提高機械加工表面質(zhì)量的措施及熱處理技術分析

董文龍，曹 壯，徐鑫秋，王林波

（空軍預警學院雷達士官學校，湖北 武漢 430345）

引言

在當前飛速發(fā)展的社會背景下，不斷推進機械加工的精細程度及其專業(yè)特性，在保障質(zhì)量和標準的前提下，使企業(yè)獲得核心競爭力。在機械加工過程中應用熱處理技術，不僅提升了加工零的表面質(zhì)量，而且極大地改善了機械加工零件的性能，延長了零件的使用壽命。

1 機械加工表面質(zhì)量的定義

機械加工的重要目的是讓金屬原料經(jīng)過加工過程后，形成一個獨特的表面層，這個表面層就是被反復提及的機械加工表面。而對這一表面層質(zhì)量的評估，一般會從兩個方向進行，一是經(jīng)過機械加工的表面層與最初標準要求之間的誤差，多數(shù)情況下這種誤差以幾何的形式呈現(xiàn)，用粗糙度進行衡量。二是對經(jīng)過機械加工產(chǎn)品的性能評估，包含力學和組織性等數(shù)值的考量。粗糙度的概念主要用于對金屬坯料表面波峰、波谷的具體描述，這些痕跡主要來自于機械的切割，以及切割過程中所產(chǎn)生的振動、摩擦。而性能方面的組織性能，則是指金屬坯料在加工過程中受到外力作用，自身在微觀角度下發(fā)生的組織變化，這種現(xiàn)象的起因大多伴隨產(chǎn)生的熱量。熱量累積到特定溫度，金屬坯料表層就會發(fā)生退火，進而造成產(chǎn)品組織性能方面的變化。在力學性能方面，經(jīng)過機械加工金屬坯料表面會因切削及切削伴隨的熱能留下部分殘余應力。如果這時候沒有及時進行對應熱處理或其他有效措施，機械加工產(chǎn)品表面就會出現(xiàn)細微的開裂，對于其正常使用和后續(xù)使用壽命都會產(chǎn)生不容忽視的影響。常見的負面表現(xiàn)有加工零件易損傷、使用壽命短縮短等。

在對機械加工的零部件進行設計時，還需要充分考慮金屬坯料在各方面的參數(shù)，力求達到設計圖上最為理想的效果。從節(jié)能減排角度來看，從業(yè)人員也應當在工作中關注誤差的產(chǎn)生及變化，保障產(chǎn)品零件的精度能夠通過熱處理技術達到最好效果。

2 機械加工表面質(zhì)量的重要影響

2.1 配合質(zhì)量

表面粗糙度是衡量機械加工零件表面質(zhì)量的重要指標，機械加工產(chǎn)品表面質(zhì)量影響著配合質(zhì)量，對于產(chǎn)品整體配合質(zhì)量也有著直接作用。從間隙配合的角度講，產(chǎn)品表面的粗糙度越大，磨損程度就會隨之加大，間隙不斷擴張，其配合性能也會受到破壞。從過盈配合角度講，如果機械加工后的成品零件在裝配使用過程，表面的凹凸痕跡被擠壓平整，就會降低過盈量，直接導致連接強度受到波及。

2.2 疲勞強度

機械加工表面質(zhì)量會影響產(chǎn)品的疲勞強度。作為金屬零件，在經(jīng)歷交變荷載之后易產(chǎn)生疲勞損耗，多數(shù)情況下，破壞會在產(chǎn)品表層和表層下面的冷硬層之間出現(xiàn)。如果金屬零件表面粗糙度較高，對疲勞損耗的抵抗就會處于弱勢。

2.3 耐磨性

機械加工后投入使用的產(chǎn)品通常會經(jīng)歷三個階段的磨損，分別是初期磨損階段、正常使用期磨損階段以及最后的劇烈磨損階段。一般來說，機械加工產(chǎn)品表面粗糙度決定著零件的耐磨損性。數(shù)值越小，耐磨越好。但是粗糙度小也會伴隨負面影響，比如潤滑油的儲存問題，以及零件與其他部分接觸時易出現(xiàn)的分子粘結(jié)問題，這些現(xiàn)象同樣會導致?lián)p耗?；诖?，零件表面的粗糙度一定要把控在合理范圍內(nèi)，同時關注工作的荷載量，在初期磨損階段增加荷載量，零件表面的粗糙度最佳值也會隨之發(fā)生變化。

3 提升機械加工表面質(zhì)量的可行措施

3.1 調(diào)整切削量和切削速度

在進行機械加工的過程中，切削是必要的環(huán)節(jié)，切削與產(chǎn)品表面對應的塑性變形程度相關，也會影響其粗糙度，因此，應當合理選擇適宜的切削量。零件表面常見的鱗刺形成也與切削速率有關，對于塑性材料，通過調(diào)整加工速度，避免殘次品形成的同時，可降低成品表面粗糙度，整體提升產(chǎn)品質(zhì)量。對于切削液的選擇，首先要考慮其冷卻效果和潤滑效果，盡可能降低表面應力，避免形成刀瘤和鱗刺，防止在處理過程中造成材料變形，或是材料粗糙度難以達到預期標準。

3.2 調(diào)整加工材料

要提升機械加工表面質(zhì)量，還可以考慮提升加工材料自身的性能。表面粗糙程度對材料塑性和組織性能影響較大。一般來說，塑性材料經(jīng)過機械加工，會有較大的粗糙度，而脆性材料則不同，經(jīng)過加工處理后，粗糙度大多能達到理論標準的要求。另外，即便是相同類型材料，如果材料中晶粒大小不同，粗糙度也會相差較大。因此，在對塑性較大的低碳鋼進行切削前，應提前進行正火處理，獲得均勻的晶粒組織，提升其硬度后，再進行切削加工，以降低成品粗糙度。

