試析機械加工表面質量的影響因素

撰文/陳巖

■030006 山西尚風科技股份有限公司 山西 太原

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試析機械加工表面質量的影響因素

撰文/陳巖

■030006 山西尚風科技股份有限公司 山西 太原

機械加工表面質量問題不但對加工零件的使用性能有影響，還對機械的使用壽命有影響。本文闡述了機械加工表面質量對其使用性能的影響，同時還根據實際工作里影響機械加工表面質量的因素進行了分析研究，這在改善產品質量以及加強產品使用性能方面提供了理論與枝術支持。關鍵詞：機械加工；表面質量；影響因素

盡管機械零件加工表明的這些問題只是作用于表面層，可是卻對零件的配合性質、耐磨性、抗腐蝕性以及疲勞強度等性能產生了嚴重影響，有時還會對機械的使用壽命產生影響。目前社會的發展迅速，用戶對產品的質量提出了進一步的要求，很多在高壓、高溫、重載等不一般的環境中工作的重要零件，表明需要承受巨大的壓力與周圍的介質的腐蝕作用，其零件表面的沒一處細小的缺點都可能會影響零件的使用。產品工作性能像可靠性以及耐久性的長短，在很大程度上是由于其重要零件的表面質量。分析機械加工表面的質量和影響因素，只有了解其變化規律，才可以提升機械加工表面的質量和產品的使用性能。

所有機械加工的表面，其表面實際上都不可能是完全理想的光滑，肯定會有一定的微觀幾何的形狀誤差。同時，在加工時表面材料因切削力、切削熱的因素，這會導致本來的物理機械性能發生改變。所以，機械加工的表面質量與其表面的粗糙程度以及表層材料的物理力學性能的變化有關。

表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面的較小間距和微小峰谷的微觀幾何形狀誤差.它主要是由于切削加工過程中的刀痕、切削分離時的塑性變形、刀具與被加工表面的摩擦、工藝系統的高頻振動等原因造成的。

a機械表面粗糙度

①表面粗糙度影響配合性質。其表面粗糙程度強的零件在裝配過后，其本有的接觸面積變減少，接觸剛度會被削弱。在間隙配合時，因為磨損導致間隙變大，使得接觸剛度而降低進而形成振動；在配合過盈時，因為表面的峰頂被擠平，使得實際的過盈量減少從而配合的連接強度降低。

②表面粗糙度影響耐磨性。假設機械表面粗糙度的值比較大，如果凸峰接觸，是因為摩擦；則凸峰嵌入到凹谷，其摩擦阻力就會大，形成塑性變形、彈性變形以及破壞剪切，這會導致嚴重的磨損；其表面粗糙度太小，潤滑油就會被擠出，因為分子間的親和力變強，就會使得其表面冷焊、膠合，導致磨損加劇。所以必須要選擇符合的表面粗糙度，這才可以有效地使零件的摩擦與磨損變小。

③表面粗糙度影響耐腐蝕性。零件在介質里活動時，其表面粗糙的凹谷，很容易使腐蝕性介質沉積進而形成化學腐蝕與電化學腐蝕，這樣就促使表面銹蝕形成。

④表面粗糙度影響疲勞程度。因著交變載荷，使得零件表面變得越來越粗糙，導致應力集中現象越來越嚴重，進而產生疲勞裂紋并使其加劇，形成疲勞損壞。

⑤表面粗糙度影響接觸剛度。有這樣一個規律，機械零件的表面越粗糙，其表面的實際接觸面積就會越小，其單位受力面積就越大，這會導致凸頂處的塑性變形增強，接觸剛度降低，對機器的工作精度與抗振性能產生影響。

⑥表面粗糙度影響結合密封性。因為存在微觀不平，導致兩個表面局部互相接觸，使得中間縫隙，對密封性產生影響。

影響表面粗糙度的因素

其實導致表面粗糙度的原因很多，主要有以下幾個原因：

①刀具幾何形狀。在切削過程中，因為刀刃的形狀以及進給量的原因，余量沿切深不可能完全被切除，所以就會復留下相應的殘留面積，其高度也會影響己加工零件表面的粗糙度，其主要的影響因素有有主偏角、刀尖圓弧半徑、副偏角以及進給量等。像加工塑性材料過程中，前角的影響比較明顯，就可以取大點；車削細長軸時，要衡量工件的剛度，選擇偏大的主偏角。

