影響機械加工表面質量的因素及改進措施分析

郭帥 陳鵬 張鵬 劉瓊 李瑞豐

摘 要 此文簡單介紹了機械加工表面質量的概念與要求，詳細分析了影響機械加工表面質量的因素，并研究了改善機械加工表面質量的方法。

關鍵詞 機械加工表面質量;因素;改進措施

引言

產品在加工時，要了解、掌握產生誤差的原因及采取適當工藝措施限制和減小誤差的方法，使工件控制在圖樣或工藝文件允許的公差范圍內，加工出合格的零件。對于相同的生產條件下所加工出來的同一批產品，會因為一些加工因素不同而產生不同的影響，得到的尺寸、形狀和表面位置也不會完全的一致，會產生一定的加工誤差。因此，在產品的整個加工過程中，都應當注意保證加工精度的問題。下面探討保證和提高加工精度的工藝途徑。

1機械加工表面質量概念及要求

機械加工過程中，合金坯料受到物理、化學、力學作用下會出現一個平面層，這個平面層就是機械加工平面層。機械零件平面層與標準零件平面層之間存在的形狀差異通常使用粗糙度指數來評價，機械零件被加工后其技術表面的理化組織性質和力學性能與目標零件性能指標的差異性是另一個評價機械零件平面層的標準。機械加工過程中，在機械切削作用及切削工作振動摩擦的作用下，機械零件合金材料微觀表面結構會出現類似于波峰、波谷的結構變化，這種結構變化的定量評價使用表面粗糙度評價。機械零件表面理化組織性質指的是，機械切削作用產生的熱量會傳遞到合金零件中，導致合金零件溫度上升，當溫度達到合金熱處理溫度時，合金表面就會發生退火等微觀組織性質的變化。力學性能指的是機械加工產生的機械變形和機械熱作用會導致合金表面存在殘余應力，殘余應力如果沒有及時的被消除，則會導致合金零件表面出現微觀裂紋，嚴重影響到零件使用過程中的耐疲勞性和使用壽命[1]。

2影響機械加工表面質量的因素

2.1 影響表面粗糙度的因素

（1）材料的性能影響粗糙度

機械零件基體材料的性質是決定其加工后表面性能的重要因素。例如，研究發現，合金材料先經過熱處理后再進行機械加工，這種熱處理可以提高合金材料在機械加工過程中的磨損機械，提高加工過程中的抗磨損能力，得到表面耐磨性能良好的機械零件。如果合金零件的脆性指數較高，或者合金中使用脆性指數高的某種金屬材料，導致其在機械加工過程中，脆性大的金屬容易被切削產生大量的廢屑，廢屑碰碎就會在合金表面殘留出很多凸凹點，增加機械加工表面粗糙度。如果合金零件的韌性較高，其在加工過程中會產生較大的塑性變形，使得合金表面的波峰波谷間距增加，也會增加機械加工表面粗糙度。

（2）切削加工影響粗糙度

從機械加工原理和實際操作經驗來看，切削加工過程的速度、進給量、切削刀具的尺寸、主偏角等都是影響加工零件表面質量的重要因素。并且，對于不同性質的材料，需要配套不同的切削條件[2]。

（3）磨削加工影響粗糙度

在磨削加工過程中，砂輪上磨粒排布圖案、磨粒尺寸、溝槽結構及尺寸等都會對機械加工零件表面的波峰波谷特性有影響，進而改變零件表面的粗糙度。溫雪龍等人在自主研制的三維微機械加工機床上對硬脆材料鈉鈣玻璃材料進行一系列磨削工藝條件考察，并考察了不同因素與加工零件表面粗糙度的變化規律。結果表明，進給速度降低，零件表面粗糙度降低;磨削深度增加，零件表面粗糙度增大;主軸轉速降低，零件表面粗糙度降低。

2.2 影響機械加工表面性能的因素

（1）加工表面產生冷作硬化

具有晶體結構的合金材料受到機械加工的物理作用，使得合金的晶粒之間發生剪切滑移，使得晶體中的單元晶粒被過度拉長而最終破碎，這個過程提高了合金零件的強度和硬度，這個過程或者所賦予零件的特性被稱為冷作硬化。在零件的或許加工過程中，零件表面的變形阻力和塑性會受到冷作硬化作用的影響，而出現不同程度的弱化。材料在機械加工過程中的擠壓力、切削速度、切削深度都會改變冷作硬化程度[3]。

（2）金相組織性能發生變化

無論是切削加工還是磨削加工，工具在接觸材料過程中都不可避免的產生大量的熱值，熱量傳遞到材料后會提高材料的溫度，當材料溫度達到合金的相變溫度后，材料表面就會發生金相組織的變化。金相組織的變化如果過于激烈，就會降低材料的硬度，甚至在材料表面產生裂紋。

（3）表面殘余應力

機械加工產生的熱量會導致材料表面產生殘余應力，尤其會產生在發生金相組織變化的材料表面。這是因為，發生金相組織變化后，不同區域材料的密度和比容會發生變化，導致未發生金相變化的組織受到金相組織壓迫而產生殘余應力。

3改善機械加工表面質量的方法

3.1 對加工材料進行預處理或者開發優異特種材料

材料的塑性和微觀組織結構是決定材料經過機械加工后表面性質的兩個核心因素。因此研究人員開發出了特種材料用于機械加工，以應對不同行業需求。同時，基于微觀調控技術和塑性改造技術，研究人員針對材料原始特性，開展了一系列材料預處理技術研究[4]。

3.2 選擇恰當的加工條件

上文已經總結不同研究人員探索的不同切削條件對加工表面粗糙度的影響，可以發現，不同的切削刀具、目標產品質量、加工材料特性都有其特定的切削條件。例如，利用磨削處理零件表面時，要選擇砂輪磨粒尺寸均一、分布整齊的少輪，以獲取更低的表面粗糙度。

3.3 有效控制殘余應力

在控制殘余應力方面，可以從刀具選型和加工工藝兩方面入手。選擇刀具時，應當選擇具有較大前角和后角的刀具，并且在刀具刃磨時應當縮短切削刃口的半徑;加工工藝方面，在切削用量固定的前提下，盡可能使用高轉速和較低的進給量，并配合噴射切削液強化表層的變形[5]。

4結束語

各種材料通過機械加工得到的各種零件質量、性能和使用壽命與零件表面材料的粗糙度、組織性能息息相關。

參考文獻

[1] 蒙勝.試析機械加工表面質量的影響因素與改善方式[J].現代制造技術與裝備，2018（11）：165-166.

[2] 李友生.關于影響機械加工表面質量的因素分析和相關措施探討[J].中國新通信，2018，20（15）：214.

[3] 姚子生，王曉雷，李博.機床加工過程振動特性及對加工表面質量影響的研究[J].中國設備工程，2018（14）：197-198.

[4] 徐大山.影響機械加工表面質量的因素分析和相關措施探討[J].中國新通信，2018，20（11）：217.

[5] 李建松.影響機械加工表面質量的因素及改進措施[J].內燃機與配件，2018（8）：124-125.