淺析機械加工表面質量及改進措施

龔晶晶

摘 要：機械加工表面質量一直是教學實習及生產研究探討的重要問題之一。本文介紹了機械加工表面質量的內涵，分析了它對零件使用性能的影響，重點討論了影響加工表面粗糙度的因素及其控制方法。對實習教學及工程實踐都有一定的指導作用。

關鍵詞：機械加工 表面質量 表面粗糙度 改進措施

機械加工表面質量是指零件在機械加工后的表面層的微觀幾何狀態誤差和物理、化學及力學性能，包括表面粗糙度、加工硬化及殘余應力三項內容。它是衡量機械加工質量的一個重要方面。一般來說，零件的破壞都是從表面層開始的。研究機械加工表面質量就是為了掌握機械加工中各種工藝因素對其影響規律，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。

一、表面質量對加工零件使用性能的影響

產品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，很大程度上取決于零件表面層的質量。

1.影響耐磨性

（1）表面粗糙度對耐磨性的影響。表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲存，接觸面之間容易發生粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個最佳值，其值與零件的工作情況有關，工作載荷加大時，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。

（2）加工硬化對耐磨性的影響。加工過程由于強烈的塑性變形而產生冷作硬化的表面，也會使耐磨性提高，但超過一定的限度，過度硬化會使磨損加劇，耐磨性反而降低。

2.影響疲勞強度

（1）表面粗糙度對疲勞強度的影響。表面粗糙度對零件的疲勞強度也有較大的影響。表面越粗糙，則應力越集中，特別是在交變載荷作業下，產生和加劇疲勞以致損壞零件。

（2）殘余應力對疲勞強度的影響。加工或熱處理過程中表面層產生的殘余應力也會影響零件的疲勞強度。當殘余應力為壓應力時，可部分抵消工作載荷施加的應力，延緩疲勞裂紋的擴展，從而提高疲勞強度；當殘余應力為拉應力時，則容易使表面產生裂紋并擴展。

3.影響耐腐蝕性

（1）表面粗糙度對耐腐蝕性的影響。表面越粗糙，零件表面與腐蝕介質的接觸面積就越大，越容易與潮濕空氣或腐蝕介質發生化學反應，加劇腐蝕。

（2）表面應力對耐腐蝕性的影響。表面層在加工過程中若發生表面冷硬和金相組織變化則會產生內應力，零件在應力狀態下工作就會發生應力腐蝕，如果有裂紋，則更會加劇腐蝕，因此表面內應力會降低零件的抗腐蝕性能。

4.影響配合質量

影響配合性質最重要的因素是表面粗糙度。對于間隙配合，表面粗糙會使表面的峰谷迅速磨損從而使間隙增大，乃至破壞配合性質；對于過盈配合，表面越粗糙，兩配合表面的峰谷越易被擠平，使有效的過盈量減小，從而降低連接強度和配合強度。

除此之外，加工表面質量對運動的平穩性和噪聲、結合面的密封性、機器和儀器的工作精度都有影響。

二、影響表面粗糙度的因素及其改進措施

影響表面粗糙度的工藝因素主要有工件材料、切削用量、刀具幾何參數及切削液等。

1.工件材料

表面粗糙度與材料的韌性息息相關。一般來說，韌性較大的塑性材料加工后表面粗糙度越大。對于同種材料，其晶粒組織越大加工表面粗糙度越大。因此，加工塑性較大的低碳鋼時，可預先將工件材料進行調質或正火處理，以提高硬度降低塑性，從而減小表面粗糙度。

2.切削用量

（1）進給量越大，零件微表面最大輪廓峰谷越高，殘留面積高度越高，零件表面越粗糙。所以，適當地減小進給量可減小表面粗糙度。

（2）中速切削塑性材料時容易產生積屑瘤且塑性變形較大，造成加工后表面粗糙度較大。通常切削中碳鋼時可減低切削速度（V<5m/min）或提高切削速度（V>30m/min），可避開積屑瘤的產生。

3.刀具幾何參數

刀具的幾何參數主偏角k'r、副偏角k'r及刀尖圓弧半徑r對零件的粗糙度都有不同程度的影響。

（1）在進給量一定的情況下，適當地減小k'r和k'r以減小殘余面積高度。

（2）增大r，減小塑性變形，減小粗糙度。

（3）適當的增大前角和后角，可減小切削變形，且減小前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤，從而達到減小粗糙度的目的。

4.切削液

使用性能好的切削液，一方面減低溫度，同時切削液的潤滑作用也可減小摩擦，減小塑性變形且抑制積屑瘤和麟刺的生長，從而減低表面粗糙度。

5.其他因素

機械加工工藝系統中存在的原始誤差也對表面粗糙度有著一定的影響。此外，工藝制定的合理性、合理的工裝及夾具都對表面質量起著重要的作用。

三、小結

在教學及生產實習中，還要根據實際情況綜合考慮，并不斷總結經驗，采取不同措施，提高表面加工質量，從而保證產品質量。

（作者單位：廣州市公用事業技師學院）