影響機械加工表面質量的因素及改進措施

摘要：在機械制造行業中，對于產品的精度有著更高的要求。數控機床的應用，使得加工零件的表面質量獲得了很大提升，同時提高了加工零件的使用性能。需盡量減少各類因素對加工零件表面質量的影響，使其表面質量滿足要求。分析機械加工對使用性能的影響，以及影響機械加工表面質量的因素，對相關問題進行總結，針對存在的問題提出有效的改進措施和對策。

關鍵詞：機械加工;表面質量;因素;改進措施

0" "引言

加工制造的機械設備由不同的模塊組成，并配備不同的計算機加工模塊。機械零件的質量是影響機械加工性能的主要因素。機械零件表面質量的好壞，直接決定著加工機械所使用的不同零件的合格率、產品質量和性能。

機械零件的表面質量情況，是指在機械設備加工制造各種零件的時候，由于不同的物理性質、生化和熱力學條件而引起的外觀質量變化。從微觀的角度來看，是表面微觀平整度出現變化，從宏觀的層面看，即機械零件的表面粗糙程度發生有不同程度的變化。本文重點探討了加工流程中的不同加工因素、環境因素等，對加工零部件外觀品質的影響規律，通過對其中的規律進行分析，提升表面加工工藝水平，提高機加工零件的表面質量，最終整體提升機加工行業的綜合管理水平。

1" "機械加工對使用性能影響

機械加工的外表品質對零配件的耐磨、防腐蝕等方面產生著重要的影響，而電子產品的加工性能、可靠性、應用年限，在很大程度上取決于零配件的外表品質。所以說，雖然科學技術的進展很快，但是目前的機械加工質量還是必須緩步提高，不能陷入固步自封的狀況。根據相關資料可知，機械零部件的損壞，通常都是從機械加工表面開始的。通常，比較關鍵的機械零部件表面會比一般零部件的要求要高，這也就是外觀品質好的機械零部件，使用過程中的耐磨、防腐蝕性能較強的原因之一。

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

2.1.1" "材料的性能影響粗糙度

機械加工后的表面性能主要受材料本身的性能影響。通過研究能夠得出以下結論：對于合金材料多為先經過熱處理再進行加工的。通過這種熱處理的方法，能夠有效降低在加工過程中對合金材料的磨損，在加工程序中增強耐磨能力，從而獲得具有良好表面耐磨性的機械零件。

如合金零件的脆性指數非常高，或一些脆性指數較高的金屬材料用于合金中，將使脆性高的新金屬材料更容易被切割，形成大量的新金屬材料報廢。切屑破碎后，在合金表面會留下許多凹凸部位，提高了加工表面的粗糙度。若合金零部件的表層彈性比較好，其在過程中就會形成較大塑性變形，從而導致機械加工表面的粗糙程度增大。

宋波等人通過使用激光選區熔化技術，對合金材料進行了高溫預處理，并對通過高溫預處理后的金屬材料，與尚未通過激光選區熔煉工藝技術高溫預處理的零部件，予以機械加工，以此來做對比。結果表明，通過激光選區熔化技術預處理后的合金材料殘余應力變化不大，加工后零件表層的土壤粗糙度也由10μm減少到5.2μm。

2.1.2" "切削加工影響粗糙度

磨削過程中的速度、進給速度、磨刀長度和主要偏置角，是影響被加工零件外觀質量的主要原因。針對各種加工特性的金屬材料，必須配合不同的機械加工切削要求，故而在使用表面塑形性較好的合金材料機械加工之后，為減少機械加工零件表面的粗糙度，就必須相應提升機械加工速度。

郭曉磊等人選用玻璃纖維板為主要機器磨削加工材料，在意大利Paolino Bacci有限公司制造的SMART五軸磨削加工機械設備上，使用硬質合金雙刃和直刃柄銑刀等主要切割工具，更深層次地分析了切削速度、切削厚度，對機磨零件表面粗糙度的影響程度。研究結果表明：隨著磨削厚度的增加，被加工零件的表面粗糙度也相應增大;當被加工零件的表面粗糙度值相同時，高速銑削的磨削厚度較大，既能減少刀具磨損，提高刀具使用壽命，又能提高車床的產量。

朱金鵬等人在自己所研發的高速立式精細機械車床上，深入研究了純鐵材質在精細的磨削加工過程中，磨削加工條件對加工零部件表面粗糙度影響因素及其變化規律。結果表明，切割工序中的切削深度、推進量、切削速度，都是機械加工零部件表面粗糙度的影響因素，影響程度由大到小分別是推進量、切割深入、切削速度。

2.1.3" "磨削加工影響粗糙度

在進行切割的時候，砂輪上的磨粒的排列分布、磨粒的寬度、槽結構和寬度，都會影響被加工零件表面的頂飾面或槽特性，從而提高被加工零件表面的粗糙程度。

溫雪龍等人在自己所研究的三維微機加工機床上，對硬脆材料鈉鈣玻璃材料展開了系列切削，與機械加工條件考察測試，研究了不同能夠影響機械加工表面粗糙程度的因素。試驗結果顯示，推進速度變小，機械加工零部件表面粗糙度變小;研磨深度增大，零部件表面粗糙度也提高;主軸速度變小，零部件表面粗糙度也降低。

