機械加工表面質量改進措施

王茂振

摘要：本文對機械加工表面質量進行了分析，指出了影響機械加工表面質量的因素，并提出了提高機械加工表面質量的措施，對工程實踐有一定的指導作用。

關鍵詞：機械加工；表面質量；改進措施

前言

機械加工表面質量，是指零件在機械加工后被加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面質量直接影響被加工件的物理、化學及力學性能。產品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質量。機械零件的破壞，一般總是從表面層開始的，這是因為表面質量好的零件會在很大程度上提高其耐磨性、耐蝕性和抗疲勞破損能力。研究機械加工表面質量的目的就是為了掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面質量影響的規律，以便運用這些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。

1.機械加工表面質量對產品性能的影響

1.1表面質量對耐磨性的影響

零件磨損一般可分為三個階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。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。

1.2表面質量對疲勞強度的影響

金屬受交變載荷作用后產生的疲勞破壞往往發生在零件表面和表面冷硬層下面，因此，零件的表面質量對疲勞強度影響很大。表面粗糙度值愈大，抗疲勞破壞的能力就愈差。

1.3表面質量對耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，抗蝕性就愈差。

1.4表面質量對配合質量的影響

表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質量。對于間隙配合。粗糙度值大會使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質。

2.影響機械加工表面質量的因素

2.1切削加工

刀具幾何形狀的復映刀具相對于工件作進給運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復映。減小進給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑。均可減小殘留面積的高度。

加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。

2.2表面層冷作硬化

機械加工過程中因切削力作用產生的塑性變形，使品格扭曲、畸變，晶粒間產生剪切滑移，品粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高，這種現象稱為冷作硬化（或稱為強化）評定冷作硬化的指標有三項，即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N。影響冷作硬化的主要因素切削刃鈍圓半徑增大，對表層金屬的擠壓作用增強，塑性變形加劇，導致冷硬增強。

2.3表面層材料金相組織變化

在磨削淬火鋼時，可能產生以下三種燒傷：一是回火燒傷。如果磨削區的溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但已超過馬氏體的轉變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉變成硬度較低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為回火燒傷。二是淬火燒傷，如果磨削區溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發生二次淬火，使表層金屬出現二次淬火馬氏體組織，其硬度比原來的回火馬氏體的高，在它的下層。因冷卻較慢，出現了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這種燒傷稱為淬火燒傷。三是退火燒傷。如果磨削區溫度超過了相變溫度，而磨削區域又無冷卻液進入，表層金屬將產生退火組織，表面硬度將急劇下降，這種燒傷稱為退火燒傷。

2.4表面層殘余應力

表面殘余應力產生的原因。一是切削時在加工表面金屬層內有塑性變形發生，使表面金屬的比容加大，由于塑性變形只在表層金屬中產生，而表層金屬的比容增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產生了殘余應力，而在里層金屬中產生殘余拉應力。二是切削加工中，切削區會有大量的切削熱產生。三是不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面層金屬產生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應力產生。

3.提高加工表面質量的措施

通過前面的分析，我們知道影響表面粗糙度的因素有切削條件（切削速度、進給量、切削液）、刀具（幾何參數、切削刃形狀、刀具材料、磨損情況）、工件材料及熱處理、工藝系統剛度和機床精度等幾個方面。

提高加工表面質量的措施主要有：

3.1刀具方面

為了減少殘留面積，刀具應采用較大的刀尖圓弧半徑、較小的副偏角或合適的修光刃或寬刃精刨刀、精車刀等。

3.2工件材料方面

工件材料性質中，對加工表面粗糙度影響較大的是材料的塑性和金相組織。對于塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料，預先進行正火處理以降低塑性，切削加工后能得到較小的粗糙度。

3.3切削條件方面

以較高的切削速度切削塑性材料可抑制積屑瘤出現，減小進給量，采用高效切削液。增強工藝系統剛度，提高機床的動態穩定性，都可獲得好的表面質量。

3.4加工方法方面

主要是采用精密、超精密和光整加工。選用較小的徑向進給量，選用較大的砂輪速度和較小的軸向進給速度，工件速度應該低些，采用細粒度砂輪；精細修整砂輪工作表面，使砂輪上磨粒鋒利，也可達到較好的磨削效果。選擇適宜的磨削液能獲得低粗糙度表面。

3.5減少加工表面層變形強化和殘余應力也能提高加工表面質量

合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大的前角和后角，并在刃磨時盡量減小其切削刃刃口半徑：使用刀具時，應合理限制其后刀面的磨損寬度：合理選擇切削用量，采用較高的切削速度和較小的進給量；加工時采用有效的切削液等。可減少加工表面層變形強化。