機械加工表面質量管理中的不足及控制策略

機械零件的加工質量，除加工精度外，表面質量也是極其重要的一個方面。加工表面質量，是指機器零件在加工后的表面層狀態.一臺機器在正常的使用過程中，由于其零件的工作性能逐漸變壞，以致不能繼續使用，有時甚至會突然損壞，其原因除少數是因為設計不周而強度不夠，或偶然事故引起了超負荷以外，大多數是由于磨損或受到外界介質的腐蝕以及疲勞損壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞，都是發生在零件的表面，或是從零件表面開始的。針對提高機械加工表面質量管理提出了幾項優化措施，為健全機械加工系統、改善機械加工表面質量提供了參考依據。

一、機械加工表面質量對零件使用性能的影響

機械加工出來的零件表面通常都不是理想表面，而是存在一定程度上的粗糙度、裂紋等缺陷，機械加工零件尤其是精密零件，極細微的差異也會對產品精度、配合精度、耐磨性、抗腐蝕程度以及疲勞強度等造成影響，最終影響到機械的整體使用性能和使用壽命，相關研究還表明表面質量的缺失會造成機械零件的失效，表現在破損性和疲勞強度上的破壞。我國機械加工的表面質量控制水平參差不齊，產品質量還有待提高，有很大的進步空間。

二、機械加工表面質量的影響因素

機械加工表面粗糙度的影響因素有：切削殘留面積、切削表面塑性變形、磨削用量、砂輪影響；表面加工硬化是由于所用刀具與工件在被加工零件表面擠壓和摩擦造成，其影響因素有：切削用量或磨削用量、刀具影響、工件材料、砂輪等；表面波度是由工藝系統的低頻振動所引起；殘余應力是加工過程中的切削力、切削熱所導致，磨削加工中產生的切削熱也會對表面金相組織造成影響。

三、機械加工表面影響因素的作用規律

1、表面粗糙度對表面質量的影響。零件的表面質量決定著零件的有效接觸面積以及潤滑油的存儲、表面處理效果過滑不利于潤滑油的儲存，零件間的分子的親和力會加大，摩擦阻力增大，磨損加劇；表面粗糙度過大，有效接觸面積會變小，壓強增加，同樣會降低零件的耐磨性；凹坑處易引起應力集中，在交變應力作用下，零件易產生疲勞裂紋，破壞零件的疲勞強度。因此，對重要的以及承受交應力的零件如連桿、曲桿在表面處理時應進行光整加工，降低粗糙度，提高零件的疲勞強度；此外，凹谷處易聚集腐蝕性介質，致使化學腐蝕的產生，較低的表面粗糙度可以減少腐蝕性介質的接觸面積，是提高機械加工零件耐腐蝕性的措施之一。

2、加工硬化對表面質量的影響。機械加工零件表面處理時，適當的加工硬化會一定程度上提高其耐磨性。其物理成因如下：加工硬化處理會同時增加零件表面層的強度和硬度，減少接觸區的塑性及彈性變形，材料分子間的親和力減少，從而減少磨損量；加工硬化過高會使零件內部硬度與表面硬度差距過大，易出現表層剝落的現象，最終加劇零件的磨損，從而降低耐磨性；同時會導致零件表面脆性的增加，降低零件塑性，產生裂紋，降低疲勞強度。適當的加工硬化能增加零件的疲勞強度，延緩疲勞裂紋的產生與擴張。

3、殘余應力對表面質量的影響。加工后零件表面的殘余應力（拉應力或壓應力）會對零件表面組織的緊密度產生影響，零件在應力狀態下工作，會產生應力腐蝕，所以殘余拉應力過大，會使零件材質的結構變疏松，降低零件的耐磨性，同時加速疲勞裂紋的產生和裂紋的擴大，降低零件的疲勞強度以及耐腐蝕性；殘余壓應力會促使零件原材料結構變得更緊密，效果是增加表面質量的耐磨性，相對地也會延緩零件疲勞裂紋的產生和擴張，降低零件的疲勞強度，還能提高零件的耐腐蝕性；殘余應力還會引起零件的變形，對配合性質產生影響，持續的零件變形會降低機器的工作精度。

四、機械加工表面質量管理的控制策略

1、合理選用刀具及工件材料。工件在加工過程中不可避免地會受到切削力、切削熱影響，導致表面層的物理機械性能的改變，正確合理地選用工件材料和刀具，可以增加刀具性能。刀具材料的選擇應充分考慮其硬度、塑性、導熱性、熱穩定性、摩擦系數以及刀具及工件材料的親和力。常選擇的刀具材料有高速鋼、硬質合金、金剛石材質等；在進行機械加工前，應對工件進行調質處理，以提高材料的硬度，降低塑性、細化晶粒；新型的磨料可以有效地改善切削刃的鈍化；增大磨削間距、改善散熱條件或采用高壓大流量法冷卻或內冷卻法來提高冷卻效果。此外，選用合理的切削液或使用專用裝置霧化磨削液，可以減少刀具的變形和摩擦，抑制鱗刺的產生，降低切削溫度。工件材料應選用合適的砂輪硬度，砂輪的修整質量影響到零件磨削表面的粗糙度，軟的砂輪可以提高自礪性、保持切削刃鋒利；粗砂輪或粒度號小的砂輪有孔隙不易被堵塞的優點。

2、減少振動、強化加工工藝。機械加工過程中的自由振動、強迫振動、自激振動會影響加工表面粗糙度、加速刀具磨損、影響機床、夾具的壽命，從而影響機械加工表面質量。減少振動的措施有：消除或減弱產生振動的條件、通過增加主偏角、增大進給量來實現減小切削或磨削時的重疊系數，減少激振力，提高工藝系統的剛度、調整振源頻率、采用固體或液體的阻尼來消耗振動能量、實現減振，采用減振裝置與隔振措施：如采用動力減振器或摩擦式、沖擊式減振器等。提高機械加工表面處理工藝的措施有：合理選擇切削用量、磨削用量及刀具參數、控制磨削參數等工藝參數、采用超精磨削、鏡面磨削，研磨、拋光等光整加工方法、采用合理的熱處理工藝等。

總之，零件加工的加工精度以及加工表面質量是評價零件是否合格的質量指標，研究機械綠卡表面質量的影響因素，運用規律來對加工過程加以控制對改善零件表面質量管理水平，提高產品使用性能具有非常重要的意義。