金屬加工表面質(zhì)量的影響因素及改進(jìn)措施

楊 鳴

（南昌海立電器有限公司，江西 南昌 330013）

1 金屬加工表面質(zhì)量的含義

任何的金屬在經(jīng)過機(jī)械加工以后都不可能做到表面完全光滑，總是存在著一定的小的幾何形狀上的誤差。而且金屬在進(jìn)行機(jī)械加工的時(shí)候，受到切削力以及切削熱等因素的影響其原有的屬性也會(huì)發(fā)生一定的改變，所以金屬加工表面質(zhì)量包括有很多方面。第一點(diǎn)就是金屬加工表面質(zhì)量包含金屬加工表面的粗糙度。表面粗糙度是由于零件在進(jìn)行加工的時(shí)候需要用刀具等一些列工具來進(jìn)行打磨，而這些工具的使用會(huì)對(duì)零件表面造成或大或小的波峰與波谷。當(dāng)然這些波峰和波谷是用肉眼無(wú)法觀測(cè)到的，只有經(jīng)過放大后才能看到。這種從微觀上觀察到的幾何形狀就被叫做表面的粗糙度。第二就是包括金屬表層的物理性質(zhì)的變化。金屬表層再經(jīng)過機(jī)械加工以后有些物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，一般常見的有表面層的強(qiáng)度和硬度等。本文只對(duì)三種情況做簡(jiǎn)要介紹∶

（1）金屬在經(jīng)過機(jī)械加工后表面層冷作硬化。表面層的冷作硬化是指金屬在加工以后，其硬度以及強(qiáng)度大大提高的現(xiàn)象。

（2）金屬在經(jīng)過機(jī)械加工后表面層存在應(yīng)力。在對(duì)金屬進(jìn)行切削加工的過程中，金屬表層會(huì)收到切削力和切削熱的影響，使得在金屬加工的表面留下一些多余的應(yīng)力。這些殘存的應(yīng)力是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)槿绻@些應(yīng)力超過金屬材料的屈服度，就會(huì)在金屬的表面出現(xiàn)裂痕。而對(duì)于存在裂痕的零件是不能夠應(yīng)用到生產(chǎn)當(dāng)中的，因?yàn)橛锌赡苡捎谝粋€(gè)小裂痕的出現(xiàn)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器出現(xiàn)安全事故[1，2]。

（3）金屬在經(jīng)過機(jī)械加工后表面層金相組織的變換。金屬器件在進(jìn)行加工的時(shí)候需要經(jīng)過高溫來進(jìn)行精加工，而高溫會(huì)燒壞金屬的表面，引起金屬表面層金相組織的變換。

2 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)于機(jī)器使用性能的影響

2.1 對(duì)機(jī)器耐磨性的影響

（1）金屬表面的粗糙度對(duì)與機(jī)器的耐磨性有著一定的影響。機(jī)器零件的磨損是指機(jī)器零件由于摩擦而產(chǎn)生的表面材料的損失，而機(jī)器的耐磨性就是指抵御磨損的能力。一般來說機(jī)械產(chǎn)品都是由于超過零件的磨損度而遭到淘汰的。如果金屬零件表面的粗糙度比較小的話，那么潤(rùn)滑油就沒辦法進(jìn)入到金屬零件的表面去，容易增加磨損。所以想要提高機(jī)器零件的耐磨性就需要選擇金屬零件的表面粗糙度較大的。

（2）金屬表面的冷作硬化對(duì)機(jī)器耐磨性的影響。一般情況下金屬表面的冷作硬化能夠提高機(jī)器的耐磨性，但是如果金屬過分的冷作硬化的話不僅不能提高機(jī)器的耐磨性，反而會(huì)使得金屬的結(jié)構(gòu)變得疏松，容易出現(xiàn)裂紋。

2.2 對(duì)機(jī)器抗疲勞度的影響

金屬在受到交變載荷作用后會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，而這種情況一般發(fā)生在金屬的表面以及表面下層，所以零件的表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器的抗疲勞度有著很大的影響。

（1）金屬表面粗糙度對(duì)機(jī)器抗疲勞度的影響。在金屬經(jīng)過交變載荷的作用后，很容易把殘存的應(yīng)力集中在波谷處，從而產(chǎn)生疲勞裂紋。如果金屬表面的粗糙度越大則產(chǎn)生的裂紋越深，金屬的抗疲勞度也越低。

（2）殘存應(yīng)力以及冷作硬化對(duì)抗疲勞度的影響。如果表面殘存有拉應(yīng)力的作用，會(huì)加深疲勞裂紋的深度，使得抗疲勞度降低；反之如果殘存的是壓應(yīng)力則能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)大，有一定的抗疲勞的作用。金屬表面的冷作硬化一般都伴隨著壓應(yīng)力的產(chǎn)生，所以對(duì)于抗疲勞度的提高有積極作用。

2.3 對(duì)耐腐蝕性的影響

金屬零件的耐腐蝕性也會(huì)受到金屬表面粗糙程度的影響，因?yàn)槿绻饘倭慵谋砻嬖酱植谀遣ü戎芯蜁?huì)聚集越多的腐蝕性物質(zhì)，抗腐蝕性也就越差。反之粗糙程度越小，抗腐蝕性越強(qiáng)。

