淺析機(jī)械加工對(duì)金屬零件的表面質(zhì)量的影響

王道青

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730300）

在諸多的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，都需要利用各類金屬零件進(jìn)行產(chǎn)品的機(jī)械加工。尤其在制造業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械加工中各類金屬零件與整體生產(chǎn)直接掛鉤，金屬零件的效率和表面質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)起到了決定性的作用，也很大程度上左右了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但機(jī)械金屬零件在正常運(yùn)作的過(guò)程中，常常會(huì)由于使用時(shí)間太長(zhǎng)或者摩擦過(guò)度而產(chǎn)生表面質(zhì)量下降的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械出現(xiàn)表面質(zhì)量下降，同時(shí)大大縮短機(jī)器金屬零件的壽命。除此以外，還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量大幅度下降，生產(chǎn)成本加大，企業(yè)單位的經(jīng)濟(jì)效益整體下降。為了解決機(jī)械金屬零件金屬零件表面質(zhì)量下降的狀況，需要從磨損表面質(zhì)量下降的基本原因出發(fā)，找出高效、針對(duì)性更強(qiáng)的方法來(lái)解決運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各類問(wèn)題。

1 機(jī)械加工的基本工藝

在當(dāng)下的機(jī)械加工行業(yè)，隨著社會(huì)和科技的飛速發(fā)展，正在進(jìn)行工藝流程的不斷突破和創(chuàng)新。在機(jī)械加工的過(guò)程中，金屬零件的表面質(zhì)量會(huì)受到各種因素的影響而降低。為了改善金屬零件的表面質(zhì)量，需要對(duì)相關(guān)的技術(shù)工人進(jìn)行進(jìn)一步的培訓(xùn)，不斷提高他們的職業(yè)素養(yǎng)和技術(shù)技能。機(jī)械加工工藝，主要指的是對(duì)工件和零件進(jìn)行進(jìn)一步加工的整個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程涉及諸多的技術(shù)要領(lǐng)和細(xì)節(jié)操作。這一過(guò)程中，可以讓毛坯的結(jié)構(gòu)和金屬工件更加協(xié)調(diào)和適應(yīng)，利用各種高效的方式對(duì)零件進(jìn)行完善。在實(shí)際的加工過(guò)程中，主要分成粗加工和細(xì)加工兩類，一般來(lái)說(shuō)需要率先進(jìn)行粗加工的過(guò)程。接著，需要對(duì)毛坯的零件進(jìn)行集中處理，主要針對(duì)其基準(zhǔn)面進(jìn)行處理，并對(duì)相關(guān)的加工設(shè)備進(jìn)行高效的熱處理。最后，在整個(gè)過(guò)程中，還需要做好精細(xì)化的工序處理，主要的處理對(duì)象是平面零件的孔堿性[1]。在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，需要考慮兩方面內(nèi)容，首先是工藝的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，接著需要充分考慮項(xiàng)目的管控，兩方面需要同時(shí)考慮并進(jìn)行整合，讓整體的步驟和流程更加穩(wěn)定和高效，最終按照一定的工藝要求進(jìn)行實(shí)踐過(guò)程的優(yōu)化[1]。

2 機(jī)械加工工藝過(guò)程對(duì)金屬零件表面質(zhì)量的具體影響

2.1 對(duì)機(jī)械的表面粗糙度的影響分析

首先需要考慮的是，刀具的幾何形狀復(fù)映。道具在機(jī)械加工的過(guò)程中，需要進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在這一過(guò)程中會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生影響，在工件的表面會(huì)出現(xiàn)一些殘留的痕跡，呈現(xiàn)出一定區(qū)域的面積。為了減小切削的面積，需要對(duì)切削過(guò)程的各類參數(shù)進(jìn)行降低，包括進(jìn)給量、主偏角、刀尖的圓弧半徑等等。除此以外，還可以適當(dāng)提高刀具的前角度數(shù)，減少整個(gè)機(jī)械加工過(guò)程中塑性形變的產(chǎn)生。也可以高效利用潤(rùn)滑劑，讓刀具的刃磨質(zhì)量得到一定程度的提高。通過(guò)這種方式，來(lái)進(jìn)一步降低金屬零件的表面粗糙程度。在磨削加工的過(guò)程中，也會(huì)對(duì)金屬零件的表面粗糙程度造成較大的影響[2]。在這一過(guò)程中影響最大的因素主要是砂輪粒度、齊整度和磨削的速度等等，會(huì)導(dǎo)致金屬產(chǎn)生塑性形變。除此以外，冷卻潤(rùn)滑液的基本質(zhì)量，也會(huì)對(duì)金屬表面的粗糙程度造成干擾。