②工件材料性質。一般規律，塑性材料的被加工材料的硬度越低，其韌性越大，加工后它的表面粗糙度值也會較大，其冷硬現象也比較嚴重。加工脆性材料的過程中，切屑呈現出不規則的碎粒狀時，它的加工表面常常會有微粒崩碎的痕跡出現，留下很多麻點，使得表面粗糙度增大.對于相同的材料，它的晶粒組織越大，加工后的表面粗糙度值也就越大。

③切削用量。在一定的切削速度范圍中，加工鋼料或者有色金屬等塑性材料時，會形成積屑瘤以及鱗刺，這會影響到零件的表面粗糙度。除此之外，當背吃刀量或者進給量非常小并且刀刃不是很鋒利時，刀刃很容易在工件表面打滑，使得其表面粗糙度增大。

表面層物理力學性能

機械加工過程中，因為工件得切削力以及切削熱的原因，它的表面層的物理與力學性能就會發生非常大的改變，使得基體材料的不同，主要表現在表面層的金相組織以及硬度的變化和表面層有殘余應力出現。

a表面層物理力學性能影響零件使用性能

①冷作硬化的影響。表層材料使得冷作硬化作用產生，它的強度、硬度都會提升，塑性下降，所以零件耐磨性和接觸剛度會提高，然而過度的硬化就會導致其表面層產生裂紋，并且表面層會剝落，加大磨損，耐磨性下降，這對配合精度以及配合質量有很大的影響。

②殘余應力的影響。在機械加工過程中，如果表面層金屬的組織在形狀、體積以及金相組織發生改變時，它表層組織和基體材料交界處就會有互相平衡的彈性應力產生，這就是殘余應力。殘余應力有殘余拉應力以及殘余壓應力兩種，殘余拉應力會使零件的疲勞強度降低，有的也會導致零件表面發生微裂紋；殘余壓應力有的時候卻可以提升零件的疲勞強度。

b影響表面層物理力學性能的原因

①影響加工硬化的主要原因。表面冷作硬化程度與產生塑性變形的切削力、變形的溫度、變形速度和工件的材料息息相關。其切削力越大，它的塑性變形也就越大，硬化層深度越大，就會導致加工硬化嚴重；由于對工件的表面層硬化會發生軟化作用，所以切削溫度越高，就能夠部分消除冷作硬化；越快的變形速度，其塑性變形就越不充分，其硬化程度就會削弱；工件材料的硬度低，塑性變形大，就會導致嚴重的硬化現象。

②影響表面層殘余應力的原因。在切削加工中，當切削溫度不是很高時，在切削力的影響下，工件表面就會發生塑性變形，當基體金屬發生彈性變形時，就會產生殘余壓應力；其切削熱的作用導致表層和基體金屬由于收縮不同而受到影響，形成了殘余拉應力；溫度太高，導致表層組織產生相變，使得體積改變，也會形成殘余拉應力和殘余壓應力。在不同的情況下，這些原因里的某一種或兩種會起主導作用。

結束語

如今不斷進步機械加工業和科技，使得用戶對機械加工質量的要求越來越高，這使得加工行業有了很大的壓力和挑戰。機械加工表面的質量對零件的抗腐蝕性、耐磨性和精度都產生了重要影響。同時因為影響表面質量的因素是很多的。所以在實際操作的過程中，必須合理分析影響機械表面質量的問題，從而對癥下藥，提出相應的防范性方法，達到增強機械加工表面質量的目的。

參考：

［1］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，（O1）： 23-25

［2］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

［3］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.（2）：39- 41

陳巖（1988-），性別：男；民族：漢；籍貫：山西臨汾；職稱：初級工程師；學位：學士學位；研究方向：機械設計制造及其自動化。