影響機械加工表面質量的因素及處理

鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司 孫士杰

一、表面粗糙度對機械加工表面質量的影響

1.切削加工的影響。在對工具進行切削時，所留下的切削層殘留面積和幾何刀具形狀相同，都是刀具幾何形狀的復映，切削加工的影響如圖1所示。

圖1 切削加工的影響

2.磨削加工的影響。磨削加工表面粗糙度與切削加工表面粗糙度的形成過程相同，都是由幾何刀具形狀和表面金屬塑性變形決定。砂輪的硬度和粒度、修整磨削速度、磨削速度和徑向以及軸向和工件圓周的進給速度、進給量、冷卻潤滑液等因素都會影響機械加工的表面質量。

二、表面物理機械性能對機械加工表面質量的影響

1.表面層殘余應力的影響。由于切削零件表面時，金屬層中容易發生塑性變形，導致表層金屬體積膨脹，比容增大，從而產生殘余應力和殘余拉應力，并且容易導致切削區域產生大量的切削熱。需要注意的是，不同金相組織的密度不同，一旦加工表面金屬層發生金相組織變化，那么必然會被基體金屬阻礙，從而產生殘余應力。影響整個機械加工表面質量。殘余應力的影響如圖2所示。

圖2 殘余應力的影響

此外，零件工作表面最終工序所產生的殘余應力也會直接對零件的使用性能造成影響。如，零件在交變載荷作用下，表面容易出現裂紋，在殘余應力作用下，裂紋會逐漸擴大，嚴重時會導致零件斷裂。因此要根據零件工作表面所承受的工作形式和零件抵抗疲勞破壞等因素來確定零件的加工工序。

2.表面層冷作硬化和材料金相組織變化的影響。機械加工的實際過程中，在切削力作用下，使得表面層金屬收到的擠壓增強，切削鈍圓半徑擴大，從而是金屬產生塑性變形、剪切滑移、晶粒變化等問題，導致零件表面金屬冷作硬化。因此切削速度越大，冷硬層深度就會越大。同時進給量的增大也會導致切削力增大，使表層金屬發生塑性變形，導致冷硬現象發生。

如果被磨零件的表面溫度高于變相溫度，就會導致金相組織變化發生，從而降低金屬層的強度與硬度。此外，還會造成殘余應力的發生，使加工表面出現磨削燒傷。

三、改善機械加工表面質量的有效手段

1.選擇和工件材料相匹配的適應性較好的刀具材料。由于零件在切削加工的過程中，容易受到切削力、熱的影響，使表面金屬產生殘余應力、金相組織和冷作硬化等現象，這些現象又導致塑性變形和切削熱更加嚴重。為了減少殘留面積，要選擇刀尖圓弧半徑大、主偏角和副偏角小的刀具，要選擇合適的潤滑液。同時還可以通過降低進給量減小零件表面的粗糙度。由于材料塑性變形與金相組織變化是造成機械加工表面粗糙的主要因素，因此，塑性較大的材料要先進行正火處理以后，才能進行切削加工，以降低材料的塑性，減小粗糙度,同時還要滿足金相組織變化。

2.選擇合適的切削方式。在切削時，由于切削材料的不同，因此切削用量也會不一樣。為了減小切削變形和加工零件的表面粗糙度，降低殘留面積高度，避免切削厚度與工件發生擠壓和磨差，可以在切削塑性材料時選擇高速切削的方式；而在切削脆性材料的時候，由于表面粗糙不受切削速度的影響，因此，可以采用高效切削液使系統剛度加強，在提高機床的穩定性的同時，確保加工表面質量。

3.選擇合理有效的磨削參數和冷卻加工方式，以降低零件的表面粗糙度。在實際生產過程中，確定磨削參數要先確定初步的磨削參數并進行試磨，通過對工件表面熱損傷的查看，對磨削參數進行調整；在實際磨削時，要對磨削范圍內的溫度進行測量，并控制其參數。同時，采用有效的冷卻加工、精密和光整加工等方式，并選用細粒度砂輪和磨削液，也能使加工表面粗糙度降低。

4.在使用刀具的時候，盡量減小切削刃口的半徑，并對刀面磨損寬度進行限制。同時加工時要選用有效的切削液和較高的切削速度，確定合適的進給量，以減少殘余應力的變化對機械加工表面層造成的質量影響。

四、結論

機械加工表面質量與工件使用性能聯系緊密。由于工件表面受到表面粗超度和表面物理機械性能的影響后，會直接影響工件抗疲勞的強度，尤其是在應力集中和腐蝕的時候。因此，在機械加工時應選擇合適的刀具、加工方式和切削用量，盡可能避免表面粗超度和表面物理機械性能對加工表面質量造成影響。