2.2 表面層殘余應(yīng)力影響

在機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)殘余應(yīng)力，有諸多的原因。首先，在切削的過(guò)程中金屬會(huì)產(chǎn)生塑性形變的現(xiàn)象，讓金屬的比容不斷增大，進(jìn)而產(chǎn)生體積膨脹受限制的狀況。在這一過(guò)程中，殘余應(yīng)力主要存在于表面的金屬層，而在內(nèi)層的技術(shù)中，則會(huì)相應(yīng)出現(xiàn)殘余的拉應(yīng)力。接著，在切削的過(guò)程中，會(huì)在切削的區(qū)域內(nèi)，由于各種因素的干擾，產(chǎn)生大量的熱量。在金相組織中，存在著密度和比容的巨大差異，也是殘余應(yīng)力的重要原因。

2.3 零件直接粘連嚴(yán)重

在金屬零件中，常常會(huì)產(chǎn)生磨損失效表面質(zhì)量不斷下降的現(xiàn)象。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的一個(gè)重要因素便是零件間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的粘連狀況。這種零件間的相互粘連，會(huì)直接導(dǎo)致零件出現(xiàn)失效。

在金屬零件相互粘連的過(guò)程中，周圍的摩擦力會(huì)明顯增大，為相關(guān)的金屬部件帶去巨大的壓力。在金屬零件正常運(yùn)作的過(guò)程中，大部分時(shí)間處于滾動(dòng)的狀態(tài)，這時(shí)遇到強(qiáng)大的壓力阻力，表層應(yīng)力數(shù)值會(huì)逐步攀升[1]。在這樣的情況下，需要涂抹潤(rùn)滑劑減少摩擦力。而如果相關(guān)人員難以及時(shí)察覺(jué)，沒(méi)有及時(shí)使用潤(rùn)滑劑，則會(huì)使得表層應(yīng)力不斷攢聚，這些應(yīng)力會(huì)提高零件的溫度，表面溫度的升高會(huì)使得部分金屬部件產(chǎn)生局部融化的現(xiàn)象。這時(shí)后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)受到阻滯，溫度開始慢慢冷卻，使得各個(gè)部件之間相互粘連，直接切開原本金屬部件的銜接點(diǎn)，磨損部件的表面，產(chǎn)生大量碎渣，最終導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的磨損[3]。

2.4 疲勞磨損失效

在當(dāng)下的制造業(yè)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，各個(gè)加工企業(yè)存在著盲目擴(kuò)大產(chǎn)量，追求更高利益的行為。在這種行為意識(shí)下，管理層便會(huì)設(shè)定更高的產(chǎn)量目標(biāo)，為了達(dá)成這一目標(biāo)，便會(huì)需要機(jī)械設(shè)備更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。但機(jī)械設(shè)備本身，在長(zhǎng)時(shí)間的工作運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)大幅增加接觸應(yīng)力。當(dāng)接觸應(yīng)力超過(guò)一定的限度，會(huì)產(chǎn)生一系列的不良反應(yīng)。金屬零件本身的承受能力是有限的，在接觸應(yīng)力不斷升高的過(guò)程中，會(huì)超出金屬零件的這種限度，進(jìn)行超負(fù)荷工作，這時(shí)便會(huì)產(chǎn)生疲勞磨損，表面質(zhì)量不斷降低[5]。但在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，這種疲勞磨損常常會(huì)被相關(guān)的工作人員忽視。當(dāng)機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷狀態(tài)，便很容易產(chǎn)生嚴(yán)重的表面質(zhì)量下降，這種狀況會(huì)改變金屬零件的基本特性和物理屬性，同時(shí)金屬零件的表面還會(huì)產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而降低機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

2.5 熱形變對(duì)零件表面質(zhì)量的具體影響

在進(jìn)行機(jī)械的切割時(shí)，在加工工具的接觸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生十分頻繁的高速摩擦，這種摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致許多的元件產(chǎn)生受熱膨脹的現(xiàn)象。在這一過(guò)程中，需要合理調(diào)整加工過(guò)程中的各類參數(shù)[4]。如果沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)的參數(shù)調(diào)整，便會(huì)導(dǎo)致在熱量不斷消散以后，相關(guān)的零件隨即產(chǎn)生一定程度的形變，讓零件加工的表面質(zhì)量難以滿足預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

