機(jī)械加工質(zhì)量影響因素及改進(jìn)措施

費(fèi)寧

公安部第一研究所 北京 100037

1 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝加工技術(shù)特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)性

在機(jī)械制造領(lǐng)域，制造工藝與精密加工技術(shù)密不可分，機(jī)械制造本身較為復(fù)雜，在經(jīng)濟(jì)水平不斷提升、科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的時(shí)代背景下，我國(guó)機(jī)械制造也隨之提升。為了探尋機(jī)械產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)步途徑，需要大力應(yīng)用新的技術(shù)手段，不論是在工藝方面還是在精密加工方面，都要融入更多的創(chuàng)新技術(shù)，保證機(jī)械制造產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。在機(jī)械制造過(guò)程中，不斷追尋更高的產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平，推動(dòng)機(jī)械制造有序進(jìn)行。

1.2 關(guān)聯(lián)性

從機(jī)械制造的視角分析來(lái)看，制造工藝與精密加工技術(shù)密不可分，但各自又存在不同的特點(diǎn)，二者之間緊密的關(guān)聯(lián)性不僅體現(xiàn)在實(shí)踐生產(chǎn)階段，早在機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)階段也有體現(xiàn)。機(jī)械產(chǎn)品在投入生產(chǎn)的過(guò)程中，會(huì)涉及諸多方面，各環(huán)節(jié)也具有一定的獨(dú)立性，但每部分之間具有緊密的關(guān)聯(lián)性。在具體實(shí)踐過(guò)程中，制造工藝與精密加工技術(shù)需要緊密結(jié)合，從而保證機(jī)械制造產(chǎn)品處于穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)展的狀態(tài)。

2 影響機(jī)械加工質(zhì)量的因素

2.1 表面質(zhì)量的影響

每一個(gè)機(jī)械加工零部件的表面都是由切削加工得到的，這里會(huì)用到很多涉及切削加工技術(shù)的機(jī)床及工具等等。切削質(zhì)量的好壞主要與以下幾方面因素有關(guān)，一是材料本身的性質(zhì)，在我們?nèi)粘Ｉ钪杏袝r(shí)用到的物品都具有相同的硬度和韌性，因此我們普遍認(rèn)為這些物品的加工流程都是一樣的。其實(shí)，這是一種錯(cuò)誤的想法。我們雖然在使用中沒(méi)看出這兩種物品的差別，那是由于我們沒(méi)有用到它們各自的極限性質(zhì)。

對(duì)于加工零部件的企業(yè)來(lái)說(shuō)，不同的材料性質(zhì)具有不同的加工方法。有的熱塑性材料需要先把材料加熱到一定溫度然后迅速降溫至一定溫度，然后快速定型，這樣就制作成了韌性好但是硬度不太強(qiáng)的材料，有的熱鑄性材料是需要把材料加熱到一定溫度后然后再高溫下直接進(jìn)行定性，下面一步就是逐漸降溫，溫度穩(wěn)定下來(lái)后這個(gè)零件也就做好了，這種方式制作出來(lái)的材料具有很好的硬度但是缺乏較好的韌性。由此看來(lái)，材料本身的性質(zhì)是一個(gè)十分重要的因素[1]。

2.2 零件表面的抗疲勞性

疲勞抗力是指材料在加工過(guò)程中能夠反復(fù)承受應(yīng)力的特性。特別是對(duì)于零件的表面性能而言，疲勞抗力是零件表面性能的重要參考指標(biāo)。眾所周知，在某些極端工作條件下，相互接觸的零件之間會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題。從表面現(xiàn)象來(lái)看，主要是由于極細(xì)的裂紋、劃痕、極小的凹面突起等。

然而，這種表面現(xiàn)象的根本原因在于零件的抗疲勞性不同。在相同的作用環(huán)境和受力條件下，耐疲勞性差的零件很快就會(huì)出現(xiàn)疲勞應(yīng)力現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在材料表面的小缺陷上，并從缺陷處逐漸向外迅速擴(kuò)展，從而形成非常明顯的裂紋，甚至肉眼可見(jiàn)的裂紋。這種裂紋在科學(xué)上被稱為疲勞裂紋。這種裂紋對(duì)加工零件的質(zhì)量有很大影響。

