淺議提高機械加工表面質(zhì)量的措施

摘要：在機械加工領(lǐng)域，一些金屬零件對其加工表面質(zhì)量有著很高的要求，因為零件質(zhì)量的好壞，受到加工表面質(zhì)量的壓重影響，在零件的物理性能和力學(xué)性能方面尤為突出，基于這種情況，就需要技術(shù)工人在金屬零件的生產(chǎn)制作加工過程中，盡力提高機械加工表面的質(zhì)量，以提高產(chǎn)品的合格率。

關(guān)鍵詞：冷作硬化 金相組織 裂痕 腐蝕性

1 機械加工表面質(zhì)量實際生產(chǎn)過程中的具體影響

1.1 表面質(zhì)量對耐磨性造成的實際影響

從磨損程度來分看，零件磨損大致可以劃分成如下三個階段，即初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。從實際零件的生產(chǎn)加工來看，機械加工的表面粗糙度會給零件表面磨損造成很大的影響。在一般情況下，零件的磨損性和表面粗糙度值成正比，如果表面粗糙度值過低，其成品零件的磨損性也會比較好。值得注意的是，機械加工表面粗糙度值要合適，既不能過高，也不能過低，在實際生產(chǎn)加工過程中，如果表面粗糙度值太低，就會使得附著在金屬零件表面的潤滑油流失，在金屬機械加工作業(yè)環(huán)境中，沒有潤滑油或潤滑油的潤滑程度達不到相關(guān)要求，就會嚴重影響機械加工效果。根據(jù)這種情況，需要給接觸面的粗糙度設(shè)定一個比較科學(xué)合理的數(shù)值，該數(shù)值的大小與零件的工作情況密切相關(guān)。

1.2 表面質(zhì)量對疲勞強度的影響

通過對批量問題金屬部件的檢驗分析可知，大部分零件損壞的原因都是過度疲勞，零件在高強度的負荷下持續(xù)運轉(zhuǎn)作業(yè)，當(dāng)這種作用力達到一定極限時就會導(dǎo)致零件本身的損壞。其中主要的問題在于交變載荷作用在金屬零件表面或其他位置的力度超出了金屬零件自身的強度。其結(jié)果就會導(dǎo)致在其冷硬層下面出現(xiàn)疲勞破壞現(xiàn)象，這樣看來，要想提高金屬零件的表面質(zhì)量，一定要在機械加工環(huán)節(jié)控制好金屬部件的疲勞強度。具體說來，金屬零件產(chǎn)生裂痕或疲勞破壞，其原因主要在于表面的粗糙度值過大，加之過高的交變載荷作用力，在這種作用力下，產(chǎn)生的結(jié)果就是金屬零件表面粗糙度的凹谷部位應(yīng)力過于集中，以至于超出金屬零件的自身的強度，最終導(dǎo)致金屬零件出現(xiàn)嚴重的裂痕。

1.3 表面質(zhì)量對耐蝕性的影響

金屬零件的腐蝕，通常和其所處的環(huán)境有關(guān)，比如，那些長時間暴露在腐蝕性介質(zhì)中的金屬機械零件，就很容易產(chǎn)生化學(xué)腐蝕或者電化學(xué)腐蝕。在金屬機械零部件的粗糙表面的凹谷處，相較于其他位置，更容易促進那些腐蝕性介質(zhì)的吸收，比如，暴露在酸性空氣中的金屬零件，會受到酸性氣體的影響，進而發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，嚴重時就會使得金屬零件徹底報廢。

1.4 表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響

大多數(shù)機械零件的構(gòu)成，包含好幾種金屬成分，有鎂鋁零件、鉛鋅零件等，在金屬零件從原材料到制作成成品的過程中，需要對其配合質(zhì)量進行合理的調(diào)整，以最終實現(xiàn)金屬零件相關(guān)機械性能達到使用標準要求。而機械加工的表面粗糙度值，實際上也在機械加工環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用，其值的大小對金屬零件配合表面的配合質(zhì)量有著很關(guān)鍵的影響作用，一般來說，在金屬零件內(nèi)部間隙的配合環(huán)節(jié)，一定要選擇那些表面粗糙度值合適的材料，若是其粗糙度值太大，那么實際生產(chǎn)加工出來的零件就會有很大程度的自身內(nèi)部磨損程度，并且金屬部件的內(nèi)部間隙會隨著磨損程度的加大而繼續(xù)擴大，最終就會導(dǎo)致金屬零件的配合性質(zhì)達不到相關(guān)技術(shù)標準?；谶@種情況，在控制表面質(zhì)量時，必須要根據(jù)金屬部件配合質(zhì)量的實際情況，合理控制其表面的粗糙度值。

2 對機械加工表面質(zhì)量的產(chǎn)生影響的主要因素分析

2.1 切削加工

機械加工過程，離不開切削作用，很多金屬部件在成型之前，要進行好幾道切削作業(yè)程序。在金屬零部件的切削加工過程中，刀具和金屬零件在接觸時由于摩擦力和切削力的作用，會產(chǎn)生大量的熱量，在高溫環(huán)境下，表面層金屬的一些性能就會發(fā)生微妙的變化，其中比較敏感的就是物理機械性能會發(fā)生較大程度的變化，具體表現(xiàn)為表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化以及殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。

