影響機械加工表面質(zhì)量的因素和相關(guān)措施芻議

[摘 要]表面質(zhì)量是衡量機械加工產(chǎn)品性能的重要參考方面，也是對相關(guān)機械加工工藝精細化操作的考核。本文重點討論了影響表面粗糙度的因素和影響加工表面層物理機械性能的因素，目的就是為了掌握機械加工中各個工藝對加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便利用這些規(guī)律來控制加工過程，最終能夠改善產(chǎn)品質(zhì)量，增強其使用性能。

[關(guān)鍵詞]機械加工；表面質(zhì)量；影響因素；措施

機械加工表面質(zhì)量的最直觀的定義就是機械零件在加工后的表面層狀態(tài)，如果是自動化生產(chǎn)或者復(fù)合工藝生產(chǎn)，機械零件的表面層狀態(tài)將直接影響其被加工工件的物理、化學(xué)及力學(xué)性能。

一、衡量機械加工表面質(zhì)量的基本概念綜述

從產(chǎn)品的應(yīng)用上將，機械加工表面質(zhì)量應(yīng)該分四個評估內(nèi)容，分別是加工表面粗糙度、表面層的物理和機械性能變化、表面波度和紋理方向。

加工表面粗糙度是指加工表面的較小間距和微小峰谷的微觀幾何形狀誤差。它主要是由于切削加工過程中的刀痕、分離時的塑性變形、刀具與被加工表面的摩擦、工藝系統(tǒng)的高頻振動等原因造成的。同時，表面層的材料在加工時，物理—機械性能變化主要有以下三個方面的內(nèi)容：①表面層的冷作硬化。工件在機械加工過程中，表面層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變化，使表層的強度和硬度都有所提高，這種現(xiàn)象稱表面冷作硬化；②表面層殘余應(yīng)力。在切削加工過程中，由于切削變形和切削熱的影響，在加工表面會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，如果殘余應(yīng)力超過材料的屈服強度，就會產(chǎn)生表面裂紋，表面的微觀裂紋將給零件帶來嚴重的隱患；③表面層金相組織的變化工件表面經(jīng)磨削精加工時，磨削產(chǎn)生的高溫，一般可達800～1000 ℃，高的磨削溫度會燒壞工作表面，使淬火鋼件表面退火，引起表層金屬發(fā)生相變，將大大降低表面層的物理—機械性能。

另外，表面波度，是介于形狀誤差和表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。它主要由加工過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動引起的。紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采取的機械加工方法。

目前機械行業(yè)在社會中占得地位越來越重，人們對機器的使用要求越來越高，一些重要零件在高壓力、高速、高溫等高要求條件下工作，零件表面的任何缺陷，不僅直接影響零件的工作性能，而且還可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象將進一步加速零件的失效，所以從加工表面粗糙度、表面層物理機械性能、表面坡度和紋理方向上的工藝改造是提高產(chǎn)品用戶滿意度的重要方向。

二、影像機械加工表面質(zhì)量的綜合因素分析

一個零件的失效或者突然間損壞，其原因除了少數(shù)因設(shè)計不周而強度不夠，或者是由于偶然的事故引起超負荷而造成了失效或損壞以外，大多數(shù)都是由于磨損、受到外界環(huán)境的腐蝕或疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞都是發(fā)生在零件的表面，或是從零件表面開始的。因此，對影像機械加工表面質(zhì)量眾多因素的探究很有必要。

首先是耐磨性。零件的耐磨性主要與摩擦的材料、熱處理情況和潤滑條件有關(guān)，在這些條件已確定的情況下，零件的表面質(zhì)量就起著決定性的作用零件的磨損過程，通常分為三個階段：摩擦副剛開始工作時，磨損比較明顯，稱為初期磨損階段 （一般稱為走合期）。經(jīng)初期磨損后，磨損緩慢均勻，進入正常磨損階段。當(dāng)磨損達到一定程度后，磨損又突然加劇，導(dǎo)致零件不能正常工作，稱為急劇磨損階段。其次，在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈，抗疲勞破壞的能力就愈差。另外，耐蝕性也是一個重要因素，零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度. 表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多 、抗蝕性就愈差。 表面層的殘余拉應(yīng)力會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開裂。

三、提高機械加工表面質(zhì)量的相關(guān)措施總結(jié)

首先，科學(xué)合理的工藝規(guī)程是加工工件的方法依據(jù)。只有制訂了科學(xué)合理的工藝規(guī)程，才能為加工工件表面質(zhì)量滿足要求提供科學(xué)合理的方法依據(jù)，使加工工件表面質(zhì)量滿足要求成為可能。對科學(xué)合理的工藝規(guī)程的要求是工藝流程要短，定位要準確，選擇定位基準時盡量使定位基準與設(shè)計基準重合。

其次，選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質(zhì)量。切削參數(shù)的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進給速度的選擇等。試驗證明，主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑對零件表而粗糙度都有直接影響。在進給量一定的情況下，減小主偏角和副偏角，或增大刀尖圓弧半徑，可減小表面粗糙度。另外，適當(dāng)增大前角和后角，可減小切削變形和前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生也可減小表面粗糙度。比如在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因為刀具前角增大時，切削力減小，切削變形小，刀具與切屑的接觸長度變短，減小了積屑瘤形成的基礎(chǔ)。

另外，選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦系數(shù)，可降低切削力和切削溫度，從而減輕刀具的磨損，以保證工件的加工質(zhì)量。而且工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇至關(guān)重要，因為最終工序在該工作表面留下的殘余應(yīng)力將直接影響機器零件的使用性能。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件主要工作表面的具體工作條件和可能的破壞形式。也可以在加工過程中通過改變某些量來提高表面粗糙度。

四、結(jié)語

機械加工表面質(zhì)量，對機械設(shè)備的使用效果和生產(chǎn)效率都有著重要影響，如果機械加工表面質(zhì)量出現(xiàn)問題，將會造成機械設(shè)備的穩(wěn)定性大大降低，使用性能大大降低，噪音問題明顯，甚至?xí)斐蓢乐氐纳a(chǎn)事故，因此，必須要重視機械加工環(huán)節(jié)，采取合理的手段來提高零件表面的光滑程度，提高零件的使用效果。

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