機械加工過程中質量技術的作用分析

（沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043）

1 關于機械加工的表面質量

機械零部件的表面質量是機械加工質量的重要組成部分。經機械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在著不同程度的粗糙波紋、冷硬、裂紋等表面缺陷。產生的缺陷雖然極小，但對產品的使用性能有著極大的影響。尤其是現代化工業生產使機器正朝著精密化、高速化、多功能方向發展，工作在高溫、高壓、高速、高應力條件下的機械零件，表面層的任何缺陷都會加速零件的失效。因此，必須重視機械加工表面質量。

1.1 含義：機器零件的加工質量既包括零部件的加工精度，還包括零部件的加工表面質量，它是零件加工后表面層狀態完整性的表征。機械加工后的表面，總存在一定的微觀幾何形狀的偏差，表面層的物理力學性能也發生變化。因此，機械加工表面質量包括加工表面的幾何特征和表面層物理力學性能兩個方面的內容。

1.2 加工質量的有關方面

1.2.1 機械：表面粗糙度主要是由于加工機械的刀具的形狀以及切削過程中部件變形和振動等因素引起的，是已加工完成的部件表面的微觀幾何形狀誤差。任何零部件的加工都會與設想的形狀產生誤差。

1.2.2 表面波度主要是在物件加工過程中工藝系統的不停振動引起的周期性形狀誤差。

1.2.3 零部件的有關物理力學性能：部件表面的物理力學性能包括零件表面的加工硬化、殘余應力和表面的金屬組織變化。機械零件在加工中由于受切削力和熱的綜合作用，表面金屬的物理力學性能相對于基本金屬的物理力學性能發生了變化。需要注意的是，切削產生的熱作用也會使工件表面層材料產生相應的變化。

1.2.4 對于機械零件的破壞，通常是從部件表面開始的。產品的性能，特別是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取決于零件表面層的質量。機械加工表面質量的目的就是為了了解機械加工中各種工藝因素對加工表面質量產生的影響，并且運用這些規律來控制加工過程，最終達到改善表面質量、提高產品使用性能的目的。

2 機械加工表面質量對機器使用性能的影響

2.1 表面質量對耐磨性的影響

2.1.1 部件表面粗糙度對完成后的產品耐磨性的影響：當剛加工好的產品之間表面接觸時，最初只在表面粗糙的部分接觸，接觸面之間有很大的應力，使得實際接觸面積處產生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴重磨損。

2.1.2 加工表面的冷硬化使得部件表面金屬的顯微硬度提高，故一般可使耐磨性提高但是過分的冷硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。

2.1.3 部件表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。所以，接觸面的粗糙度有一個最佳范圍，這有利于減少摩擦帶來的損失。

2.2 零部件表面質量對疲勞強度的影響：零件表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞底能力就愈差。

2.3 殘余應力對疲勞強度的影響：表面層殘余拉應力將使疲勞裂紋擴大，加速疲勞破壞。但同時表面層殘余應力能夠阻止疲勞裂紋的擴展，延緩疲勞破壞的產生。

2.4 零部件表面質量對耐蝕性的影響：零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質就愈多。抗蝕性就愈差。

2.5 表面質量對配合質量的影響：表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質量。對于間隙，粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質。

3 影響表面粗糙度的因素

3.1 切削加工影響表面粗糙度的因素

切削過程中刀具的形狀：刀具在切割工件時，會在加工表面留下切削殘留面積。減小主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。

3.2 影響加工表面層物理機械性能的因素

在切削加工中，工件由于受到切削力和切削產生的熱作用，使表面層金屬的物理機械性能產生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化和殘余應力的產生。

3.3 表面層冷硬化

3.3.1 機械加工過程中因切削力作用產生塑性變形，使得物體扭曲、畸變、甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高，這種現象稱為冷硬化。表面層金屬強化的結果，會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質也會發生變化。

3.3.2 影響冷作硬化的主要因素：切削刃鈍圓半徑的大小；切削速度快慢；部件材料的可塑性。

4 其它方面

4.1 表面層材料金相組織變化

磨削燒傷。當被磨工件表面層溫度高于相變溫度時，表層金屬發生金相組織的變化，使表層金屬強度和硬度降低，有殘余應力產生，這種現象稱為磨削燒傷。在磨削淬火鋼時，可能產生：一是回火燒傷。如果磨削區的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉變成硬度較低的回火組織，這種燒傷稱為回火燒傷。二是淬火燒傷。如果磨削區溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發生二次淬火，使表層金屬出現二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層，因冷卻較慢，出現了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織，這種燒傷稱為淬火燒傷。

4.2 表面層殘余應力

表面殘余應力產生的原因。一是切削時在加工表面金屬層內有變形發生，使表面金屬的比容加大，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產生了殘余應力。二是不同金相組織具有不同的密度，如果表面層金屬產生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應力產生。

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。在交變載荷作用下，機器零件表面上的局部微觀裂紋，會因拉應力的作用使原生裂紋擴大，最后導致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，該表面最終工序應選擇能在該表面產生殘余壓應力的加工方法。

4.3 提高加工表面質量的措施

通過前面的分析，我們知道影響表面粗糙度的因素有切削條件（切削速度、進給量、切削液）、刀具（幾何參數、切削刃形狀、刀具材料、磨損情況）、工件材料及熱處理、工藝系統剛度和機床精度等幾個方面。

結語

在了解了影響表面粗糙度的因素之后，我們必須根據需要降低加工表面的粗糙度，改善機械加工的表面質量。保證生活和工作質量。

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