機械加工零件表面質量控制分析

辛樞（江蘇省濱海中等專業學校，江蘇 濱海 224500）

機械加工零件表面質量控制分析

辛樞
（江蘇省濱海中等專業學校，江蘇 濱海 224500）

零件表面質量是影響零部件使用壽命的重要因素，伴隨著現在科技水平的不斷提高，在加工過程中對零件的表面質量有了更高的要求。要達到這個目的不僅要有高精度的機器設備，還要對影響表面質量的因素有所了解，更要在生產實踐中采取一定的措施，從而更好的提高機械加工零件的表面質量。

表面質量；表面粗糙度；耐磨性

1 表面質量對零件使用性能的影響

（1）表面質量對耐磨性的影響。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，磨損反而增加。（2）表面質量對抗疲勞強度的影響。金屬在受到交變載荷的作用之后產生的疲勞破壞通常會發生在零件的表面和表面冷硬層的下面，在交變載荷作用下，表面粗糙度值越大，表面的紋痕越深，抗疲勞破壞的能力就越差。（3）零件表面質量對耐腐蝕性能的影響。表面質量決定了耐腐蝕性能的強弱，加工表面的粗糙度越差，在其表面上腐蝕性物質就越容易聚集，這將會嚴重降低加工表面的耐腐蝕性能。（4）零件表面質量對配合質量的影響。對于間隙配合而言，粗糙度值大會使間隙增大，破壞了所要求達到的配合性質。在機械零件過盈配合中，配合件在裝配的過程中由于工件表面一部分凸起的波峰被擠平，造成過盈量減小，因此降低了配合件之間的連接強度。有的時候，直接使加工出來的工件配合不起來。

2 影響表面粗糙度的因素

表面粗糙度受刀尖圓弧半徑、進給量及刀具的主偏角、副偏角有關。切削過程中刀具刃口鈍圓半徑及后刀面對工件的擠壓、摩擦作用使金屬材料發生塑性變形，使表面粗糙度惡化。

（1）刀具材料和幾何參數：在切削條件相同時，用硬質合金刀具加工出的表面粗糙度遠比用高速鋼刀具加工的要低。并且適當地減小r、K和k可降低表面粗糙度。（2）切削液：在機械加工過程中，因為切削液能滲透到刀具的前面、主后面、副后面以及切屑上，因此能減少刀具、切屑與工件間的摩擦力，并能在刀具表面上形成吸附性的潤滑膜，從而減少了刀具與工件間的摩擦和黏結，改善加工材料的切削加工工藝性能，從而提高工件的表面質量。

3 提高機械零件加工表面質量的具體措施

（1）零件材料方面。材料本身的物理、力學性能以及熱處理的效果對零件加工后的表面粗糙度、殘余應力都有著重要的影響。在加工工藝條件允許的條件下，可通過以下途徑改善零件的加工性能。①合理選擇毛坯材料的質量。提高毛坯外形的幾何尺寸精度，選擇適合加工的表面硬度，提高毛坯內部組織的均勻性，都可以提高加工時切削力的穩定性，使加工振動及刀具磨損減小到最低限度，最終有利于提高零件加工表面質量。比如經過冷拔加工的低碳鋼、具有部分球化珠光體組織的中碳鋼易于切削加工；而細長、薄壁工件對切削力、切削溫度、振動十分敏感，切削加工較為困難，表面粗糙度難于達到。②通過適當熱處理改善切削加工性。通過熱處理可改變加工材料的金相組織，使材料的切削加工性得到改善。如低碳鋼可經過正火適當降低塑性，提高硬度；熱軋中碳鋼金相組織不均勻，可經過正火可使得其組織與硬度均勻；高碳鋼及其工具鋼硬度高，有較多的片狀滲碳體組織，加工性能差，可經過球化退火降低其硬度，得到球狀滲碳體；不銹鋼可進行調質處理降低其塑性；鑄鐵可進行退火處理，降低表層硬度。這些措施都能有效地改善材料的切削加工性，提高加工零件的表面質量。

