影響機械加工表面質量的因素及采取的措施

崔會彬

摘要：工業技術的快速發展使得我們對機器的要求越來越高，特別是重要的精密的零件在高溫、高壓和高強度的條件下工作會產生損壞，雖然是微小的缺陷也會直接影響到機器的工作性能，這必然導致機械加工中工件的表面質量變差。在進行機械加工時，受很多因素的制約，工件的表面質量就很容易受到影響，因此在加工前必須要考慮怎樣才能提高工件的表面質量。只有通過分析影響機械加工表面質量的因素，才能提出行之有效的措施解決這些問題。在很多的研究與生產實踐中都表明，工件的失效都是從表面開始，因此工件的表面質量決定了其性能的好壞，提高機械加工表面質量具有重要的意義。在本文中筆者分析了影響機械加工表面質量的因素，并提出了針對了該問題的解決措施。

關鍵詞：機械加工；表面質量；影響因素

機器在正常的使用過程中，有時突然損壞的原因大部分都是由于其零件受損，究其原因有下列幾種：設計時考慮不周全、超負荷運作和受到磨損或腐蝕。其中，最主要的是磨損、腐蝕和疲勞損壞都在于零件表面。

1.影響機械加工表面質量的因素

1.1耐磨性

在剛加工好的摩擦副的兩個接觸表面之間，最初的接觸位置是在表面粗糙的峰部，但在實踐中的接觸面積是遠遠小于理論接觸面積的。因為在相互接觸的地方會產生非常大的單位應力，所以會在實際接觸面積處產生塑性變形或者彈性變形，還會破壞峰部之間的剪切，就引起了磨損。

1.2疲勞強度

因為金屬在交變載荷作用下，容易導致應力集中，所以會產生裂痕。表面的粗糙度值和表面的紋痕成正比，粗糙度越大表面裂痕就越深；抗疲勞破壞的能力隨著紋底半徑的擴大而越差。而殘余應力能夠阻止疲勞裂痕的擴展，并且能防止產生疲勞破壞。

1.3耐腐蝕性

機械加工中工件的耐腐蝕性由表面的粗糙度決定，表面的粗糙度值越高，凹谷中就會容納更多的腐蝕性物質，耐腐蝕性就越差。另外表面層的殘余拉應力具有應力能夠腐蝕開裂，降低工件的耐磨性，但是殘余壓應力則相反能防止應力腐蝕開裂，可以提高工件的耐磨性。

1.4加工材料及其質量

機械加工中的加工材料對表面質量具有最直接的影響。加工中使用的刀具的副偏角、主偏角和刀尖圓弧半徑三種幾何參數對表面質量的影響最大，因為在一定的狀況下減小該三種參數的數值可以降低工件的表面粗糙度。在工件切削中，切削用量和冷卻潤滑情況兩種工藝因素直接關系到切削條件。切削速度對表面粗糙度沒什么影響，切削深度對表面粗糙度也基本無影響，但是機械加工在正常切削條件下時不能選用過小的切削深度。另外工藝系統的精度和剛度也就是其質量對機械加工表面質量也有一定的影響，加工材料足夠好的質量才能獲得很小的表面粗糙度。

1.5冷作硬化及其參數

機械加工過程中由于切削力的作用，很容易產生塑性變形，產生品格扭曲、畸變，比如晶粒間產生剪切滑移、品粒被拉長和纖維化甚至破碎，這種現象稱為冷作硬化或冷作強化。而且表面金屬強化會加大金屬變形的阻力和減小金屬的塑性，因此就會改變金屬的物理性質，此時金屬處于高能位的不穩定狀態，在某種條件下會轉化成比較穩定的狀態，這種現象就是弱化，而弱化作用的大小由溫度的高低、溫度持續時間的長短和強化程度的大小決定。冷作硬化的評估參數指標有表層金屬的顯微硬度、硬化層深度和硬化程度，都是影響冷作硬化的重要因素。

2.提高機械加工表面質量的措施

2.1使用高質量的加工刀具

機械加工中的切削加工中，所加工的工件會受到切削力和切削熱的作用，因此影響了金屬表層的物理性，不僅產生了殘余應力，金屬表層顯微硬度和金相組織都產生了變化，另外由于磨削加工時會產生更嚴重的塑性變形，所以磨削加工后的上述三項物理機械性能有更大的變化。為了盡可能的減少殘留面積，機械加工時的刀具在選用時應注重較大的刀尖圓弧半徑、較小的副偏角或合適的修光刃和寬刃精刨刀或精車刀等，重視刀具和工件材料有好的適應性，因為該類型的工具都有利于降低工件的表面粗糙度。提高機械加工表面質量必須構造好的切削條件，比如在切削塑性材料時，為了降低表面粗糙度最好使用高速切削，不僅能夠減小切削變形還能抑制積屑瘤的產生；對于切削脆性材料，切削速度與表面粗糙度沒有關系，但進給量可以影響表面粗糙度，減小進給量能夠減小表面粗糙度，但不能過小，否則會使工件和刀具發生強烈的擠壓和摩擦，適得其反。

2.2使用合適的工件材料

對機械加工表面質量影響較大的是工件材料的塑性和金相組織。具備適宜的金相組織的工件材料是從狀態、晶粒度大小及分布三個方面去分辨的。在加工塑性材料時，因為刀具擠壓金屬容易產生塑性變形，另外刀具會產生使切屑與工件分離的撕裂作用導致增加了表面粗糙度。加工表面粗糙度隨著金屬塑性的變大而變大，而工件材料的韌性越好金屬的塑性變形就大。

2.3采用正確的加工方法

在機械加工中為了提高表面質量最好采用精密、超精密和光整加工。使用較小的徑向進給量和軸向進給速度、較大的砂輪速度、細粒度砂輪，對砂輪工作表面進行精細修整，盡量讓砂輪上磨粒變得鋒利，這樣的加工方法才能獲得較好的磨削效果。

3.結束語

機械加工所加工的工件表面質量與其使用性能有重要的密切相關性，而工件的優秀的使用性才能使機器正常工作，因此在機械加工工件的過程中，我們還需考慮到經濟效益，不僅能保證工件的表面質量還能避免造成不必要的損耗。了解了影響機械加工表面質量的因素，在實際的生產制造中，才能采取對應的措施和技術改進，才能減少由于工件因表面質量缺陷而引起的加工質量問題，最終才能提高機械產品的使用性能和延長其使用時間。

參考文獻：

[1]寇元哲.《影響機械加工表面質量的因素分析》.甘肅科技.2007.

[2]張福潤，徐鴻本，劉延林主編.《機械制造技術基礎》.華中科技大學出版社.2000.

[3]李兆銓，周明研.《機械制造技術》.中國水利水電出版社.2005.