機械加工技術對金屬零件加工的影響

韓齊峰，陳聰聰，王玲奇

現階段，科技的發展導致各個領域對于金屬零件的需求不斷增加，正是因為在此需求的不斷引導下，國內研究出來機械加工技術，主要用于金屬零件的加工。在機械加工技術中主要會通過溶解、鉆削、車削、劃線、銑削以及磨削等方式進加工，并通過系統化的方法將金屬有效的加工成金屬零件，再安裝在不同的金屬器械上，但在目前的機械加工技術應用的整個過程中，機械加工技術的發展仍然存在緩慢的跡象。因此，有效研究機械加工技術對于金屬零件加工的影響，能夠從更為綜合的角度真正認識到機械加工技術，從而不斷推動我國機械加工技術的長遠應用和發展。

1 機械加工技術概解

金屬零件加工制造的基礎是了解加工毛坯的加工工藝方式，即善用機械加工工藝，目的是借助處理工藝提高零件精度，同時增強零件與毛坯吻合度。機械加工過程中需立足于實際角度，重點打磨加工毛坯，合理利用加工技術。借助粗加工打磨毛坯，處理零件大體結構，根據加工需求科學控制毛坯與光整度。本研究重點研究金屬零件加工過程中機械加工技術對零件光整度與精度的影響。

2 機械加工技術對金屬零件加工的影響

2.1 機械加工技術對金屬零件表面光整度的影響

2.1.1 機械加工技術對金屬零件光整度影響原因分析

根據機械加工工藝及處理實際，刀具在進給運動時不將在工件表面留下切削彩六面積，即刀具幾何形狀的復映。通過降低進給量、縮小主偏角與負偏角、增大刀具簡短圓弧半徑等方式都可縮小殘留面積。由于光整度是衡量零件質量的重要指標，科學增大刀具前角可最大限度降低切削過程中發生的塑性形變。為解決機械加工過程中對金屬零件表面光整度的影響，可施加乳化液，提升刀具刃磨質量，防止并組織刀瘤、鱗刺出現，以此提高零件光整度。

機械加工過程中，切削刃鈍圓、半徑增大會導致金屬表面擠壓作用增強，加劇塑性形變，讓其冷硬增強，冷作硬化會提高零件表面粗糙度。隨著切削速度的增加，將縮短刀具與工件作用實踐，促使塑性形變拓展度降低，冷硬層深度降低。此外，機械加工磨削加工工藝會降低零件表面光整度。磨削加工粗糙度產生的主要原因是幾何因素和金屬表面塑性變形，砂輪粒度、硬度、齊整度、磨削速度及磨削徑向進給量都將影響金屬零件光整度。

2.1.2 解決措施

根據機械加工工藝對金屬零件加工光整度的影響分析，可匯總得出如下幾點解決措施：①完善工藝流程。完善工藝流程即遵循基本技術操作規范的基礎上，協調各道工序。制定完善的工藝流程才能確保加工的零件符合光整度標準及精度標準。比如，針對定位基準與設計基準違背的情況，應選取質量高的基準面，如果加工對光整度需求過高，可增加工藝孔確保加工工件表面質量，讓其符合質量標準。對于可單次加工完畢的面，盡可能單次成型，避免復加工影響表面粗糙度。②科學擇取切削參數。科學選擇切削參數可抑制積削瘤形成，理論上可降低加工殘留面積的高度，提高金屬零件表面光整度。事實證明，加工塑性金屬材料時適當加大刀具前腳，可避免積削瘤出現，原因是刀具前角增大將導致切削力度減小，即切削形變校，刀具和切削接觸距離順應縮短，可降低積削瘤產生。③科學確定金屬零件加工表面處理工序。常規條件下，金屬零件表面處理屬于最后一道工序，主要由于最終工序在表面施加的作用應力將對零件使用性能造成直接影響。因此，制定科學的表面加工工序應重點研究工件工作表面的工作條件，有效應對潛在的破壞方式。（如圖1）。

