機械加工過程中影響工件表面質量的因素分析

陳艷

摘要：隨著我國機械生產水平的提高，機械加工技術也有了很大的進步，但是機械加工的表面質量仍存在許多問題。在機械加工的過程中，工件表面質量受到影響會造成工件無法正常使用。為減小各種因素對工件表面造成的影響，使工件表面質量達到標準要求，就必須對影響機械加工表面質量的因素進行分析。

關鍵詞：機械加工;表面質量;影響因素

一個完整的機器需要由許多機械零件進行裝配組成，個別零件喪失使用性能會導致整個機器失效，通過許多研究與生產實踐證明，零件喪失使用性能大多都是從表面開始，因此零件表面質量的好壞將決定其使用性能的好壞，從而影響到產品的使用。因此，必須正確認識零件表面的質量作用，分析在機械加工過程中影響工件表面質量的各種因素，這對于改善工件表面質量，提高產品的使用性能具有十分重要的意義。

1.機械加工表面質量概括

機械加工表面質量是指經過機械加工之后工件表面的粗糙度。粗糙度一般以Ra、Rz、Ry三種代號加數字進行表示。在制作工件時，對于不同的工件會有不同的表面質量要求。在經過機械加工以后，工件的物理性能、化學性能和力學性能都會受到影響。并且，工件的表面質量會直接影響到整個產品的穩定性、可靠性及工作壽命，工件表面的質量只有達到要求才能提高其耐磨性、耐蝕性及抗疲勞破損能力。

2.表面質量對使用性能的影響

2.1 影響產品耐磨性

零件表面越粗糙，磨損情況就越嚴重。一般情況下，表面粗糙程度較小，其耐磨性能就好。但是如果表面太過于平整光滑，會造成潤滑油的儲存不易，工件的接觸面容易發生分子粘連情況，磨損度將會增加。因此，在工件的接觸面上應該有一個最佳粗糙值，這個數值在通常情況下由零件的工作情況決定，工作載荷加大時，初期的磨損率會增加，此時表面粗糙度最佳值也就相應加大。

2.2 影響產品抗疲勞強度

在載荷不斷變化的過程中，零件表面的稍不平整都會導致應力集中，從而產生疲勞裂紋，造成零件疲勞性損壞。因此，要減小零件表面容易造成應力集中部位的表面粗糙度，例如圓角、溝槽等處，可以有效提高零件的抗疲勞強度。此外，如果零件表面殘余的應力為拉應力時，零件表面的裂紋會在拉應力的作用下不斷擴大，從而降低零件抗疲勞強度;若殘余的應力為壓應力，則能延緩裂紋擴大，零件抗疲勞強度也就得到了提高。

2.3影響產品耐蝕性

如果零件需要在具有腐蝕性的環境中工作，腐蝕性介質會吸附在零件粗糙表面的凹谷處，并且通過表面的細小裂紋向零件內部滲透。因此，零件表面的粗糙度越高，零件被腐蝕的速度就越快。此外，零件表面殘余的應力也會影響零件的耐腐蝕性。殘余的壓應力能夠使零件表面更加緊實，有效阻礙腐蝕性介質的進入，增強零件的耐腐蝕性;殘余的拉應力則會加速腐蝕性介質進入，降低零件的耐腐蝕性。

2.4 影響配合質量

如果零件表面過于粗糙，會造成配合表面的加速磨損，磨損過大會導致配合間隙加大，從而降低配合進度。尤其是對于液壓系統、氣壓系統等機械需要的元件，嚴重時會加大液壓或氣壓的泄漏量，導致機器無法正常工作;此外，若零件表面粗糙度過大，在過盈配合時，配合表面的波峰沒有曲線，實際過盈量將大大減小，配合件的連接強度降低，從而對配合的可靠性造成影響。

3.磨削加工的影響

當被磨工件表面層的溫度過高時，表層金屬的金相組織會產生變化，降低表層金屬的強度與硬度，并且產生殘余應力，導致工件表面出現微觀裂紋，這種現象被稱為磨削燒傷。磨削燒傷可以分為三類：一是回火燒傷;二是淬火燒傷;三是退火燒傷。也就是說，在整個工件被磨削的過程中，都有可能出現燒傷情況，磨削過熱就是造成磨削燒傷的根源。因此要盡可能減少磨消熱的產生，并且改善冷卻條件，阻止熱量傳入工件。

4.切削加工的影響

利用具有刀具幾何形狀的復映刀具給工件進行加工時，會在工件表面殘留切削層面積，這個面積的形狀就是刀具幾何形狀的復映。若要減小殘留面積的深度，就需要減小進給量、主偏角、副偏角或增大刀尖的圓弧半徑。并且，適當的增大刀具前角，可以減小切削加工時的塑性變形程度，選擇合適的潤滑液并提高刀具刃磨的質量，都是減小工件表面粗糙度的有效措施。

5.加工表層的殘余應力影響

工件表面產生殘余應力的原因大致可分為三種：一是在進行切削時工件表面的金屬層內部會發生塑性變形現象，加大表面金屬的比容，表層體積需要進行膨脹，但是又要受到里層金屬的阻礙，因此表面金屬層就產生了殘余應力，而里層金屬產生殘余拉應力;二是在進行切削加工時，切削部分會產生大量的熱;三是不同金屬的密度不同、比容不同，如果表面層金屬的金相組織產生變化，與表面金屬相連的基體金屬就必然會影響到表面金屬比容，因此產生殘余應力。而殘余拉應力會對工件表面的局部裂紋造成影響，使裂紋不斷擴大，最后導致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞的角度來看，零件表面的最終工序應該選擇能在零件表面產生殘余壓應力的加工方式。

6.加工表面的冷作硬化影響

機械加工過程中會因為切削作用而出現塑性變形，使品格扭曲或畸變，晶粒之間產生滑移，從而造成品粒被拉長、纖維化或破碎，這些能提高工件表面層金屬硬度和強度的現象被稱為冷作硬化。工件表面層金屬經過強化之后，能增大金屬變形的阻力，減小其塑性，金屬的物理性質就會產生變化。被冷作硬化后的金屬處于不穩定狀態，然后向穩定狀態逐漸轉變，這是弱化現象。溫度的高低、溫度持續時間的長短、強化程度的大小都影響著弱化作用。工件在機械加工過程中會在同一時間內受到熱與力的作用，因此，強化與弱化的綜合作用能決定加工后的工件表面性質。

7.結束語

工件表面質量直接影響到其使用性能，而工件的使用性能又必須滿足機器的正常工作。因此工件在機械加工過程中，應當從多方面進行考慮，既要能保證工件表面質量，又能避免增加不必要的制作成本。

參考文獻：

[1]閆德明.淺析影響機械加工表面質量的因素及措施[J].山西科技，2012，01：81-82+85.

[2]張岳.淺析如何保證機械加工工件表面質量[J].科技致富向導，2013，33：320.

[3]董橋華.機械加工表面質量的影響因素及控制方法[J].中國建材科技，2014，02：142-144.

[4]任德全.淺析影響機械加工表面質量的因素及改善措施[J].民營科技，2010，12：24.