2.2" "影響機械加工表面性能的因素

2.2.1" "加工表面產生冷作硬化

由于加工過程中的理化因素，造成具有晶體結構的合金在晶粒中產生剪切滑移，進而導致晶粒中的單元晶粒被過分地拉伸，并最終斷裂。該流程增加了合金零部件的強度和硬度，一般來講，將這種流程或其所帶來零部件的特殊功能叫做冷作硬化。在零件加工制造過程中，冷作硬化效果對零件表面的變形抗力和塑性都會產生一定影響。材料在加工過程中的擠壓、切削速度和切削力都會改變冷作硬化的程度。

2.2.2" "金相組織性能發生變化

無論是切割還是研磨，在工具接觸金屬材料流程中，都必然產生巨大的熱量。熱能傳導到金屬材料上會使得金屬材料的溫度上升，一旦金屬材料的溫度超過合金的想變溫度，材料表面的金相組織聚會出現相應變化。金相組織的形變一旦過度強烈，將會大大降低金屬材料的硬度，或在金屬材料表層形成裂縫。

2.2.3" "表面殘余應力

機械加工產生的熱量會使金屬材料表層形成殘余應力，引起的金屬材料發生金相組織變形。金相組織的改變，會使得各個區域材料的分子密度和比容發生一定變化，使尚未引起金相改變的組織因遭受金相組織擠壓，而產生殘余應力。

3" "提升機械加工表面質量的改善措施

綜上分析可知，影響表面粗糙程度的主要因素有磨削條件、刀具、工件材質等幾個方面。掌握了影響表面粗糙程度的幾個原因后，人們就需要通過某些預防措施，來減少工件表面的粗糙程度，并以此來提高工件的表面質量。

3.1" "刀具

為減小表面殘留面積，加工刀具時必須選用大內切圓半徑或呈現細弧線形的刀具，以提高機械加工表面的品質。此外，在選用刀具時，必須按照工件材料的實用性選擇哪種刀具，并盡量避免采用表面磨損程度較強、穩定性較好、非常銳利的刀具。按照原則選擇刀具進行加工，能夠使機械表層處于比較光滑狀況，從而提高表面粗糙度。

3.2" "工件材料

加工表面的品質也深受工件材質的影響，而且影響是非常巨大的。其中對加工表面質量較大的因素，是材質自身的化學屬性和結構組成。

一般來說，對于塑形量較大的一些金屬材料都必須進行相應的加工錘煉處理，盡量減少金屬材料的塑性以后，才能進行機械加工。如此可以使金屬材料的加工表面保持光潔。除此之外，需要采取合適的加工工藝進行加工，以使機械加工表面質量獲得較大提高。

3.3" "加工方面

為了有效提升機械加工表面品質，必須要選用合適的機械加工方式，并盡量降低進給量。可使用砂輪對工件表面進行特殊處理，借此方式來提升機械加工外表品質。可針對砂輪表面加以拋光，讓研磨砂輪的表面保持光潔，以此使研磨表面的功效得以最大程度凸顯。把其運用于實際機械加工中，能夠有效改善機械零件磨削加工表面。

另外，還要科學合理的選用刀具形式。在運用刀具時，必須適當控制刀具磨損長度。切削加工時應該選用較大的切割速率，并使用高效切割液。而通過將這些辦法綜合起來，則能有效降低工件表面層的變形。

3.4" "編制科學合理的工藝規程

零件加工前，應制定出科學合理的加工工藝規程，這是基本條件。唯有建立了科學合理的加工工藝規程，方可保障所加工工件的表層品質符合科學度標準。工藝規范編制中，要保持過程精練、定位精確等基本特點。在基準定位過程中，要盡可能保證定位基礎與所設定基線一致。

3.5" "切削條件的合理選擇

合理有效的加工要求，可以有效避免表面積形成屑瘤，并保證殘余表層的標高符合實際要求，從而提升機械零部件的表層品質。在機械加工要求遴選流程中，需要兼顧刀具切削夾角、切削速度、推進速率等參數。此外，主偏置角、負偏角度、刃尖圓弧半徑等，均會對零部件的表面粗糙度形成很大影響。

在進給量明確的情況下，通過減少主偏置角、副偏角度、增大圓弧半徑等，均能夠達到提高零部件表面粗糙度的最終目標。針對前角、后角等進行適當調整，則可以有效降低切割變形、刀面前后摩擦等的負面影響。

3.6" "先進加工技術的引入

機械零件的機械加工中，要適時引用先進的機械加工技術，以保證生產工藝流程等方面符合現實要求。如可將機械精密工藝與電子計算機技術相結合，以進一步提高對機械加工操作的精確度要求。在符合實際工藝要求的前提下，要盡可能選用較小的進給量和軸流式進給速度，以便實現加工過程的穩定性，并減少研磨振動的影響。在必要時，還可以加大研磨液的加入量，使研磨效果有所改善。

4" "結語

綜上所說，機械加工表面質量會嚴重影響到機械設備產品可靠性和耐久性，并直接影響到公司的生產效率。所以，加工者必須全面了解在加工過程中影響工件品質的各種因素，并根據不同的加工質量和加工方法不斷地加以優化，以便通過提高工件表面粗糙度，達到改善整體加工品質的目標。

參考文獻

[1] 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].我國新通信，2018，20（15）：214.

[2] 劉麗萍.淺析影響機械加工零件表面質量的因素及其改進策略[J].機電信息，2011（30）：121+123.

[3] 呂季.影響機械加工表面質量的因素和相關措施芻議[C].北京中外軟信息技術研究院.第三屆世紀之星創新教育論壇論文集.北京中外軟信息技術研究院，2016：1273.