2.2 表面層冷作硬化

在實際機械加工過程中，金屬零部件由于受到削力的巨大作用，會造成塑性變形，在實際零部件中表現(xiàn)為零部件的品格扭曲、形狀畸變，內(nèi)部晶粒間出現(xiàn)剪切滑移，還有品粒被外力所拉長，甚至出現(xiàn)品粒的纖維化，以致最終導(dǎo)致金屬部件的破碎。上面這幾種情況，通常都會使得表面層金屬的硬度和強度大幅提高，這也就是在機械加工領(lǐng)域的冷作硬化工藝。金屬零件出現(xiàn)表面的冷作硬化，就會導(dǎo)致金屬變形的阻力提高，其結(jié)果是降低了金屬的塑性，從而使得一些金屬部件的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)受到一定程度的影響。

2.3 表面層材料金相組織變化

金屬機械零部件受到切削摩擦?xí)r，其自身溫度會升高，如果金屬部件表面溫度過高，超過了金屬的相變溫，這種情況下表層金屬就會產(chǎn)生金相組織的變化，其結(jié)果就會改變表層金屬的一些物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，具體說來，金屬零部件的強度和硬度就會出現(xiàn)不同程度的減弱，與此同時還會產(chǎn)生一定程度的殘余應(yīng)力，有時還會給金屬零件造成比較小的表層裂紋，從金屬加工工藝上來看，其實這就屬于金屬部件的磨削燒傷。

2.4 表面層殘余應(yīng)力

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(yīng)力的作用使原生裂紋擴大，最后導(dǎo)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(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。

3 如何才能有效提高加工表面質(zhì)量

金屬零件對于機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)發(fā)揮著重要作用，金屬零件質(zhì)量的好壞，也在很在程度上決定著機械設(shè)備壽命的長短。因此提高金屬零件的表面質(zhì)量顯得十分重要，在提高改進加工表面質(zhì)量的過程中，應(yīng)該從以上幾個影響因素著手做起。

3.1 選取合適的刀具

在金屬零部件的切削加工過程中，刀具和金屬零件在接觸時由于摩擦力和切削力的作用，會產(chǎn)生大量的熱量，在高溫環(huán)境下，表面層金屬的一些性能就會發(fā)生微妙的變化，其中比較敏感的就是物理機械性能會發(fā)生較大程度的變化，具體表現(xiàn)為表面層金屬顯微硬度的變化，還有比較嚴重的現(xiàn)象就是一些金屬部件的金相組織也會發(fā)生相應(yīng)的變化。基于這種情況，若想盡可能縮減殘留的面積，在切削刀具的選擇時，應(yīng)該使用那些刀尖圓弧半徑較大的，例如常見的較小的副偏角或合適的修光刃或?qū)捜芯俚?、精車刀等都是不錯的選擇。此外，在刀具的質(zhì)量和品質(zhì)方面一定要注意嚴格把關(guān)，要使用那些和工件材料適應(yīng)性較好的刀具材料，盡可能減少那些磨損嚴重刀具的使用，以盡可能減小表面粗糙度。

3.2 工件材料方面

金相組織和材料的塑性對金屬零件的表面粗糙度有著非常大的影響，若是塑性過大的材料，在切削加工之前可以通過正火處理以降低塑性，這類材料主要有低碳鋼、低合金鋼材料等。合格的工件材料必須要具備適宜的金相組織，像金屬零件的基本狀態(tài)、晶粒度大小及其分布狀況等，都屬于金相組織的范疇。在對機械零部件進行加工時，尤其是那些塑性材料的機械零部件，會在刀具的擠壓作用下，產(chǎn)生塑性變形，再加上刀具還會產(chǎn)生迫使零件切屑與工件分離的撕裂作用，就會使得零部件表面粗糙度值增大?？傮w來說，金屬工件材料的韌性越高，那么金屬的塑性變形也就會越大，其結(jié)果就是加工表面更加粗糙。這就需要在金屬零部件的加工時，一定要更具金屬材料的特性，來設(shè)計合理科學(xué)的技術(shù)工藝方法，盡可能提高金屬零件的表面質(zhì)量。

3.3 切削條件方面

對于不同材料的金屬零件，要根據(jù)不同材料的特性，選擇適合的切削工藝。對于比較常見的塑性材料的切削時，最好的切削工藝是高速切削，使用這種技術(shù)，在高速切削過程中，能夠最大程度的降低金屬材料的切削變形，同時還可以有效阻止積屑瘤的出現(xiàn)，這種技術(shù)工藝下切削的金屬零件，其表面粗糙度值往往較小。

3.4 減少加工表面層變形強化和殘余應(yīng)力提高加工表面質(zhì)量

合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大的前角和后角，并在刃磨時盡量減小其切削刃刃口半徑；使用刀具時，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損寬度；合理選擇切削用量，采用較高的切削速度和較小的進給量，加工時采用有效的切削液等，可減少加工表面層變形強化。

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