2.3 工人和技術(shù)人員對(duì)加工工藝的影響

在中國(guó)的機(jī)械加工行業(yè)中，經(jīng)驗(yàn)豐富的加工技術(shù)人員將熟練地使用不同材料的各種加工技術(shù)，其理論基礎(chǔ)也十分扎實(shí)。例如，為了零件的耐磨性，當(dāng)使用機(jī)床進(jìn)行切割時(shí)，機(jī)床上的切割探針是零件，要切割的材料是零件。這兩部分相互摩擦和接觸，這是切割工作的本質(zhì)。

切割探頭的切割面積很小，在工人和技術(shù)人員施加的外力作用下，探頭與零件的接觸點(diǎn)和接觸面會(huì)形成較大的壓差，從而產(chǎn)生較大的壓力。有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員會(huì)很好地利用這種壓力來(lái)完成切割工作，而一些技術(shù)人員如果不注意，會(huì)導(dǎo)致被加工零件產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形。最嚴(yán)重的情況是待加工材料的塑性變形。這種塑性變形是不可逆的，也就是說(shuō)，一旦發(fā)生塑性變形，整個(gè)材料將永遠(yuǎn)不會(huì)回到其原始狀態(tài)。最嚴(yán)重的情況是待加工材料存在剪切現(xiàn)象，即待加工材料中存在切割間隙。這樣，整個(gè)物料處于報(bào)廢狀態(tài)，后續(xù)加工過(guò)程無(wú)法繼續(xù)，導(dǎo)致物料浪費(fèi)，極大影響物料加工質(zhì)量。

2.4 加工產(chǎn)品質(zhì)量需求增加的影響

從加工產(chǎn)品的角度來(lái)看，現(xiàn)代機(jī)械加工行業(yè)的生產(chǎn)繼續(xù)需要更精確、集成、穩(wěn)定和堅(jiān)固的零件。在使用方面，機(jī)加工零件的使用環(huán)境也更差，要求更高。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的旋轉(zhuǎn)葉輪需要承受高速、高壓、劇烈的溫度變化和良好的防水排水性能。這些高性能要求對(duì)機(jī)加工零件的表面性能提出了更嚴(yán)格的要求。

3 提高機(jī)械加工質(zhì)量的改進(jìn)措施

3.1 選擇合適材料，做到“材”盡其用

機(jī)械加工零部件最基礎(chǔ)的就是材料性質(zhì)。在進(jìn)行加工之前，每個(gè)加工企業(yè)和加工技師應(yīng)該認(rèn)真提前分析加工零件的使用工況，使用要求，產(chǎn)品性質(zhì)等條件，根據(jù)條件仔細(xì)篩選合適的零部件材料，然后接下來(lái)制定出相對(duì)應(yīng)的加工方法。如熱塑性材料加工方案或者熱鑄性材料加工方案等等的選取。再接下來(lái)，一步一步地制定后續(xù)加工方案，確定加工機(jī)床，降溫方法，零件定型等方面的策略。真正做到“材”盡其用，讓選取的材料切實(shí)符合產(chǎn)品使用需求，避免材料的浪費(fèi)，使得整個(gè)加工過(guò)程更加高效，這是提高機(jī)械加工質(zhì)量的重要改進(jìn)措施之一。

3.2 焊接工藝

焊接工藝是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常應(yīng)用的工藝之一，可以將焊接工藝分為三種類(lèi)型。一種是氣體保護(hù)焊接技術(shù)，在應(yīng)用此種焊接技術(shù)的過(guò)程中，要應(yīng)用電弧技術(shù)的能量，此項(xiàng)技術(shù)的特別之處在于以氣體為焊接載體[2]。在具體實(shí)踐操作過(guò)程中，會(huì)有氣體產(chǎn)生，形成保護(hù)層，發(fā)揮出一定的保護(hù)作用。具體操作過(guò)程中，二氧化碳是常被應(yīng)用的保護(hù)氣體，考慮到其成本低廉，因此深受青睞。第二種技術(shù)是電焊工藝，以電連接的方式處理焊接物，焊接物處于正負(fù)極中央，在電流的作用下，焊接物中央或附近位置會(huì)產(chǎn)生變化，焊接物會(huì)被熔化掉。熔化掉的物質(zhì)起到焊接的作用，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的焊接效果。電焊技術(shù)進(jìn)一步提升了焊接的質(zhì)量，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提升。在生產(chǎn)法制造過(guò)程中，此種工藝得以廣泛應(yīng)用，特別是在汽車(chē)制造領(lǐng)域中，不但能夠起到降低噪音的作用，還可以降低時(shí)間成本。但在生產(chǎn)設(shè)備方面，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)成本相對(duì)較高，對(duì)設(shè)備的技術(shù)也有一定的要求。最后一種是埋弧焊接技術(shù)，在應(yīng)用此項(xiàng)工藝過(guò)程中，焊接材料發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，需要可燃電弧實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。可以將此項(xiàng)焊接技術(shù)分為兩種，一種是全自動(dòng)化工藝，還有一種是非全自動(dòng)化工藝，應(yīng)用全自動(dòng)化工藝進(jìn)行焊接，需要利用接車(chē)運(yùn)動(dòng)電弧與焊絲在生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行焊接操作。應(yīng)用非全自動(dòng)化工藝，需要應(yīng)用相應(yīng)的設(shè)備送入焊絲，后者需要消耗更多的人力、物力及財(cái)力，在實(shí)踐工作過(guò)程中，大多應(yīng)用全自動(dòng)化工藝。

