機械加工過程中影響工件表面質(zhì)量的因素分析

陳艷

摘要：隨著我國機械生產(chǎn)水平的提高，機械加工技術(shù)也有了很大的進步，但是機械加工的表面質(zhì)量仍存在許多問題。在機械加工的過程中，工件表面質(zhì)量受到影響會造成工件無法正常使用。為減小各種因素對工件表面造成的影響，使工件表面質(zhì)量達到標準要求，就必須對影響機械加工表面質(zhì)量的因素進行分析。

關(guān)鍵詞：機械加工;表面質(zhì)量;影響因素

一個完整的機器需要由許多機械零件進行裝配組成，個別零件喪失使用性能會導致整個機器失效，通過許多研究與生產(chǎn)實踐證明，零件喪失使用性能大多都是從表面開始，因此零件表面質(zhì)量的好壞將決定其使用性能的好壞，從而影響到產(chǎn)品的使用。因此，必須正確認識零件表面的質(zhì)量作用，分析在機械加工過程中影響工件表面質(zhì)量的各種因素，這對于改善工件表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品的使用性能具有十分重要的意義。

1.機械加工表面質(zhì)量概括

機械加工表面質(zhì)量是指經(jīng)過機械加工之后工件表面的粗糙度。粗糙度一般以Ra、Rz、Ry三種代號加數(shù)字進行表示。在制作工件時，對于不同的工件會有不同的表面質(zhì)量要求。在經(jīng)過機械加工以后，工件的物理性能、化學性能和力學性能都會受到影響。并且，工件的表面質(zhì)量會直接影響到整個產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性及工作壽命，工件表面的質(zhì)量只有達到要求才能提高其耐磨性、耐蝕性及抗疲勞破損能力。

2.表面質(zhì)量對使用性能的影響

2.1 影響產(chǎn)品耐磨性

零件表面越粗糙，磨損情況就越嚴重。一般情況下，表面粗糙程度較小，其耐磨性能就好。但是如果表面太過于平整光滑，會造成潤滑油的儲存不易，工件的接觸面容易發(fā)生分子粘連情況，磨損度將會增加。因此，在工件的接觸面上應該有一個最佳粗糙值，這個數(shù)值在通常情況下由零件的工作情況決定，工作載荷加大時，初期的磨損率會增加，此時表面粗糙度最佳值也就相應加大。

2.2 影響產(chǎn)品抗疲勞強度

在載荷不斷變化的過程中，零件表面的稍不平整都會導致應力集中，從而產(chǎn)生疲勞裂紋，造成零件疲勞性損壞。因此，要減小零件表面容易造成應力集中部位的表面粗糙度，例如圓角、溝槽等處，可以有效提高零件的抗疲勞強度。此外，如果零件表面殘余的應力為拉應力時，零件表面的裂紋會在拉應力的作用下不斷擴大，從而降低零件抗疲勞強度;若殘余的應力為壓應力，則能延緩裂紋擴大，零件抗疲勞強度也就得到了提高。

2.3影響產(chǎn)品耐蝕性

如果零件需要在具有腐蝕性的環(huán)境中工作，腐蝕性介質(zhì)會吸附在零件粗糙表面的凹谷處，并且通過表面的細小裂紋向零件內(nèi)部滲透。因此，零件表面的粗糙度越高，零件被腐蝕的速度就越快。此外，零件表面殘余的應力也會影響零件的耐腐蝕性。殘余的壓應力能夠使零件表面更加緊實，有效阻礙腐蝕性介質(zhì)的進入，增強零件的耐腐蝕性;殘余的拉應力則會加速腐蝕性介質(zhì)進入，降低零件的耐腐蝕性。

2.4 影響配合質(zhì)量

如果零件表面過于粗糙，會造成配合表面的加速磨損，磨損過大會導致配合間隙加大，從而降低配合進度。尤其是對于液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)等機械需要的元件，嚴重時會加大液壓或氣壓的泄漏量，導致機器無法正常工作;此外，若零件表面粗糙度過大，在過盈配合時，配合表面的波峰沒有曲線，實際過盈量將大大減小，配合件的連接強度降低，從而對配合的可靠性造成影響。