3 影響金屬表面粗糙程度的因素

3.1 切削加工的過程對(duì)粗糙程度的影響

在切削加工的過程中，如果使用的是幾何形狀的切割刀具，就會(huì)在使用刀具的時(shí)候在金屬表面留下和刀具幾何形狀一致的痕跡。而如果想要減小刀具對(duì)金屬表面粗糙程度的影響就需要減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角或者是增大刀尖圓弧的半徑。

3.2 磨削加工對(duì)粗糙程度的影響

在磨削加工的過程中，表面金屬塑型和幾何因素是對(duì)粗糙程度影響最大的，除此之外砂輪的磨削速度、硬度等其他因素也會(huì)影響到金屬表面的粗糙程度。

4 減小金屬加工表面質(zhì)量缺陷的措施

4.1 選擇性能好的加工材料

經(jīng)過一系列的實(shí)踐表明，原始加工材料的性能對(duì)于表面質(zhì)量的好壞也是有一定影響的。原材料的金相組織和熱塑性是影響產(chǎn)品表面質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。所以在選擇原材料的時(shí)候可以把這兩個(gè)作為選擇的指標(biāo)。除此之外還要考慮原材料金相組織是否適宜、晶粒大小是否合適、分布是否均勻等因素對(duì)機(jī)器表面質(zhì)量的影響。

如果選擇的材料除了熱塑性比較強(qiáng)以外都符合要求，就可以先對(duì)這個(gè)材料進(jìn)行正火處理，從而降低材料的熱塑性，使材料達(dá)到要求。

4.2 選擇合適的刀具

合適的刀具也能夠減小金屬加工表面質(zhì)量缺陷。例如在加工材料的時(shí)候選擇合適的刀具不僅能夠提高機(jī)械產(chǎn)品的精確度還能夠減小金屬加工表面質(zhì)量的缺陷。在選擇一個(gè)合適的刀具時(shí)需要考慮到以下幾個(gè)方面，即刀具刀尖的圓弧半徑、副偏角度數(shù)、刀具的精度、修光刃的鋒利程度。選擇的刀具一定要首要滿足加工的要求，然后就是選擇與加工材料性質(zhì)相似的刀具。最后就是要選擇導(dǎo)熱性能好的刀具，以便及時(shí)傳遞切削熱，降低切削區(qū)塑形變形。此外，選擇刀具時(shí)應(yīng)該注意是否具有良好的化學(xué)性能，這樣能夠防止刀具與被加工材料產(chǎn)生親和作用，親和力過大時(shí)，極易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，造成表面粗糙度過大。

4.3 選擇合適的制造工藝和方法

在進(jìn)行每一次加工之前都要做好設(shè)計(jì)工作，而選擇適宜的制造工藝和方法也可以減小金屬加工表面質(zhì)量缺陷。制造工藝和方法的選擇主要還是由原始材料的性質(zhì)決定的，所以不能一概而論。

4.4 控制加工材料表面應(yīng)力的大小

通過刀具的合理選擇可以降低切削力的大小。所以在選擇刀具的時(shí)候要選擇和金屬材料形狀相似的刀具，保持刀具和原材料之間的前角和后角的角度較大即可。通過調(diào)整刀具切削的速度來調(diào)控加工材料表面受到的應(yīng)力的大小。除了通過這個(gè)方法減少應(yīng)力之外，還應(yīng)該考慮到殘存應(yīng)力的去除，例如可以通過加熱的方式降低切削表面的溫度，使得金屬的熱塑性降低，從而減少金屬表面受到的殘余應(yīng)力。

4.5 大膽選擇創(chuàng)新性的加工方式

提高金屬加工表面質(zhì)量的最優(yōu)化的方式就是采用新型的加工方式。在加工過程中可以大膽的采用一些新型的加工方式。通過加工技術(shù)以及加工工藝的創(chuàng)新性嘗試，不僅能夠提高金屬表面的質(zhì)量還能夠大大提高加工的效率。當(dāng)前嘗試把計(jì)算機(jī)與金屬加工相結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)可以保證加工過程的流暢性。通過這種高精密度的加工方式，只有工作人員提前把進(jìn)給量等數(shù)據(jù)輸入其中，就能夠高效的完成。

4.6 選擇合適的切削液。

正確選用切削液能顯著地減小表面粗糙度。一般來說切削液具有冷卻、潤(rùn)滑、排屑與清洗作用，能夠減小工件、刀具和切屑之間的摩擦，帶走大量的切削熱，降低切削區(qū)溫度，及時(shí)排掉細(xì)小切屑。所以如果選取一個(gè)合適的切削液，也可以達(dá)到提高金屬加工表面的質(zhì)量的作用。

金屬機(jī)械加工的表面質(zhì)量對(duì)于機(jī)器使用的很多性能都有著很大的影響，所以在加工過程中需要滿足一定的要求。而影響金屬表面質(zhì)量的因素又是多種多樣的，所以需要把多種因素同時(shí)考慮在一起，然后總體對(duì)金屬機(jī)械加工的表面質(zhì)量提出合理的要求。