影響機械加工表面質量的因素及應對措施

楊帆

【摘? ? 要】隨著現代機械設備精密度的不斷提高，機械加工精度要求也不斷提高，衡量零件加工質量好壞的主要指標有加工精度和表面粗糙度。因此，機械加工過程中必須注重對精度、質量的控制，以此減少不合格品的出現，提高企業的經濟效益。本文主要針對機械加工質量影響因素分析，并提出機械加工質量應對措施。

【關鍵詞】機械加工? 表面質量? 影響因素? 應對措施

中圖分類號：G4? ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.10.099

一、機械加工表面質量概念及要求

目前，機械加工零件使用的材料包括：特種高分子樹脂材料、特種陶瓷材料、金屬合金等。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，即機械加工平面層。機械零件加工質量有兩方面影響因素，一是零件的加工密度，二是零件表面質量。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。

二、影響機械加工表面質量的因素

1.切削加工。在對工件進行切削加工時，采用的刀具如果是呈現幾何形狀的復映刀具，則在該刀具進行進給運動過程中就會殘留出大面積的切削層，切削層的形狀與幾何形狀的刀具較為類似。比如說切削零件中會存在一些正方形、長方形、幾何形狀的刀具，如果遇到大面積的切削工程則一定會影響機械零件的表面質量。

2.材料性質。工件材料的性質分為兩類：一是塑性材料，二是脆性材料。加工塑性材料時加工零件會直接在刀具的壓力下形成塑性變形，對機械加工表面會造成一定影響。如果材料存在較高的韌性對其塑性變形幾率也會增大，最終會影響其表面加工質量。在對脆性材料進行加工時則材料會因為切削的影響，出現碎粒的情況，這些碎粒的崩竄，導致了加工表面出現了很多的坑點，從而使加工表面變得十分粗糙。

3.磨削加工。磨削加工造成的表面質量過程與上述的切削加工過程一樣，幾何因素以及表面金屬的塑性是決定磨削加工表面質量的主要影響因素，除這兩個因素外，影響表面質量的因素還包括砂輪的速度、硬度以及磨削速度等。磨削加工時表面層的機械性能改變情況尤為明顯。磨削加工表面質量的影響因素相對較多，其中工件的磨削轉圈次數也是重要的表面質量影響因素之一。

4.影響表面粗糙度的因素。第一，刀具幾何形狀的反映。刀具相對于工件作進給運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的反映。第二，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。第三，切削用量。加工脆性材料時，切削速度對于粗糙度影響不大，加工塑性材料時積屑瘤對粗糙度影響很大。影響磨削表面粗糙的主要因素有：砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整、磨削速度、磨削徑向、進給量與光磨次數、工件圓周進給速度與軸向進給量、冷卻潤滑液等。

5.工件表層組織變化。受到切削作用的影響會使機械加工出現塑性變形的問題，工件出現扭曲，晶粒之間出現移位，甚至很多晶粒出現破碎情況。這樣的現象可以提升表面層金屬的強度，被稱作是冷作硬化。金屬在經歷過冷硬化之后其高能位就會嚴重不穩，這種不穩的狀態會慢慢轉化為穩定，這一過程也被稱作是弱化。弱化程度的高低與溫度有關系，弱化主要是受到溫度的影響，溫度的高低決定了弱化的大小

三、提高機械加工工件表面質量的措施

1.制訂科學合理的工藝規程是保證工件表面質量的基礎。流程要滿足定位基準、設計基準統一重合的原則。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。運用先進工藝可降低原始誤差，科學的切削速度、切削刀具角度及適當的進給量等切削加工條件，能有效地確保零件表面機加工質量。

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，保證工件的表面質量。切削參數的選擇包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進給速度的選擇等。試驗證明，在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可有效抑制積屑瘤的形成，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。

3.降低機械零件的殘余應力和表面層熱變形對質量的影響。加工零部件時要結合設備性能要求建立加工指標規劃設計，提升表面性能方面可純化機械部件材料組成，減少熱縮現象對材料性能的影響，改善切削液的加入方式和使用流程，降低殘余應力產生的裂痕。在制造零件過程中，利用相關制造工藝零件使自身表面質量得以有效改善，增強工件表面材料性能的穩定性，減小在加工零件時產生的表面層熱變形與殘余應力。另外，合理的選擇切削液是保證加工工件表面質量的必要條件。

4.選擇適合的刀具與工件材料。在選擇刀具時要根據工件材料的實用性去選擇刀具，避免使用磨損程度較強、整體性較好、非常鋒利的刀具。這樣刀具的使用可使機械表面保持相對平滑的狀態，減少表面粗糙狀況。工件材料中影響機械加工表面質量的因素就是材料本身的屬性及組織這兩個方面，一定要合理選擇適宜的工件材料與組織。

5.工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要。工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要，因為最終工序在該工作表面留下的殘余應力將直接影響機器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。

參考文獻

[1]李友生.影響機械加工表面質量的因素及控制措施[J].機電信息，2019（30）.

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