（2）刀具方面。①合理選擇刀具材料。應根據工件材料和具體加工條件合理選擇刀具材料，提高加工表面質量。如涂層硬質合金、TiCN基硬質合金、陶瓷刀具一般適合加工鋼鐵等黑色金屬；而PCD刀具一般適合加工鋁、鎂、銅等有色金屬和非金屬材料；加工導熱性差的零件時，應采用導熱較好的刀具材料，使切削溫度迅速地傳出去，金剛石導熱系數為硬質合金的2~9倍，切削熱容易散出,這對于表面粗糙度要求很高的精密加工來說非常適合。②提高刀具鋒利程度，減小切削層擠壓變形。減小擠壓變形可以降低切削力與切削溫度，是提高零件表面質量的有效措施。對切割與擠壓變形影響較大的是刀具的前角與刃口圓弧的大小。第一，加大刀刃前角。增大刀具前角能使金屬材料被切削層受到擠壓變形和摩擦減小，總切削抗力減小，排屑順暢，刀具的切割效果突出。第二，減少刀尖的圓弧半徑。減少刀尖的圓弧半徑，切削時可以減小徑向切削力和刀尖的變形量，從而減小刀具的振動。第三，用刀具斜刃切削。刀具斜刃切削時，刀具的實際前角加大，使切屑流向改變，從而加強了刀具的切割效果。③提高刀具的刃磨質量。使用前、后刀面粗糙度小的刀具，可以減小刀具與切屑之間的摩擦，從而降低切削變形和切削力，并能抑制積屑瘤和鱗刺的產生，從而保證零件表面的質量。

（3）切削用量方面。①切削速度v：加工塑性材料時，切削速度為低速或者中速時易產生鱗刺和積屑瘤，粗糙度也大。提高切削速度可以降低切削力，積屑瘤和鱗刺高度會降低或消失，使零件表面質量提高。因此，采用較高的切削速度，既可以提高工件表面質量，又可以提高勞動生產率，所以盡量采用新刀具材料和結構，以便有可能采用更高的切削速度。②進給量f和切削深度ap：減少加工時的進給量和切削深度，可以減小表面粗糙度，但進給量和切削深度減小到一定程度再減小，表面粗糙度不會明顯下降；當進給量更小時，粗糙度反而會上升。

（4）冷卻潤滑方面。合理選擇和使用切削液，可以減少零件的變形抗力和摩擦阻力。在實際加工過程中，要根據具體情況選用切削液，并與適當的冷卻潤滑方法相配合，能夠有效降低塑性變形、切削區域的溫度和刀具磨損，顯著提高表面質量。用高速鋼切削塑性材料時，要加切削液；在精加工時，切削液對減少外磨擦、降低切削溫度、抑制積屑瘤的產生，起著十分重要的作用。

（5）其他方面。①提高機床剛性及運動精度。盡管機床具有很高的剛度，但振動仍然是影響表面粗糙度的主要因素之一。在實際加工過程中，機床主軸振動、導軌振動以及刀具振動都會使刀具與工件間相對位置發生微幅變動，最終使零件表面微觀特征的改變，表面質量降低。機床剛性好、精度高，對減小切削力的波動和抑制振動效果明顯，可保證切削加工的平穩性，提高零件表面質量。②提高刀具剛性。刀桿橫截面積大、刀桿伸出刀架長度短，刀具剛性好，就不會發生刀具和工件間的自激振顫。當振顫出現后，切削速度產生瞬間變化，引起切削力和摩擦力大小出現周期性變化，工件表面出現振紋以及共振現象，并產生噪聲，工件表面質量將明顯變壞。③合理選擇加工方法：選擇不同的切削方法，所獲得表面粗糙度不同；比如鉆孔的精度一般為3.2~6.3 um。鏜孔的精度一般為1.6~3.2 um。因此，應根據表面質量的不同要求恰當的確定加工方法。④控制殘余應力的分布：在切削加工中控制殘余應力的平衡，可以避免或減小零件的變形，提高零件的表面質量。如采用對稱切削法、減小切削進給量等。

4 結語

由于機械零件加工表面對零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、配合性、抗腐蝕性能及精度的穩定性等有很大的影響，因此對零件的重要表面應提出一定的表面質量要求，更要注重刀具方面、零件方面、切削用量方面、冷卻方面，要采取一定的措施，從而更好的提高機械零件的加工質量。

[1] 陸劍中.金屬切削原理與刀具[M].機械工業出版社，2005.7.1

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1671-0711（2016）07（下）-0023-02