淺析機械加工表面質量的影響因素與改善途徑

■龍世鋒 ■湖南中鐵五新鋼模有限責任公司，湖南 長沙 410100

機械加工表面質量是指零件最外層的粗糙程度，零件表面的粗糙值越大，則零件的磨損程度相對較高，則零件的質量也會相對降低。因此，想要提高零件的質量，首先要提高加工表面的質量。

1 零件表面加工質量的影響因素

1．1 耐磨性的影響

零件的磨損程度是由機械加工表面的質量好壞決定的，零件的磨損分為初期磨損、正常磨損和劇烈磨損三個階段。零件的表面磨損程度還與機械加工表面的粗糙程度有關，在使用過程中，表面粗糙程度與零件表面磨損程度呈正比，與其使用壽命呈反比，表面粗糙程度越小，則受損值就越小，其使用壽命越長，但并不是粗糙值越小對零件就越好，粗糙值太小，則潤滑油不容易被儲存，在零件運行的過程中容易和其他零件發生摩擦，從而導致零件受損，因此，在制造零件之前要先設計出相應的磨損值。

1．2 疲勞強度的影響

金屬都有個特性：通過對金屬施加荷載或其他作用，會使金屬產生一定的變形和冷熱交替的物理現象，這個現象在理論上被稱為疲勞強度。所以，加工零件的表面光滑程度決定了其疲勞強度的大小。零件表面越光滑，其抵抗疲勞的能力越強。

1．3 耐蝕性的影響

零件的表面質量對耐蝕性的影響也比較大，零件表面粗糙值越大，則其抗耐蝕性越差。

2 機械加工表面質量較差的原因

2．1 切削加工和磨削加工

零件在進行最后的表面加工時，一些刀具的幾何形狀會殘留到零件表面上，形成削削層殘留面積。殘留面積的大小和高度由進給量、主偏角、副偏角決定，因此，想要減小殘留面積的高度要從這幾個方面考慮，可以適當減小這些值以及增大刀尖圓弧半徑。同時，導致零件加工表面質量較差的原因還包括刀具的前角。由于每個零件的材料性質不同，其在加工時表面的粗糙程度也各有不同，若零件具有較強的韌性，那么就有相應的金屬塑形，對于加工的表面光滑度也相對較小。若零件具有較大的脆性，則在加工切屑時會出現碎粒狀，從而留下相應的麻點，導致加工表面的光滑度降低。

零件表面的粗糙程度還與磨削加工有很大的聯系。磨削加工表面粗糙度成因是由于幾何因素與表面金屬的塑性變形相結合，影響其的因素主要有砂輪的粒度、砂輪的硬度、砂輪的修整磨削速度等。

2．2 表面層冷作硬化

冷作硬化的定義是在對機械表面質量進行加工時受到切削力的影響從而導致其的塑性發生一定的改變，晶粒會隨著塑性的變化而出現被拉長或纖維化現象甚至還有些晶粒受到塑性作用而產生破碎現象，使其發生移動，這些都會提高金屬的硬度和強度。這就是冷作硬化，也被稱為強化。金屬一般發生強化的效果后，就會使其變形阻力加強，而塑性卻會隨之逐漸減弱，從而讓金屬的物理特點與原來發生不一樣。金屬的強度和硬度被提高后，其狀態會變成高能位狀態并且不穩定，而弱化現象就是金屬的此時狀態向穩定狀態發展。弱化作用會受到物理性質的影響，如溫度的高低、溫熱持續時間的長短以及強化程度的大小。在加工金屬零件的過程中會同時受到力和熱的作用，所以，機械加工表面的最后性質是由強化和弱化綜合作用的結果決定的。在評定冷作硬化時，其指標主要包含了三項，分別是硬化程度、顯微硬度以及硬化層深度。

2．3 表面材料的金相組織

零件加工表面的金相組織是隨著其溫度變化而變化的。相變溫度高于或者低于表面溫度時，其金相組織也會發生改變。并且在相變溫度較低時，會在很大程度上降低其強度和硬度，并產生殘余應力，甚至出現裂紋，這就是磨削燒傷的基本定義。

3 提高機械表面加工質量的改善途徑

通過對加工表面質量影響因素的分析，可以了解到影響表面粗糙程度的因素主要有切削條件、刀具、工件材料以及熱處理等幾個方面。想要提高加工表面的質量，則要改善其表面的粗糙程度。

3．1 改善刀具

從上文可知，刀具幾何形狀會復映到切削層上，從而留下殘留面積。因此，可以刀具上做相應的改變，將加工刀具的刀尖圓弧半徑增大、減小副偏角或選用合適的修光刃或寬刃精刨刀等。要根據工件的材料來選擇合適的刀具材料，避免使用有嚴重磨損的刀具，這樣可以有效的減小表面的粗糙度，從而提高加工表面質量。

3．2 工件材料方面

工件材料的塑性性質和金相組織是對零件加工表面光滑度的最直接的因素。故而，一些塑性比其他材料大，如低碳碳鋼和低合金鋼等，對這些表面加工的過程中，要先提高其韌性，進行正火處理，從而在切削加工后能提高加工表面的光滑度。同時，在切削塑性材料時，要以較快的切削速度來進行切削，這樣可以抑制積屑瘤的出現，從而減少進給量，并且，要采用高效切削液，以此來增強機械工系統的剛度，提高機床的動態穩定性，以此來提高機械加工表面的質量。

3．3 加工方法方面

在對金屬零件表面進行加工過程中，要特別注意其加工方法，應選用精密、超精密或光整加工方法進行。同時選用較小的徑向進給量、軸向進給速度和較大的砂輪速度，降低工件速度，用細粒度砂輪。要經常對砂輪表面進行修整，使砂輪上的磨粒保持鋒利，從而可以更好的進行磨削工作。

4 結束語

零件表面的質量直接影響零件的使用壽命。因此，要從不同的方面來降低機械加工表面的粗糙度，從而提高加工表面的質量，延長機械加工零件的使用壽命。

［1］王永亮．機械加工表面質量的影響因素分析及其控制措施［J］．機電信息，2013，15∶120 －121．

［2］王凱為．淺析機械加工表面質量影響因素［J］．數字化用戶，2013，05∶28+33．

［3］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．

［4］張亞標．機械加工表面質量的影響因素及改進對策研究［J］．湖南農機，2014，09∶68 －69．