淺析影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及改進(jìn)措施

馬吉峰

摘 要：粗糙度的意思即是指經(jīng)過機(jī)械加工的金屬表面具有的微觀不平度，被加工物品的化學(xué)性、力學(xué)性、物理性同樣受到來自其被加工的質(zhì)量的影響。機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性、使用周期、適用程度，機(jī)械構(gòu)件的損壞度、抗腐蝕、抗磨損度和其防止疲勞磨損的性能，這些因素都會(huì)對(duì)加工物品的外表質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。掌握機(jī)械設(shè)備的技術(shù)方法對(duì)加工外部質(zhì)量產(chǎn)生影響的作用規(guī)律，以致改善加工程序，對(duì)增強(qiáng)加工物品外表質(zhì)量、增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的使用效果，有著非比尋常的意義。文章將針對(duì)影響機(jī)械加工外表質(zhì)量的因素，進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：外表質(zhì)量；因素；方法

1 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

1.1切削加工

刀具幾何形狀的復(fù)映

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削之后殘留的印痕會(huì)留在作業(yè)層，復(fù)映出刀具的形態(tài)。為了達(dá)到降低外表粗糙程度的目的，可以采用增強(qiáng)刀刃的質(zhì)量并使用潤滑液，這樣可以有效的減小塑性變形，同時(shí)防止抑制刀瘤、鱗刺的產(chǎn)生。另外，可以增加刀尖圓弧半徑、降低進(jìn)給量、主、副偏角，進(jìn)而減小殘留印痕的厚度。

工件材料的性質(zhì)

被加工材料的外表粗糙程度跟材料的材質(zhì)有關(guān)，材質(zhì)呈現(xiàn)脆性，會(huì)在顆粒崩碎過程中出現(xiàn)麻點(diǎn)，材質(zhì)呈現(xiàn)韌性，切削過程中扯拽的壓力大，導(dǎo)致加劇變形。

磨削加工影響表面粗糙度的因素

磨削加工時(shí)，砂輪的粒度、強(qiáng)度、磨削速度、拋光頻率、徑向和軸向進(jìn)給量、圓周進(jìn)給速度、以及冷卻潤滑油品的使用，都是影響磨削外表粗糙的主要因素。幾何因素和物品外層金屬塑性的變化同樣也對(duì)切削的粗糙程度有影響。

1.2 表面層材料金相組織變化

外層金屬金相隨著切削熱量的變化而改變。

磨削燒傷是指被加工物品的外層溫度超過了限值之后，金相變化就會(huì)出現(xiàn)，其硬度和強(qiáng)度隨之減弱，同時(shí)殘余應(yīng)力或者微觀細(xì)痕的出現(xiàn)。淬火鋼進(jìn)行磨削時(shí)，注意以下幾種燒傷：回火燒傷，即磨削區(qū)溫度處在淬火鋼相變溫度和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之間是，出現(xiàn)回火馬氏體組織就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕绕偷幕鼗鸾M織（索氏體或者托氏體）的現(xiàn)象。淬火燒傷，即磨削區(qū)溫度超過相變溫度時(shí)遇有冷卻液，而出現(xiàn)的二次淬火，二次淬火馬氏體組織隨之出現(xiàn)，其硬度超過第一次的回火馬氏體，由于底部受涼較晚，硬度低于第一次的回火馬氏體（索氏體或者托氏體）的現(xiàn)象。退火燒傷，即磨削區(qū)的溫度超過相變溫度，加入冷卻液之前，外層金屬硬度迅速降低并產(chǎn)生退火組織的現(xiàn)象。

1.3表面層冷作硬化

物品加工過程中出現(xiàn)塑性變形，其質(zhì)地發(fā)生異變、彎曲，其晶粒滾動(dòng)過程中變長、纖維化、碎裂，導(dǎo)致加工件外層金屬的堅(jiān)度、韌度變強(qiáng)，這一過程被稱為冷作硬化（也叫強(qiáng)化）。外層金屬的物理性質(zhì)也發(fā)生變化，塑性變?nèi)酰苯訉?dǎo)致變形困難。此時(shí)已經(jīng)強(qiáng)化的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芪划悜B(tài)體，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定常態(tài)，這一變化被稱為弱化。

弱化的程度受到溫度的冷熱和持續(xù)時(shí)長的影響。由于加工過程中力能與熱能共同作用于金屬，所以強(qiáng)化和弱化的程度直接決定了被加工件的外層金屬的屬性。外層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h、硬化程度N是評(píng)定強(qiáng)化和弱化的三個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。促使外層金屬的冷硬性增加的因素主要有：切削刃鈍圓半徑的增加、擠壓力量的增大、刀面磨損、阻力增強(qiáng)等等方面都會(huì)造成塑性的變化，切削的速度越快，切削時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)金屬外層的影響越快，進(jìn)給量變大，以及材料的本身塑性較大，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的冷硬現(xiàn)象。

