力。

2.5 加工方法的影響

在精密加工、超精密加工以及光整加工時，徑向進給量的大小，砂輪速度與軸向進給速度的高低，工件速度與砂輪粒度的大小都會影響到表面質量。精細修整砂輪工作表面，使砂輪上磨粒鋒利，也會達到較好的磨削效果。選用恰當的磨削液也是降低表面粗糙度的方法之一[4]。

2.6 表面層冷作硬化

機械加工過程中的切削作用力容易產生塑性變形，從而引發品格的扭曲和畸變。晶粒間因此出現剪切滑移，品粒被拉長和纖維化，乃至發生破碎，這些因素都會使得金屬表層的硬度和強度有所增加，稱之為冷作硬化或強化現象。產生冷作硬化的因素主要有：①刀具后刀面與被加工表面摩擦加劇，增加了后刀面的磨損度，導致塑性變形增大，冷硬增強；②切削刃鈍圓半徑增大，加大了對金屬表層的擠壓，從而導致塑性變形加劇，冷硬增強；③進給量的增加導致切削力度增加，金屬表層塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現象就愈嚴重。

3 提高加工表面質量的措施

在上述的分析中我們可以看出，機械表層的粗糙度主要和切削條件（切削的進給量、切削速度、切削液）、刀具（刀具的幾何參數、刀具材料、刀具的磨損情況）、工藝系統的剛度以及工件的材料等幾個方面有關系。具體改善機械加工表面質量的措施，則可以從以下幾個方面來著手。

3.1 控制合理的工藝規程

編制合理的工藝流程是提高零件加工質量，保護機械表層的基礎條件。合理的工藝規程要求工藝流程要簡短，定位要準確。在選擇定位基準時盡量讓定位基準與設計基準重合。

3.2 工件材料方面

工件的材料性質對于表層粗糙程度影響最大的是材料的塑性和材料的金相組織。對塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料而言，加工前先用正火處理來降低塑性性，切削加工后便可以獲得較小的粗糙度。同時，工件材料應有合適的金相組織，包括均勻的晶粒度大小、分布及狀態等。

3.3 刀具方面

為減小刀具在表面的殘留面積，刀具應使用刀尖圓弧半徑、副偏角度較小或合適的修光刃、寬刃精刨刀、精車刀等。刀具的材料應與工件材料相匹配，杜絕使用磨損嚴重的刀具，從而控制對機械表面粗糙度的影響。

3.4 切削條件影響

較高的切削速度和號的切削塑性材料可以防止表面積屑瘤的出現。同時，切削時減小進給量，增加工藝系統的剛度，提高機床的動態穩定性并使用高效的切削液，都可以提高機械加工的表面質量。

3.5 選用先進的加工技術

機械零件加工要緊跟新技術的發展，提高工藝的效率。可將超精密的加工工藝與現代化計算機技術相結合，這是今后機械加工的重點發展方向，它可以保證操作的精準性。在滿足加工需求的基礎上，還應盡量減少徑向進給量和軸向進給速度，從而保證加工過程的穩定性，減少磨削振動。

3.6 降低表面殘余應力

表面產生殘余應力發生的原因有很多，通常可以用減少塑性變形和降低切削溫度兩種手段來降低表面的殘余應力。如在零件制造過程中用脹孔、滾壓、噴丸加固等特殊工藝，可以增強機械表層的穩定性，或者通過調整切削角度來改變接觸面的受力，從而減少材料塑性變形并降低切削溫度。

4 結束語

隨著機械加工業與科技的不斷進步，人們對于機械加工的質量要求愈來愈高，這也給加工行業帶來了不小的壓力與挑戰。機械加工的表面質量對于零件的耐磨性、抗腐蝕性及精度都有著重要的影響，而影響表面質量的因素又是多種多樣的。因此在實際操作過程中，需要合理分析出影響表面質量的關鍵性問題所在，然后對癥下藥，制定出相應的防范性措施，從而提高機械加工的表面質量。

[1]陳彥華.機械加工表面質量的影響因素[J].中國新技術新產品,2009,(24):15-17

[2]李凱云.機械加工表面質量對機器使用性能的影響[J].汽車運用,2008,(01):23-25

[3]余志娟.機械加工表面質量及影響因素探析[J].裝備制造技術,2009,(06):29-31

[4]郭新軍.改善機械加工質量增強產品使用性能[J].企業導報,2011,(02):39-41