3.3 挑選合適刀具

在機械加工過程中，合適的刀具和適宜的材質(zhì)能夠大大提升生產(chǎn)效率。對刀具品質(zhì)的提升，有助于改善零件加工中的殘留面積，因此，對于刀具的選擇既要考慮其刃磨情況，也要考慮不同幾何形狀刀具的加工效果。對刀具前角、后角進行考量，減少切削過程中造成的刃口。同時刀具材質(zhì)選擇主要關注其適應性，用科學的方式把控刀具磨損度，對于磨損嚴重的刀具要及時更換，避免粗糙度超出標準。

4 機械加工中熱處理技術的作用

在機械制造的過程中，熱處理技術對于其加工有著至關重要的作用，但對于產(chǎn)品形狀、表面質(zhì)量以及尺寸大小不會造成直觀改變，更多的是對金屬坯料微觀組織構造層面產(chǎn)生影響，以實現(xiàn)內(nèi)部性能和外用性能的共同保障。因此，熱加工處理對于產(chǎn)品性能的提升作用顯著。熱處理技術和機械加工中的鍛壓、切削、焊接一樣，是零件在制造過程中必不可少的加工環(huán)節(jié)。在工業(yè)制造中，合理應用熱處理技術，發(fā)揮其正向作用，對機械加工質(zhì)量提高有重要意義。

4.1 完善機械的制造工藝

在零件制造加工過程中，熱處理技術能夠針對性地發(fā)揮作用，結(jié)合實際工序順序與不同的制造標準，熱處理技術可以被分為預備熱處理和最終熱處理。預備熱處理一般是在零件毛坯狀態(tài)時進行的，在切削作業(yè)之前完成。包含正火、退火、調(diào)質(zhì)等。預備熱處理有助于去除生產(chǎn)毛坯零件時產(chǎn)生的應力、降低材料硬度，為下一步的切削加工做好準備。

熱處理的主要作用是讓金屬經(jīng)過加熱實現(xiàn)組織性能方面的改變，最終適應實際作業(yè)，這些性能包含硬度、強度，以及抗壓、韌性等。最終熱處理大多是在零件加工后期進行，最后再精加工，零件制造即可完成，包括淬火、氮化、回火等。無論是預備環(huán)節(jié)還是最終環(huán)節(jié)，熱處理的作用都是為了使零件更利于后期加工處理。

4.2 處理零件原料質(zhì)量

機械加工過程中，很多零件構造復雜，處理困難，實際應用途徑也較為特殊，其力學要求和組織學要求較高，因此，在加工過程中可以首先選擇可控氣氛熱處理方式進行處理。在日常制造中，鍛造、鑄造是零件制造過程中常見的加工工藝，但是，鍛造、鑄造的零件坯料大多會存在一定的不足，影響零件的整體質(zhì)量水平。通過應用熱處理技術，如退火、正火等工藝，可以減少零件自身的缺陷問題，也有利于后續(xù)加工。因此，在零件加工過程中，熱處理技術對零件內(nèi)部構成和組織結(jié)構的改善都有著重要作用。

4.3 提升切削性能

熱處理技術對于零件加工過程也發(fā)揮重要影響。在平時的機械加工中，對于鋁合金材質(zhì)的管殼類、薄壁零件，很容易出現(xiàn)固加工導致材質(zhì)變形，難以投入使用的問題?；趯嶋H狀況，從業(yè)人員可以引進熱處理技術，對管殼類鋁合金零件進行熱處理，提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

經(jīng)過熱處理的零件在性能和機械加工過程中都有了顯著變化，尤其在切削環(huán)節(jié)，很好地解決了零件變形成品率低的問題，零件的加工精度進一步提升。在機械加工過程中，金屬零件的切削衡量標準主要包括機械切削力度的大小、切削碎屑正常排出、切削碎屑形狀是否正常、伴隨切削產(chǎn)生的熱量是否在標準范圍內(nèi)以及加工零件的表面質(zhì)量如何等。對于零件本身，則主要判斷材料在力學方面、物理方面、化學方面和組織結(jié)構等方面的性能變化。在機械加工準備工作完成的同時，零件的材料選取也隨之就緒，此過程中最為主要的影響因素是材料本身所具備的力學、組織結(jié)構性能。熱處理的主要優(yōu)勢是能夠同時改變其力學和組織結(jié)構，因此，熱處理技術被廣泛應用在機械加工過程，尤其是切削環(huán)節(jié)。

4.4 進行表面處理

熱處理技術在機械加工零件表面處理中也可以發(fā)揮作用。在機械制造的實際操作中，鋼材的淬火工藝和回火工藝很難直接滿足零件生產(chǎn)的主要標準，因此，尋找合適的方式對零件性能和強度進行提升，是從業(yè)人員一直探尋的焦點問題。截止目前，在處理硬度、性能和耐磨性有較高要求的零件時，熱處理仍是必要選擇。借助熱處理技術，使零件表面及內(nèi)部結(jié)構發(fā)生變化，提升零件的材料硬度、強度，在實際使用中抗壓力更強，使用壽命也能大大提升。相較于其他處理方式，熱處理技術雖然也存在些許不足，但其可操作性、便捷性和實際效果等優(yōu)勢都是當前工業(yè)加工中其他技術所不能取代的。

5 結(jié)語

當前我國機械加工技術已經(jīng)趨于成熟，機械加工表面質(zhì)量備受重視，機械加工標準與要求也隨之提升。在機械加工表面處理時，熱處理技術仍是必然選擇。因此，應積極完善、創(chuàng)新熱處理技術，提高機械加工質(zhì)量，促進機械工業(yè)更好地發(fā)展。