圖1 加工完成后的金屬零件

2.2 機械加工技術對金屬零件加工精度的影響

2.2.1 機械加工技術影響金屬零件加工精度的原因

機械加工技術對金屬零件加工精度影響的原因可匯總為內在因素、受力因素與加熱因素三類：

（1）內在因素。金屬零件加工制造過程中，一旦操作工藝存在違規操作，或出現幾何誤差，都將影響金屬零件加工精度。零件制造中，機械加工工藝內在因素是影響零件加工精度主要誘因，同時控制內在因素的難度最高。機械加工技術對零件加工設備具有極高要求，比如設備損壞、刀具磨損等都將降低零件精度。通俗地講，內在因素即機床本身產生的誤差，除了受加工工藝影響外，還受機床本身精度影響。機床加工精度受定位、運動控制、傳動等精度影響，任何一個精度出現問題都將導致機床加工精度降低，易引發連鎖反應。例如，機床傳動軸承精度誤差過大，工件生產中將發生拖拉問題，促使真實軸與移動軸距離小于機床工藝品尺寸，易生產出殘次品。同時，工件加工中運動形式千變萬化，在夾緊力、摩擦力、沖擊力等影響下，設備運作中很容易產生誤差。因此，提高工件生產精度必須考慮機床運作精度，并分析各個生產環節機床受力荷載。

（2）受力因素。金屬零件加工中面臨一系列的受力條件，很可能改變整個系統的形狀及位置，從而影響系統安全運行。系統自身具備一定的運作能力，當夾具、刀具等處于異常運作條件下，系統具備一定時常的應對能力，但如果系統長期處在超負荷運作狀態下，最終將改變零件、夾具、刀具等相對位置及形態。此外，機械加工中，不同部件都將受到多方作用力，如對零件施加的反作用力，以此影響零件精度。

（3）加熱因素。金屬零件加工由于切削、打磨等操作，將影響機床、工件、刀具因升溫而導致零件受熱變形。當溫度過高時，易導致零件體積膨脹，冷卻縮小，以此影響零件精度。機床運作過程中也存在顯著的發熱現象，如果得不到及時處理不僅面臨安全風險，還將影響零件精度。

2.2.2 控制措施

（1）把握加工過程。合理控制機械加工流程，在整個工藝過程中最大限度減小零件誤差，需適當優化加工設備。常規條件下，設備帶來的幾何誤差在設備出廠時就已經存在，因此需嚴格檢查設備本身，保證精度誤差在要求范圍內，確保零件加工精度可得到滿足。同時，需全面檢查機械設備日常工況，對設備運行誤差做好分析，依照檢驗結果消除誤差來源，以此控制金屬零件加工精度（如圖2）。機械加工過程中盡可能選取專用生產設備，并在投入使用前進行誤差測定，同時檢測設備質量，對其進行全面檢查，分析不同生產條件下設備受力情況及誤差范圍。通過了解機床設計誤差的方式，將質量誤差數值作為優化生產工藝的重要指標，以此調整生產方法。機床裝配過程中，應選取專業技術人員對設備進行組裝與調試，避免人員操作不熟練造成的設備誤差。機械加工過程中，設備運行磨損是最為常見的設備損耗，因此需定期對設備磨損情況進行測定與檢驗，依照檢測結果對機械磨損統計數據進行收集匯總，分析不同生產強度與設備磨損的關系，有效評估機械加工過程中的磨損情況。對于工作時長達到磨損檢修日期的設備，應對其進行返修，更換損耗大的零件。機械加工時應考慮加工誤差，消除機械本身對零件加工帶來的不良影響，以此提高加工精度。

圖2 機械加工車間的日常運作

（2）減少外界因素影響。從擠壓力、摩擦力等著手，消除外界因素對零件加工精度的影響。技術人員需對機械設備做好系統檢查，查驗夾持零件是否松動。同時，保證接觸面光滑，盡可能較小摩擦力；定期打磨機械設備表面，讓接觸面光滑度適當提升。機械加工中，技術人員需掌握正確的操作方式，了解消除外界因素的具體方法。可通過培訓的方式對技術人員進行實操培訓，避免因工作者日常失誤而帶來的操作誤差，從根本上減少外界因素的影響。

（3）控制溫度變化。金屬零件機械加工設計的工序較多，多道工序都將產生熱量。所以，金屬零件機械加工需科學控制溫度變化。如采取有效的正貨或退火工序，消除內應力，避免零件內部不均勻的情況發生。此外，可采用冷水降溫方式，縮小溫度差，以此降低溫度變化對金屬零件加工精度的影響。

3 實例分析

3.1 金屬零件加工中的溶解金屬

在本次研究中主要是針對金屬零件加工方法，應用機械加工技術來溶解金屬，將金屬液化之后，在放置到預先準備好的模具內，進而加工成金屬零件。關于金屬機械加工技術溶解金屬的整個環節（如圖3），都必須按照順序緊密進行。