3.3 精密加工技術(shù)

可以將精密加工技術(shù)分為4種，第一種是精密切削技術(shù)，此技術(shù)在機(jī)械制造過(guò)程中以提升加工的精準(zhǔn)性提升加工質(zhì)量。通常情況下，需要將精準(zhǔn)性控制在1～0.1μm，將其稱為精密加工[3]。現(xiàn)階段的機(jī)械加工作業(yè)中，大多應(yīng)用精密加工技術(shù)，而精密切削技術(shù)是精密加工中最常應(yīng)用的技術(shù)，在應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)時(shí)，需要應(yīng)用相應(yīng)的儀器對(duì)材料進(jìn)行切削，以此實(shí)現(xiàn)精密加工的作用。在機(jī)械制造過(guò)程中，應(yīng)用精密切削技術(shù)能夠在一定程度上提升機(jī)床的運(yùn)行效率。第二種是微細(xì)加工技術(shù)，此種技術(shù)主要對(duì)象是電子產(chǎn)品中體積較小的零部件，應(yīng)用其他技術(shù)難以滿足對(duì)微小零部件的加工，為此應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)。應(yīng)用此項(xiàng)加工技術(shù)會(huì)以特殊的儀器與方式進(jìn)行操作，提升對(duì)微小零部件加工的精準(zhǔn)性，在降低能源消耗的同時(shí)，提升運(yùn)行效率。第三種是精密研磨技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)通過(guò)精密研磨的技術(shù)手段，能夠深入原子級(jí)的細(xì)致程度。當(dāng)前應(yīng)用的精密研磨技術(shù)大多應(yīng)用在集成電路中。在進(jìn)行具體加工操作時(shí)，會(huì)以加工液做出的化學(xué)反應(yīng)支持設(shè)備儀器運(yùn)行，從而滿足化學(xué)研磨與拋光的需求。在科學(xué)技術(shù)水平不斷進(jìn)步與發(fā)展的過(guò)程中，精密研磨技術(shù)也在不斷提升，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超精密研磨技術(shù)，并且在機(jī)械加工領(lǐng)域發(fā)揮出了難以替代的優(yōu)勢(shì)。第四種是納米技術(shù)，納米技術(shù)建立在先進(jìn)的工程技術(shù)、物理學(xué)科理論基礎(chǔ)上，發(fā)展至今，納米技術(shù)已經(jīng)較為成熟。納米技術(shù)的誕生與應(yīng)用能夠彌補(bǔ)精密加工中難以實(shí)現(xiàn)的操作任務(wù)。可以應(yīng)用在硅片加工中，以此大幅度提升信息存儲(chǔ)密度，對(duì)機(jī)械制造領(lǐng)域起到了深遠(yuǎn)影響。

