影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的若干因素和改進(jìn)方法

馮麗

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 德州 253014

1 機(jī)械加工表面質(zhì)量的重要性

機(jī)械的質(zhì)量直接決定了機(jī)械加工技術(shù)的高低，而據(jù)實踐的經(jīng)驗分析，機(jī)械的失效往往是從表面的零部件開始的，也就是說表面零件的質(zhì)量是影響機(jī)械使用性能的重要因素之一。具體來講，機(jī)械表面質(zhì)量對產(chǎn)品的影響主要有：

1.1 影響機(jī)械產(chǎn)品耐磨性

機(jī)械零件的磨損可分為初期磨損、使用中的正常磨損和意外劇烈磨損三種情況。表面的粗糙程度在很大程度上影響著零件表面的磨損，通常表面粗糙度小的其磨損性能也較好，但若是表面粗糙度太小導(dǎo)致潤滑油不易儲存，機(jī)械在加工過程中接觸面上易發(fā)生分子黏結(jié)，其磨損反而會增加。因此根據(jù)零件的工作情況找出接觸面最佳的粗糙度值，在機(jī)械使用中有著重要的意義[1]。

1.2 對疲勞強(qiáng)度的影響

金屬機(jī)械受到交變荷載作用之后會產(chǎn)生一定的疲勞，通常發(fā)生在零件的表面和表面冷硬層下面。因此，零件表面的質(zhì)量會影響疲勞強(qiáng)度，表面粗糙程度大時抗疲勞破壞的能力也越差[2]。

1.3 對耐蝕性的影響

零件在腐蝕性介質(zhì)條件下工作時容易在粗糙的表面吸附有腐蝕性介質(zhì)，然后通過零件表面的細(xì)微裂縫滲入到內(nèi)部。其表面粗糙度越高，吸附腐蝕性介質(zhì)效果越明顯。另外，零件表面如有殘余的壓應(yīng)力，會使表面緊密從而抵抗耐腐蝕性介質(zhì)的侵入，從而增強(qiáng)零件的耐腐蝕性；若是殘余拉應(yīng)力，則會降低其耐腐蝕性。因此，零件表面的粗糙質(zhì)量以及表面是否有殘余的應(yīng)力，都會影響到零件耐腐蝕性能。

2 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

2.1 工件材料的性質(zhì)影響

機(jī)械刀具在加工塑性材料時容易發(fā)生塑性變形，加上刀具使用過程中會對零件有撕裂作用，因此會增加零件表面的粗糙程度。一般的工件塑性變形會隨著韌性的增加而加大，零件表面的粗糙度也增加。如果工件是脆性材料，切削之后的切屑成碎粒狀，零件表面便會出現(xiàn)許多增加其粗糙度的麻點(diǎn)[3]。

2.2 刀具幾何形狀

機(jī)械加工中的刀具作用于工件表面在進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動時會在加工面上留下切削層殘留面積，其面積形狀是刀具集合形狀的體現(xiàn)，從而增加了表面的粗糙程度。導(dǎo)致出現(xiàn)殘留面積的原因主要有刀具切削時的進(jìn)給量、主副偏角的度數(shù)以及刀尖的圓弧半徑等。

2.3 磨削加工影響表面粗糙度

磨削加工時表面金屬的塑性變形和幾何因素決定了粗糙度的形成，具體的影響因素有：砂輪的硬度、砂輪的粒度、砂輪的修整磨削速度、磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)工件圓周進(jìn)給速度等。

2.4 加工表面層物理機(jī)械性能的影響

切削加工時工件受到切削熱量和切削力的作用，金屬表層的物理機(jī)械性發(fā)生變化，主要的變化在于表層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化以及參與應(yīng)力的產(chǎn)生等。而由于磨削加工時的塑性變形以及切削熱比刀刃切削時更嚴(yán)重，因此加工后表層的上述幾項物理和機(jī)械性能都發(fā)生了很大的變化。熱縮性變形主要因為機(jī)械加工時表面在熱量影響下溫度高于基體溫度，導(dǎo)致表面層熱膨脹會受到基體低溫影響形成熱壓縮應(yīng)力。在完成切削之后，溫度逐漸降低至基體溫度，此時表面出現(xiàn)縮短變化，會受到來自于基體阻礙形成參與拉應(yīng)力。

2.5 加工方法的影響

在精密加工、超精密加工以及光整加工時，徑向進(jìn)給量的大小，砂輪速度與軸向進(jìn)給速度的高低，工件速度與砂輪粒度的大小都會影響到表面質(zhì)量。精細(xì)修整砂輪工作表面，使砂輪上磨粒鋒利，也會達(dá)到較好的磨削效果。選用恰當(dāng)?shù)哪ハ饕阂彩墙档捅砻娲植诙鹊姆椒ㄖ籟4]。