1.4 表面層殘余應(yīng)力

產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力主要有三個(gè)方面的原因，一、切削引起的加工物品外層金屬的塑性變形和比容增加，導(dǎo)致外層金屬的體積迅速增大，然而被相鄰的內(nèi)層金屬攔截，這樣不僅在外層金屬中產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，內(nèi)層金屬也產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。二、切削熱能的增多。由于不同金相組織所具有的不同密度和不同比容，當(dāng)外層金屬發(fā)生比容變化時(shí)，會(huì)被相鄰的本體金屬所阻止，由此也產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。加工物品最終工序的加工方法，對(duì)被加工零件的工作面有著至關(guān)重要的影響。由于交變載荷作用的拉力影響，表面存在的微觀裂痕會(huì)變大或者直接斷裂，所以選擇加工技術(shù)方法時(shí)，要考慮到制作需要和可能出現(xiàn)的破壞因素，應(yīng)對(duì)殘余應(yīng)力的影響，從而提升加工零件抵抗破壞和疲勞的程度。

2 提高加工表面質(zhì)量的措施

經(jīng)過前面對(duì)影響機(jī)械加工表面質(zhì)量因素的分析，已經(jīng)可以了解影響被加工件表面粗糙程度的具體原因，比如刀具的幾何參數(shù)、切削刃的形狀、刀具的材料、磨損的情況、切削的速度、進(jìn)給量、切削液的使用、工件材料、工藝系統(tǒng)的鋼度、熱處理、機(jī)床精度等等。為提高機(jī)械加工的表面質(zhì)量，根據(jù)加工要求，需通過有效的方法和措施，降低機(jī)械加工的表面粗糙程度。

2.1 制作件材料

制作件的材料具有的塑性、金相組織等特點(diǎn)，對(duì)加工的表面粗糙程度影響所占比重最大。所以其材料的選擇應(yīng)當(dāng)在其金相組織的狀態(tài)、晶粒度的大小和分布方面進(jìn)行適合的選擇。低合金鋼的材料和低碳鋼的塑性較大，為取得較低的粗糙程度，必要的進(jìn)行正火處理使其塑性降低。

2.2 刀具

選擇類似精刨刀、精車刀等具有比較大的刀尖圓弧半徑和比較小的副偏角、合適（=0）的修光刃、寬刃，可以有效的減少表面殘留面積，禁止使用已經(jīng)嚴(yán)重磨損的刀具，刀具的材質(zhì)必須和加工零件的材質(zhì)相適應(yīng)，可以最有效的降低加工表面的粗糙程度。

2.3 切削條件

為減少積屑瘤，提高機(jī)械加工表面質(zhì)量，可以采用增強(qiáng)加工機(jī)床的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、提高加工工藝系統(tǒng)的鋼度、使用高效率的切削液、同時(shí)降低進(jìn)給量、以較快的速度對(duì)塑性材料進(jìn)行切削等方法。

2.4 加工方法

通過使用精密、超精密、光整加工的方法，降低制作件速度，選用細(xì)粒度砂輪，采用較高的砂輪速度、較低的軸向進(jìn)給速度，減小徑向進(jìn)給量，砂輪的磨粒始終保持鋒利、維修保養(yǎng)砂輪使用過的表面，正確使用相宜的磨削液，這樣即可取得良好的磨削成效的同時(shí)，使得機(jī)械加工表面獲得較低的粗糙度。

2.5 減少加工表面層變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力

為減小機(jī)械加工表面層的變形強(qiáng)化，必須對(duì)刀具的幾何形狀進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪x擇，包括對(duì)刀具角度和磨損寬度的選擇，刀具的前角和后角盡量較大，進(jìn)行磨刃的過程中，注意保持切削刃的刃口半徑盡量減小。在進(jìn)行切削過程中，為了降低刀具刀面寬度的磨損，可以通過合理的改變切削用量來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)選取較低的進(jìn)給量和保證較高的切削速度。切削過程中，通過合理使用切削液，可以有效的降低加工金屬表面層的強(qiáng)化變形。在應(yīng)力集中或者具有腐蝕性環(huán)境中應(yīng)用的加工零件的機(jī)械加工中，對(duì)殘余應(yīng)力對(duì)制作件的疲勞強(qiáng)度的影響極為明顯，會(huì)降低制作件的疲勞強(qiáng)度，所以在機(jī)械加工過程中必須避免和減少殘余應(yīng)力現(xiàn)象的出現(xiàn)。導(dǎo)致殘余應(yīng)力現(xiàn)象出現(xiàn)的因素很多，而且復(fù)雜，一般為了減小殘余應(yīng)力，可以采用降低切削溫度、減小塑性變形程度來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際機(jī)械加工過程中，為了保持被加工件的穩(wěn)定性、增長其使用周期、提升其使用性能，可以通過冷壓方法來對(duì)其表面層的材質(zhì)進(jìn)行加工，比如金剛石壓光、擠（脹）孔、滾壓和噴丸強(qiáng)化等等，都可以提升加工件的產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)束語

機(jī)械加工的表面質(zhì)量，是整體加工工藝質(zhì)量的一個(gè)重要檢測標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上也代表了一個(gè)機(jī)械加工企業(yè)的工藝水平，在市場經(jīng)濟(jì)激烈競爭的體制下，提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的技術(shù)工藝，對(duì)于增強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力、尋求更高的經(jīng)濟(jì)效益，有著不可替代的作用。

參考文獻(xiàn)

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