3.4 五軸加工技術(shù)的應(yīng)用和提升

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控是應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，在復(fù)雜的曲面加工中能夠突顯出五軸數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化和精密化。五軸加工技術(shù)的應(yīng)用和提升主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：首先，選擇合理的加工參數(shù)，科學(xué)、有效的參數(shù)選擇不僅能夠滿足機(jī)械加工的實(shí)際需要，更能夠提高機(jī)械加工的效率，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。加工參數(shù)的選擇要結(jié)合加工對(duì)象、選用的加工方式、加工材料以及特殊要求等方面內(nèi)容，合理的選擇刀具類(lèi)型、主軸轉(zhuǎn)速、下刀點(diǎn)、安全高度、加工余量、走刀方式、加工方式等，能夠有效提高數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。目前，數(shù)控加工參數(shù)主要集中在刀具選擇、走刀路線、進(jìn)給速度等方面，隨著CAM、CAPP等技術(shù)的興起和發(fā)展，參數(shù)的智能化選擇極大地優(yōu)化了加工效果；其次，刀位軌跡的優(yōu)化，刀位軌跡是數(shù)控加工中刀具的實(shí)際走位，對(duì)于數(shù)控加工技術(shù)的精度、質(zhì)量和效率具有重要的影響[4]。刀位軌跡分布均勻、效率高、誤差小，能夠滿足高質(zhì)量的加工需求，有效提高零件的表面光滑度和精度，而不合理的刀位軌跡則會(huì)大大降低良品率。刀位軌跡的優(yōu)劣決定了復(fù)雜曲面加工的可能性，因此，刀位軌跡的優(yōu)化應(yīng)該滿足加工過(guò)程中接觸面光滑、無(wú)碰撞、切削的行間距分布均勻，這樣的刀位軌跡不僅能夠達(dá)到最優(yōu)的加工質(zhì)量，同時(shí)數(shù)控的算法效率高、穩(wěn)定性好，具有通用性。最后，仿真應(yīng)用，在復(fù)雜的曲面加工中，由于加工零件的曲面復(fù)雜，加上各種環(huán)境因素的影響，使得實(shí)際加工中會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的問(wèn)題。因此，通過(guò)仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)?shù)控加工過(guò)程進(jìn)行模擬，既避免了實(shí)際加工中出現(xiàn)的問(wèn)題，也不會(huì)造成實(shí)際的經(jīng)濟(jì)損失，有效的優(yōu)化了加工流程。

3.5 優(yōu)化加工環(huán)境，減少外力對(duì)施工的干擾

一般認(rèn)為，在機(jī)械加工的過(guò)程中，往往很容易受到外界因素的影響。因此，還需要企業(yè)和工作人員針對(duì)實(shí)際機(jī)械加工的環(huán)境做好把控，從而在最大程度上對(duì)來(lái)自外力的施工干擾進(jìn)行把控[5]。從實(shí)際工作展開(kāi)的情況來(lái)看，機(jī)械加工中的原始誤差是難以避免的，但是企業(yè)和工作人員卻可以通過(guò)有效的方法來(lái)對(duì)外因因素導(dǎo)致的機(jī)械加工誤差進(jìn)行降低處理，從而對(duì)干擾問(wèn)題進(jìn)行把控。首先，企業(yè)和工作人員在機(jī)械加工的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證良好的施工環(huán)境，并同時(shí)針對(duì)機(jī)械加工的設(shè)備儀器來(lái)做好維護(hù)和保養(yǎng)，從而確保機(jī)械工程加工能夠始終維持在一個(gè)良好的狀態(tài)下，保證機(jī)械加工有著更為理想的精準(zhǔn)度更為理想的質(zhì)量。其次，在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，企業(yè)和工作人員也需要針對(duì)加工過(guò)程中的溫度問(wèn)題、濕度溫度進(jìn)行調(diào)控，在機(jī)械加工的過(guò)程中，建立起明確的標(biāo)準(zhǔn)、流程和規(guī)范，切實(shí)提高機(jī)械加工的整體質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械加工質(zhì)量的好壞關(guān)系重大。高質(zhì)量的機(jī)械加工，有利于提高機(jī)械加工零部件的使用性能，該零件可以在多種苛刻的工作條件下發(fā)揮出自身性能，切實(shí)保證由該零件組成的各種機(jī)器能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作運(yùn)轉(zhuǎn)。而低質(zhì)量機(jī)械加工，零部件會(huì)存在各種各樣的問(wèn)題，既浪費(fèi)原材料，又會(huì)影響后續(xù)零件機(jī)器的使用情況。本文，總結(jié)了關(guān)于機(jī)械加工零件的相關(guān)內(nèi)容及定義，并重點(diǎn)分析了影響機(jī)械加工的因素，最后針對(duì)性地提出了提高機(jī)械加工質(zhì)量的改進(jìn)措施。