3 在機(jī)械加工的過(guò)程中進(jìn)行金屬零件表面質(zhì)量改善的相關(guān)舉措

3.1 在磨削加工中的調(diào)整

在進(jìn)行零件和工件的機(jī)械加工過(guò)程中，為了不斷提高金屬零件的表面質(zhì)量，需要注重磨削加工的過(guò)程。相比于切削加工，磨削加工本身有著更多影響到金屬零件表面質(zhì)量的環(huán)節(jié)和因素。最為基本的有幾何因素、金屬表面的塑形狀況等等，這些因素需要得到精細(xì)化的控制，除此以外，砂輪的基本性質(zhì)，包括硬度、速度等等也會(huì)間接影響到金屬零件的表面質(zhì)量。在工件被磨削轉(zhuǎn)圈的過(guò)程中，轉(zhuǎn)圈的粗疏也會(huì)直接影響到金屬零件的加工質(zhì)量，需要依據(jù)加工的狀況進(jìn)行調(diào)控。在機(jī)械加工時(shí)，零件會(huì)由于塑性形變的產(chǎn)生而不斷變形，這種變形現(xiàn)象比切削中更加嚴(yán)重，需要對(duì)切削熱進(jìn)行防范[5]。

3.2 冷卻潤(rùn)滑

在機(jī)械加工的過(guò)程中，為了提高金屬零件表面的質(zhì)量，需要降低金屬零件的表面變形抗力和摩擦阻力，可以通過(guò)使用合理的切削液來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在進(jìn)行加工時(shí)，需要依據(jù)實(shí)際的加工狀況對(duì)切削液進(jìn)行合理高效的篩選，同時(shí)需要高效利用合理的冷卻潤(rùn)滑的方法進(jìn)行輔助，盡可能減少在加工過(guò)程中零件的塑性形變現(xiàn)象和刀具的磨損狀況，進(jìn)而使得金屬零件的表面質(zhì)量得到提高。在對(duì)塑料材料進(jìn)行高速的切削時(shí)，需要進(jìn)一步增加切削液的使用，加工時(shí)可以更加高效地降低外部的摩擦和切削的溫度等等，可以很好地控制碎片瘤。

3.3 對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，防范受力變形

在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，許多的操作流程需要相關(guān)的工作人員手動(dòng)參與。例如在進(jìn)行零件的加緊和切削時(shí)，常常會(huì)由于人員使用較大的力道，進(jìn)而使得零件本身的額結(jié)構(gòu)參數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重的偏離。為了提高零件加工的表面質(zhì)量，需要在進(jìn)行這些手動(dòng)操作之前，先作出一系列的參數(shù)分析，相關(guān)工作人員需要依據(jù)機(jī)械加工的具體情況，分析和論證整個(gè)工藝的各類參數(shù)，強(qiáng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的剛度，提高金屬零件表面質(zhì)量的同時(shí)可以減少受力變形現(xiàn)象的發(fā)生，降低誤差發(fā)生的概率[6]。

3.4 提高工作人員的專業(yè)素養(yǎng)和能力

為了在機(jī)械加工的過(guò)程中，讓金屬零件磨損防范工作高效完成并保證更高的安全性，需要配備更為專業(yè)和負(fù)責(zé)的技術(shù)和管理人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行高效管控。對(duì)現(xiàn)有的工作人員，需要進(jìn)行更加專業(yè)的培訓(xùn)，提高工作人員的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)能力，改善工作中存在的各種弊端。可以引進(jìn)更多的高端技術(shù)人才和管理人才，充分利用當(dāng)下的產(chǎn)教融合戰(zhàn)略進(jìn)行校企合作，并建立更為完善的獎(jiǎng)懲體系和監(jiān)督體系，提高工作人員和管理人員的工作效率。提高相關(guān)管理者的責(zé)任意識(shí)，規(guī)范流程細(xì)節(jié)。