2.6 表面層冷作硬化

機(jī)械加工過程中的切削作用力容易產(chǎn)生塑性變形，從而引發(fā)品格的扭曲和畸變。晶粒間因此出現(xiàn)剪切滑移，品粒被拉長和纖維化，乃至發(fā)生破碎，這些因素都會使得金屬表層的硬度和強(qiáng)度有所增加，稱之為冷作硬化或強(qiáng)化現(xiàn)象。產(chǎn)生冷作硬化的因素主要有：①刀具后刀面與被加工表面摩擦加劇，增加了后刀面的磨損度，導(dǎo)致塑性變形增大，冷硬增強(qiáng)；②切削刃鈍圓半徑增大，加大了對金屬表層的擠壓，從而導(dǎo)致塑性變形加劇，冷硬增強(qiáng)；③進(jìn)給量的增加導(dǎo)致切削力度增加，金屬表層塑性變形加劇，冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。

3 提高加工表面質(zhì)量的措施

在上述的分析中我們可以看出，機(jī)械表層的粗糙度主要和切削條件（切削的進(jìn)給量、切削速度、切削液）、刀具（刀具的幾何參數(shù)、刀具材料、刀具的磨損情況）、工藝系統(tǒng)的剛度以及工件的材料等幾個方面有關(guān)系。具體改善機(jī)械加工表面質(zhì)量的措施，則可以從以下幾個方面來著手。

3.1 控制合理的工藝規(guī)程

編制合理的工藝流程是提高零件加工質(zhì)量，保護(hù)機(jī)械表層的基礎(chǔ)條件。合理的工藝規(guī)程要求工藝流程要簡短，定位要準(zhǔn)確。在選擇定位基準(zhǔn)時盡量讓定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合。

3.2 工件材料方面

工件的材料性質(zhì)對于表層粗糙程度影響最大的是材料的塑性和材料的金相組織。對塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料而言，加工前先用正火處理來降低塑性性，切削加工后便可以獲得較小的粗糙度。同時，工件材料應(yīng)有合適的金相組織，包括均勻的晶粒度大小、分布及狀態(tài)等。

3.3 刀具方面

為減小刀具在表面的殘留面積，刀具應(yīng)使用刀尖圓弧半徑、副偏角度較小或合適的修光刃、寬刃精刨刀、精車刀等。刀具的材料應(yīng)與工件材料相匹配，杜絕使用磨損嚴(yán)重的刀具，從而控制對機(jī)械表面粗糙度的影響。

3.4 切削條件影響

較高的切削速度和號的切削塑性材料可以防止表面積屑瘤的出現(xiàn)。同時，切削時減小進(jìn)給量，增加工藝系統(tǒng)的剛度，提高機(jī)床的動態(tài)穩(wěn)定性并使用高效的切削液，都可以提高機(jī)械加工的表面質(zhì)量。

3.5 選用先進(jìn)的加工技術(shù)

機(jī)械零件加工要緊跟新技術(shù)的發(fā)展，提高工藝的效率。可將超精密的加工工藝與現(xiàn)代化計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，這是今后機(jī)械加工的重點(diǎn)發(fā)展方向，它可以保證操作的精準(zhǔn)性。在滿足加工需求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)盡量減少徑向進(jìn)給量和軸向進(jìn)給速度，從而保證加工過程的穩(wěn)定性，減少磨削振動。

3.6 降低表面殘余應(yīng)力

表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力發(fā)生的原因有很多，通常可以用減少塑性變形和降低切削溫度兩種手段來降低表面的殘余應(yīng)力。如在零件制造過程中用脹孔、滾壓、噴丸加固等特殊工藝，可以增強(qiáng)機(jī)械表層的穩(wěn)定性，或者通過調(diào)整切削角度來改變接觸面的受力，從而減少材料塑性變形并降低切削溫度。

4 結(jié)束語

隨著機(jī)械加工業(yè)與科技的不斷進(jìn)步，人們對于機(jī)械加工的質(zhì)量要求愈來愈高，這也給加工行業(yè)帶來了不小的壓力與挑戰(zhàn)。機(jī)械加工的表面質(zhì)量對于零件的耐磨性、抗腐蝕性及精度都有著重要的影響，而影響表面質(zhì)量的因素又是多種多樣的。因此在實際操作過程中，需要合理分析出影響表面質(zhì)量的關(guān)鍵性問題所在，然后對癥下藥，制定出相應(yīng)的防范性措施，從而提高機(jī)械加工的表面質(zhì)量。

[1]陳彥華.機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2009,(24):15-17

[2]李凱云.機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響[J].汽車運(yùn)用,2008,(01):23-25

[3]余志娟.機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析[J].裝備制造技術(shù),2009,(06):29-31

[4]郭新軍.改善機(jī)械加工質(zhì)量增強(qiáng)產(chǎn)品使用性能[J].企業(yè)導(dǎo)報,2011,(02):39-41