機械加工表面質量的影響因素及控制方法

常青華

【摘 要】零件是機械加工的重要組成部分，零件質量的好與壞會直接影響到設備的運行性能，而零部件性能高低在很大程度上受制于機械加工表面質量的高低，機械加工表面的表體形狀以及表面力學性能的變動對機械零部件是否能有效安全的使用會有很大的影響。基于這樣的關系，本文將著眼于機械加工表面質量的影響因素。對其進行剖析，旨在找出并了解機械加工手法與加工表面質量的潛在規律性和聯系，由此來更好地掌握加工操作過程，最終促使機械加工表面質量的提高和產品性能水平的進步。

【關鍵詞】機械加工；表面質量；機器零件；機器性能

0.引言

隨著現代科學技術的不斷進步，生產加工技術水平也逐漸提高，現代工程項目等的制作對機械零件加工質量的要求也就越來越高。而機械加工表面質量是影響零件加工質量的重要因子，會對零件的使用性能產生直接影響。然而由于現在科學技術的限制，我們還并不能保證零件加工的百分百精確，因此在現有技術水平下如何更好地提高機械加工表面質量是一個值得思考的問題。不僅要在加工工藝上控制精度和密度的誤差范圍，也要對表面的質量引起重視。從而從整體水平上提高機械加工表面質量，改善機器工作性能。

1.機械加工表面質量簡介

一般情況下，機械加工表面是達不到完全平滑且毫無誤差的技術水平，切削力、切削熱等因素都會對零件表面加工產生影響，從而改變機械的使用壽命和工作性能。機械加工表面質量指的是零件加工后其表面的幾何形狀和性能，包括物理力學性能和化學性能。機械加工表面受到物理和化學的影響會多多少少使機械表面與標準之間產生誤差，影響其性能的穩定性。機械加工表面質量的衡量標準是表面的粗糙程度，既加工表面上的微觀幾何形狀的性質，主要由Ra（輪廓算術平均偏差）、Rz（微觀不平度十點高度）、和Rv（輪廓最大高度）等三個參數進行測算。這些參數值得選擇要符合零件表面性能的要求和成本經濟效益原則。

2.機械加工表面質量影響因素

2.1表面粗糙度

表面粗糙度是其中的一個重要影響因子。例如在對塑性材料進行加工時，切削工具對金屬產生擠壓會使材料出現一定的分裂，導致塑性變形的結果，從而加大其表面的粗糙程度。在對工業材料進行加工時，其韌性的大小與金屬塑性變形成正比，韌性越好，變形越明顯，從而使表面的粗糙程度越大。在對脆性材料進行加工時，難免會產生切屑，而切屑越多意味著加工表面的凹凸點越多，自然會加大表面的粗糙程度。除此之外，切削加工的工具好壞以及工藝水平也會對表面粗糙程度造成影響，例如刀尖的彎曲弧度和操作力度等會直接影響切削面積和殘留面積。從加工表面的幾何形狀影響因素來看，砂輪磨粒的形狀和分布會作用于磨削后的粗糙程度，因為其產生是由砂輪上磨粒刮花表面所造成的。如果單位磨粒數量越多，分布空間及大小越均勻，則表面粗糙程度就越低。從物理力學影響因素來看，磨粒滑擦時不產生削屑，只會使表面產生彈性變形。而磨粒產生耕犁作用時，也不會產生削屑，但會產生塑性變形，變形越明顯，粗糙程度越大。

2.2表面物理力學性能

首先是加工的表面層出現的冷作硬化，其集中表現為金屬變形屈服點的提高，塑性相對延伸率的降低。在對機械表面進行磨削或者切削加工時，表面金屬會發生塑性變形，使得晶體間出現剪切滑移，晶格拉伸、破碎或者扭曲的現象并有可能加劇這種現象。其次，金屬表面的金相組織的改變也會產生影響。當切削過熱會使加工表面的溫度超過相變溫度的底線，此時金相組織就會改變。當磨削過熱使加工表面溫度超過相變溫度底線時，金相組織也會隨著發生變化，此時其表面金屬的硬度和強度會變小，并同時產生殘余應力，或者出現微小裂紋。殘余應力是在機械表面加工的情況下，當工性表面金屬的金相組織或相對基體金屬在體積和形狀上發生變形時，所殘留的相互抗衡的殘余應力。

2.3零件的耐磨性

由于零件加工時所使用的摩擦副材料、潤滑劑的不同以及熱處理情況的差異存在一定程度上的關聯，因此在零件具有耐磨性的特性時，會影響機械加工表面質量。一般來說，零件在磨損過程中包括三個階段：磨損初期，摩擦副材料開始工作運行時會有一個較為明顯的摩擦效果；磨損中期，開始進入正常的磨損階段，磨損程度相對穩定；到了磨損后期，也就是磨損加速階段，加劇的磨損會導致零件無法正常運行。正因如此，所以零件的耐磨性也會對機械加工的表面質量產生較大的影響。

3.機械加工表面質量的控制方法

3.1表面粗糙度的提高

在進行磨削加工時，要合理選擇砂輪并確定磨削的科學用量，從而使其有利于提高表面粗糙度，此外，也要重視磨削液的利用及其作用。在進行切削加工時，應當選擇較大的刀尖彎曲弧度和相對較小的進給量，從而提高表面粗糙程度。在實際工作中，一般高速精切和低速寬刀精切會使表面粗糙程度較小。另外，切削液的選擇要合理，挑選刃磨質量較好的刀具，也可以減小其粗糙程度。

3.2加工工藝水平的提高

滾壓、輾光、噴丸等強化表面的工藝可以用于能夠承受交變載荷和高應力的零件，由此可以使金屬表面產生冷作硬化和殘余壓應力，從而降低表面粗糙程度，與此同時可以減小或消除磨削和切削等工序的殘余拉應力。借此抗應力腐蝕性能和疲勞強度也可以提高。在利用強化工藝的情況下，優等材料可以被次等材料替代，從而起到節約優質貴重材料的作用。但是，在運用強化工藝時應當注意，不能使材料硬化過度，要不然會造成塑性性質的消失或者微觀形變，甚至材料脫落。

3.3磨消熱的控制

在物理力學性能中，產生的磨削燒傷、裂紋以及殘余拉應力等都是對零件工作性能危害很大的因素。這些危害元素來源于磨削過程中的磨削過熱。因此必須重視降低磨消熱的問題。解決途徑有兩種：第一黑絲磨消熱發生的減少，第二是加速磨消熱的傳散。因此需要通過實驗合理選擇磨削參數，并在磨削過程中不間斷地監測磨削溫度，控制磨削熱。

4.結語

經過長期的實踐證明，加工表面的形狀誤差和物理力學性能會影響機械零件的使用壽命和工作性能，而本文研究機械加工表面質量就是為了找出其中潛在的規律并據此得出改善表面加工質量的措施，最終達到提高產品性能的目的。 [科]

【參考文獻】

[1]宋曉蘭.機械加工表面質量對機器使用性能的影響及控制方法[J].中國機械，2013，（3）：131.

[2]馬吉峰.淺析影響機械加工表面質量的因素及改進措施[J].科技創新與應用，2014，（5）：78-78.

[3]張媛媛.試論機械加工表面質量的影響因素及控制策略[J].科技與企業，2012，（23）：368.