3.磨削加工的影響

當被磨工件表面層的溫度過高時，表層金屬的金相組織會產(chǎn)生變化，降低表層金屬的強度與硬度，并且產(chǎn)生殘余應力，導致工件表面出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象被稱為磨削燒傷。磨削燒傷可以分為三類：一是回火燒傷;二是淬火燒傷;三是退火燒傷。也就是說，在整個工件被磨削的過程中，都有可能出現(xiàn)燒傷情況，磨削過熱就是造成磨削燒傷的根源。因此要盡可能減少磨消熱的產(chǎn)生，并且改善冷卻條件，阻止熱量傳入工件。

4.切削加工的影響

利用具有刀具幾何形狀的復映刀具給工件進行加工時，會在工件表面殘留切削層面積，這個面積的形狀就是刀具幾何形狀的復映。若要減小殘留面積的深度，就需要減小進給量、主偏角、副偏角或增大刀尖的圓弧半徑。并且，適當?shù)脑龃蟮毒咔敖牵梢詼p小切削加工時的塑性變形程度，選擇合適的潤滑液并提高刀具刃磨的質(zhì)量，都是減小工件表面粗糙度的有效措施。

5.加工表層的殘余應力影響

工件表面產(chǎn)生殘余應力的原因大致可分為三種：一是在進行切削時工件表面的金屬層內(nèi)部會發(fā)生塑性變形現(xiàn)象，加大表面金屬的比容，表層體積需要進行膨脹，但是又要受到里層金屬的阻礙，因此表面金屬層就產(chǎn)生了殘余應力，而里層金屬產(chǎn)生殘余拉應力;二是在進行切削加工時，切削部分會產(chǎn)生大量的熱;三是不同金屬的密度不同、比容不同，如果表面層金屬的金相組織產(chǎn)生變化，與表面金屬相連的基體金屬就必然會影響到表面金屬比容，因此產(chǎn)生殘余應力。而殘余拉應力會對工件表面的局部裂紋造成影響，使裂紋不斷擴大，最后導致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞的角度來看，零件表面的最終工序應該選擇能在零件表面產(chǎn)生殘余壓應力的加工方式。

6.加工表面的冷作硬化影響

機械加工過程中會因為切削作用而出現(xiàn)塑性變形，使品格扭曲或畸變，晶粒之間產(chǎn)生滑移，從而造成品粒被拉長、纖維化或破碎，這些能提高工件表面層金屬硬度和強度的現(xiàn)象被稱為冷作硬化。工件表面層金屬經(jīng)過強化之后，能增大金屬變形的阻力，減小其塑性，金屬的物理性質(zhì)就會產(chǎn)生變化。被冷作硬化后的金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，然后向穩(wěn)定狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變，這是弱化現(xiàn)象。溫度的高低、溫度持續(xù)時間的長短、強化程度的大小都影響著弱化作用。工件在機械加工過程中會在同一時間內(nèi)受到熱與力的作用，因此，強化與弱化的綜合作用能決定加工后的工件表面性質(zhì)。

7.結(jié)束語

工件表面質(zhì)量直接影響到其使用性能，而工件的使用性能又必須滿足機器的正常工作。因此工件在機械加工過程中，應當從多方面進行考慮，既要能保證工件表面質(zhì)量，又能避免增加不必要的制作成本。

參考文獻：

[1]閆德明.淺析影響機械加工表面質(zhì)量的因素及措施[J].山西科技，2012，01：81-82+85.

[2]張岳.淺析如何保證機械加工工件表面質(zhì)量[J].科技致富向?qū)В?013，33：320.

[3]董橋華.機械加工表面質(zhì)量的影響因素及控制方法[J].中國建材科技，2014，02：142-144.

[4]任德全.淺析影響機械加工表面質(zhì)量的因素及改善措施[J].民營科技，2010，12：24.