圖3 機械加工技術中溶解金屬過程

從上圖中不難看出，機械加工技術溶解金屬主要就是將金屬安放在比較規范的容器內部，在容器中一般都會蘊含陰陽兩個電解棒，而且也會在電解棒之間安放大量電解液。這時，在電解棒上方開通電源，在后續的電流引導作用下，電解棒就會產生極強的作用力，這股理論會將電流引導至電解液處。隨后，電解棒與電解液之間就會產生很強的化學反應，溶解容器的中心位置安放金屬，會在點解的環節中放射出含有銅、鋁、鋅等金屬物質，并在電解的作用引導下，放出蘊含金屬的電子，并還原為離子形態，并且也會源源不斷地將電子轉移至溶液內部，進而產生陽極溶解，其中包括：ne →Mn+。在此公式中，M 所代表的即是金屬，e 所代表的則是電子，n 所代表的是在電解作用力下，電解液電解劍術的主要電子數，Mn+所代表的在陽極電解棒的作用力下，經由電解反應而從金屬溶解中脫離出來的金屬離子。

簡單來說，當放在電解容器內部的金屬是金、鉑、鈀等惰性的金屬時，物質便會在陽極電解棒的作用引導下，經由電解液自身所具備的負離子進行放電。單獨在容器中分析某一個金屬元素時，所蘊含的其他金屬元素物質則包括：Nm-me →N。在此公式中，Nm-作為電解液其自身擁有金屬離子，m 在陽極電解棒的作用影響下會失去電子數，N 所代表的是電解液析出的金屬物質。

3.2 金屬零件磨削成形

在金屬定型中，最初在對所有零件進行雛形加工時，必須要磨削金屬零件雛形的表面。這就需要應用機械加工技術來磨削金屬零件，整個環節中大致可劃分為三個階段。

第一個階段需要進行滑擦，這時剛剛加工好的金屬零件雛形表面依舊存在很多突出明顯的磨粒，在第一階段就可以對金屬零件雛形表面的磨粒進行消除，可以技入金屬零件中，并不斷滑擦金屬零件。

第二階段是耕犁，此階段也是在第一階段的基礎上增加擠壓金屬零件雛形表面磨粒的深度與廣度，進而有效促進金屬零件雛形的表面引發塑性的變形效果，有效讓金屬零件雛形表面磨粒在陵端前段堆高的隆起位置形成自然的溝槽。

第三階段是切削，這也是在第二階段耕犁作用的基礎上，將推至金屬零件雛形的兩段及前段的磨粒采取切削，并有效將金屬零件中雛形不規范不合格，沒有達到制造標準的多余部分切削掉，將有用的金屬零件雛形磨削成形。（如圖4 ）。

圖4 金屬切屑

3.3 金屬零件加工中金屬溶液定型

通過金屬零件加工中的溶解金屬后，已經熔化成了金屬溶液，這時，就需要將金屬溶液引至需要加工成零件的磨具內，應用機械技工技術，快速凝固金屬溶液，并磨削金屬，進而讓金屬加工順利的制成金屬零件。

當金屬零件定型后，務必要將金屬溶液放置在較為密封的零件磨具內，也需要讓零件模型蘊含一定的熱度來維持定型效果。另外，零件磨具內的熱度需要分配均勻，應該充分的遍布在模型當中的不同位置。所以，這就會產生熱能量守恒定律，我們預設熱量是Q，而零件磨具內原有的內能量是K，所增加的內能量則是U，可列公式：Q=VU+VK。通過上述公式的計算能夠發現，零件磨具中各處熱度均相同，這時已經溶解的金屬溶液就會在零件的磨具內不斷加熱然后定型。一旦金屬已經形成了一定的雛形時，將金屬零件雛形從零件磨具中取出，金屬零件的雛形表面就會產生坑洼或者粗糙的加工問題，這就必須要對金屬零件的表面展開磨削處理。

3.4 實驗論證分析

為了有效保障此次分析機械加工技術對金屬零件加工影響結果的有效性，對此次實驗研究進行了論證分析。應用傳統的加工技術來加工金屬零件光整度，主要呈現弧形，所以加工出的零件表面一般都存在光整度不穩定，而在加工次數的不斷增加下，金屬零件光整度雖然在不斷增加，但經過了第五次加工之后，能夠發現，傳統加工技術的應用下，金屬零件的光整度趨勢具有明顯降低的現象。而應用機械加工技術后，所加工的金屬零件光整度波動會較為穩定，一般會保持在80%～90%左右，而且會顯著高于傳統的加工技術。經此可見，機械加工技術在加工金屬零件的整個環節中，具有顯著強化金屬零件的光整度，并會提高金屬零件的實際性能。

4 結語

綜上所述，機械加工技術能夠顯著增強金屬的溶解效率，并提升金屬加工制成零件的表面光整度，同時進一步加快金屬零件的整體加工效率。所以，機械加工技術對于金屬零件加工而言有著極為重要的影響作用。