淺析機(jī)械加工表面質(zhì)量及改進(jìn)措施

龔晶晶

摘 要：機(jī)械加工表面質(zhì)量一直是教學(xué)實(shí)習(xí)及生產(chǎn)研究探討的重要問(wèn)題之一。本文介紹了機(jī)械加工表面質(zhì)量的內(nèi)涵，分析了它對(duì)零件使用性能的影響，重點(diǎn)討論了影響加工表面粗糙度的因素及其控制方法。對(duì)實(shí)習(xí)教學(xué)及工程實(shí)踐都有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工 表面質(zhì)量 表面粗糙度 改進(jìn)措施

機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件在機(jī)械加工后的表面層的微觀幾何狀態(tài)誤差和物理、化學(xué)及力學(xué)性能，包括表面粗糙度、加工硬化及殘余應(yīng)力三項(xiàng)內(nèi)容。它是衡量機(jī)械加工質(zhì)量的一個(gè)重要方面。一般來(lái)說(shuō)，零件的破壞都是從表面層開(kāi)始的。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)其影響規(guī)律，來(lái)控制加工過(guò)程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。

一、表面質(zhì)量對(duì)加工零件使用性能的影響

產(chǎn)品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，很大程度上取決于零件表面層的質(zhì)量。

1.影響耐磨性

（1）表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響。表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說(shuō)表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤(rùn)滑油不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個(gè)最佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。

（2）加工硬化對(duì)耐磨性的影響。加工過(guò)程由于強(qiáng)烈的塑性變形而產(chǎn)生冷作硬化的表面，也會(huì)使耐磨性提高，但超過(guò)一定的限度，過(guò)度硬化會(huì)使磨損加劇，耐磨性反而降低。

2.影響疲勞強(qiáng)度

（1）表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。表面粗糙度對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度也有較大的影響。表面越粗糙，則應(yīng)力越集中，特別是在交變載荷作業(yè)下，產(chǎn)生和加劇疲勞以致?lián)p壞零件。

（2）殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。加工或熱處理過(guò)程中表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也會(huì)影響零件的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，可部分抵消工作載荷施加的應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高疲勞強(qiáng)度；當(dāng)殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，則容易使表面產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展。

3.影響耐腐蝕性

（1）表面粗糙度對(duì)耐腐蝕性的影響。表面越粗糙，零件表面與腐蝕介質(zhì)的接觸面積就越大，越容易與潮濕空氣或腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加劇腐蝕。

（2）表面應(yīng)力對(duì)耐腐蝕性的影響。表面層在加工過(guò)程中若發(fā)生表面冷硬和金相組織變化則會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕，如果有裂紋，則更會(huì)加劇腐蝕，因此表面內(nèi)應(yīng)力會(huì)降低零件的抗腐蝕性能。

4.影響配合質(zhì)量

影響配合性質(zhì)最重要的因素是表面粗糙度。對(duì)于間隙配合，表面粗糙會(huì)使表面的峰谷迅速磨損從而使間隙增大，乃至破壞配合性質(zhì)；對(duì)于過(guò)盈配合，表面越粗糙，兩配合表面的峰谷越易被擠平，使有效的過(guò)盈量減小，從而降低連接強(qiáng)度和配合強(qiáng)度。

除此之外，加工表面質(zhì)量對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和噪聲、結(jié)合面的密封性、機(jī)器和儀器的工作精度都有影響。

二、影響表面粗糙度的因素及其改進(jìn)措施

影響表面粗糙度的工藝因素主要有工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)及切削液等。

1.工件材料

表面粗糙度與材料的韌性息息相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，韌性較大的塑性材料加工后表面粗糙度越大。對(duì)于同種材料，其晶粒組織越大加工表面粗糙度越大。因此，加工塑性較大的低碳鋼時(shí)，可預(yù)先將工件材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以提高硬度降低塑性，從而減小表面粗糙度。

2.切削用量

（1）進(jìn)給量越大，零件微表面最大輪廓峰谷越高，殘留面積高度越高，零件表面越粗糙。所以，適當(dāng)?shù)販p小進(jìn)給量可減小表面粗糙度。

（2）中速切削塑性材料時(shí)容易產(chǎn)生積屑瘤且塑性變形較大，造成加工后表面粗糙度較大。通常切削中碳鋼時(shí)可減低切削速度（V<5m/min）或提高切削速度（V>30m/min），可避開(kāi)積屑瘤的產(chǎn)生。

3.刀具幾何參數(shù)

刀具的幾何參數(shù)主偏角k'r、副偏角k'r及刀尖圓弧半徑r對(duì)零件的粗糙度都有不同程度的影響。

（1）在進(jìn)給量一定的情況下，適當(dāng)?shù)販p小k'r和k'r以減小殘余面積高度。

（2）增大r，減小塑性變形，減小粗糙度。

（3）適當(dāng)?shù)脑龃笄敖呛秃蠼?，可減小切削變形，且減小前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤，從而達(dá)到減小粗糙度的目的。

4.切削液

使用性能好的切削液，一方面減低溫度，同時(shí)切削液的潤(rùn)滑作用也可減小摩擦，減小塑性變形且抑制積屑瘤和麟刺的生長(zhǎng)，從而減低表面粗糙度。

5.其他因素

機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差也對(duì)表面粗糙度有著一定的影響。此外，工藝制定的合理性、合理的工裝及夾具都對(duì)表面質(zhì)量起著重要的作用。

三、小結(jié)

在教學(xué)及生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，還要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮，并不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采取不同措施，提高表面加工質(zhì)量，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（作者單位：廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院）