影響機械加工表面質量的因素及改進措施

摘要：本文通過對影響零件表面粗糙度的因素、零件表面層的物理力學性能（表面冷作硬化、殘余應力、金相組織的變化與磨削燒傷）、表面質量影響零件使用性能等因素的分析和研究，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；影響因素；控制措施

1 影響工件表面質量的因素

1.1 加工過程對表面質量的影響

1.1.1 工藝系統的振動對工件表面質量的影響

在機械加工過程中工藝系統有時會發生振動，即在刀具的切削刃與工件上正在切削的表面之間除了名義上的切削運動之外，還會出現一種周期性的相對運動。振動使工藝系統的各種成形運動受到干擾和破壞，使加工表面出現振紋，增大表面粗糙度值，惡化加工表面質量。

1.1.2 切削液對表面質量的影響

切削液的冷卻和潤滑作用能減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區溫度，使切削層金屬表面的塑性變形程度下降，抑制積屑瘤和鱗刺的產生，在生產中對于不同材料合理選用切削液可大大減小工件表面粗糙度。

1.1.3 工件材料對表面質量的影響

工件材料的性質；加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性越好，金屬的塑性變形越大，加工表面就愈越粗糙。加工脆性材料時其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點使表面粗糙。

1.1.4 切削條件對工件表面質量的影響

與切削條件有關的工藝因素，包括切削用量、冷卻潤滑情況。中、低速加工塑性材料時，容易產生積屑瘤和鱗刺，所以，提高切削速度，可以減少積屑瘤和鱗刺，減小零件已加工表面粗糙度值；對于脆性材料，一般不會形成積屑瘤和鱗刺，所以，切削速度對表面粗糙度基本上無影響。進給速度增大，塑性變形也增大，表面粗糙度值增大，所以，減小進給速度可以減小表面粗糙度值，但是，進給量減小到一定值時，粗糙度值不會明顯下降。正常切削條件下，切削深度對表面粗糙度影響不大，因此，機械加工時不能選用過小的切削深度。

2 機械加工表面質量對零件使用性能的影響

2.1 表面質量對零件耐磨性的影響

零件的耐磨性是零件的一項重要性能指標，當摩擦副的材料、潤滑條件和加工精度確定之后，零件的表面質量對耐磨性將起著關鍵性的作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當兩個零件的表面開始接觸時，接觸部分集中在其波峰的頂部，因此實際接觸面積遠遠小于名義接觸面積，并且表面粗糙度越大，實際接觸面積越小。在外力作用下，波峰接觸部分將產生很大的壓應力。當兩個零件作相對運動時，開始階段由于接觸面積小、壓應力大，在接觸處的波峰會產生較大的彈性變形、塑性變形及剪切變形，波峰很快被磨平，即使有潤滑油存在，也會因為接觸點處壓應力過大，油膜被破壞而形成干摩擦，導致零件接觸表面的磨損加劇。

2.2 表面質量對零件疲勞強度的影響

表面粗糙度對承受交變載荷的零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷處容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。并且表面粗糙度越大，表面劃痕越深，其抗疲勞破壞能力越差。

表面層殘余壓應力對零件的疲勞強度影響也很大。當表面層存在殘余壓應力時，能延緩疲勞裂紋的產生、擴展，提高零件的疲勞強度；當表面層存在殘余拉應力時，零件則容易引起晶間破壞，產生表面裂紋而降低其疲勞強度。

2.3 表面質量對零件耐腐蝕性能的影響

表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響很大。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質而使零件發生化學腐蝕和電化學腐蝕。

表面層殘余壓應力對零件的耐腐蝕性能也有影響。殘余壓應力使表面組織致密，腐蝕性介質不易侵入，有助于提高表面的耐腐蝕能力；殘余拉應力的對零件耐腐蝕性能的影響則相反。

3 控制表面質量的途徑

隨著科學技術的發展，對零件的表面質量的要求已越來越高。為了獲得合格零件，保證機器的使用性能，人們一直在研究控制和提高零件表面質量的途徑。提高表面質量的工藝途徑大致可以分為兩類：一類，是用低效率、高成本的加工方法，尋求各工藝參數的優化組合，以減小表面粗糙度；另一類，是著重改善工件表面的物理力學性能，以提高其表面質量。

4 提高機械加工工件表面質量的措施

4.1 制訂科學合理的工藝規程是保證工件表面質量的基礎。科學合理的工藝規程是加工工件的方法依據。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。對科學合理的工藝規程的要求是工藝流程要短，定位要準確，選擇定位基準時盡量使定位基準與設計基準重合。

4.2 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。在進給量一定的情況下，減小主偏角和副偏角，或增大刀尖圓弧半徑，可減小表面粗糙度。另外，適當增大前角和后角，可減小切削變形和前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤的產生也可減小表面粗糙度。比如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。

4.3 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。

5 結論

由于機械加工表面對機器零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、配合性質、抗腐蝕性能及精度的穩定性等有很大的影響，因此對機器零件的重要表面應提出一定的表面質量要求。由于影響表面質量的因素是多方面的，只有了解和掌握影響機械加工表面質量的因素，才能在生產實踐中，采取相應的工藝措施，對表面質量根據需要提出比較經濟適用性的要求，減少零件因表面質量缺陷而引起的加工質量問題，從而提高機械產品的使用性能、壽命和可靠性。

參考文獻：

[1]寇元哲.影響機械加工表面質量的因素分析[J].甘肅科技，2007，7.

作者簡介：高志軍，身份證號碼：412323197305180016endprint