管理工作意義重大，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程起著十分重要的調(diào)控指導(dǎo)作用，需要管理者具有較高的責(zé)任意識(shí)和專業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)需要在每個(gè)環(huán)節(jié)中謹(jǐn)慎和細(xì)致，處理好每個(gè)細(xì)節(jié)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。同時(shí)，在管理過(guò)程中，需要管理者時(shí)刻關(guān)注生產(chǎn)制造過(guò)程的質(zhì)量和實(shí)際效果，高效進(jìn)行磨損防護(hù)工作的開展。相關(guān)工作者應(yīng)深入學(xué)習(xí)金屬零件磨損預(yù)防的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在工作中規(guī)范每個(gè)細(xì)節(jié)的操作流程[6]。

3.5 改善加工材料，充分利用加工技術(shù)

在進(jìn)行機(jī)械加工工作時(shí)，需要高度重視加工材料的使用。在當(dāng)下的加工領(lǐng)域，加工時(shí)所利用的材料相對(duì)陳腐落后，相關(guān)的性能需要進(jìn)行不斷的更新升級(jí)，需要加強(qiáng)對(duì)加工材料的高質(zhì)量生產(chǎn)和對(duì)國(guó)外先進(jìn)材料的合理引入。在生產(chǎn)和引進(jìn)的過(guò)程中，需要準(zhǔn)確判斷相關(guān)的設(shè)備性能，依據(jù)加工的實(shí)際狀況進(jìn)行生產(chǎn)的優(yōu)化和合理采購(gòu)。

對(duì)于正在投入使用的機(jī)械設(shè)備，需要及時(shí)進(jìn)行檢查和維修[7]。對(duì)于尚未投入使用的機(jī)械設(shè)備，需要進(jìn)行定期保養(yǎng)，提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

在近年來(lái)，各類新型的加工技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)械加工工作也越來(lái)越離不開各類加工技術(shù)的協(xié)作，以往的機(jī)械加工方式已經(jīng)難以滿足更高的金屬零件加工要求。因此，在進(jìn)行機(jī)械加工察時(shí)，需要工作人員高效利用各類加工技術(shù)，高效掌握加工過(guò)程中的基本信息，提高機(jī)械加工工作的速度和質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械加工過(guò)程中影響金屬零件表面質(zhì)量的因素并高效解決。

3.6 提高金屬零件的耐磨性

機(jī)械金屬零件中，使用的大部分零件都是金屬零件，在目前，金屬零件的磨損表面質(zhì)量下降問(wèn)題成為制約我國(guó)制造業(yè)迅速發(fā)展的重要關(guān)卡。

為了減少金屬零件的磨損和改善表面質(zhì)量下降的問(wèn)題，需要從金屬零件本身出發(fā)，不斷提升金屬零件的耐磨性，進(jìn)而讓金屬零件面對(duì)外界的摩擦和空氣接觸有著更強(qiáng)的抗性，提高使用壽命，為企業(yè)生產(chǎn)帶去更多的經(jīng)濟(jì)效益。提高金屬零件耐磨性的方法較多，其中十分常見(jiàn)的方法主要有五個(gè)。首先是強(qiáng)化表面的薄膜，來(lái)減弱外界其他原件和空氣對(duì)金屬表面的摩擦效果，主要采用的方法有離子注入和電鍍等等。第二種方法是進(jìn)行化學(xué)熱處理，但是這種方法的適用范圍較小，通過(guò)對(duì)其他原件的滲入使得零件化學(xué)成分局部調(diào)整，這種方式的成本耗費(fèi)較高，同時(shí)也會(huì)一定程度上降低生產(chǎn)效率。第三種方法是強(qiáng)化金屬零件的表面合金，主要利用高溫條件融化金屬的表層，接著進(jìn)行迅速的冷卻，改變金屬零件的表面狀態(tài)，強(qiáng)化表面的合金。第四種方法是對(duì)零件表面進(jìn)行熱處理，仍然采用高溫處理的方式，利用固態(tài)相變的理論，使得零件的形態(tài)發(fā)生改變，提高零件的基本性能。這種方法操作簡(jiǎn)單，在機(jī)械金屬零件的磨損表面質(zhì)量下降防護(hù)中應(yīng)用較為廣泛。最后一種方法是完善零件的表面，主要利用噴丸對(duì)零件進(jìn)行冷擠壓操作，使零件產(chǎn)生塑性形變，提高耐磨性。

3.7 充分利用數(shù)控技術(shù)和虛擬化技術(shù)

在計(jì)算機(jī)中，有著功能十分強(qiáng)大的各種編程技術(shù)。正是這種技術(shù)的存在，計(jì)算機(jī)才能進(jìn)行高速的運(yùn)轉(zhuǎn)。而數(shù)控技術(shù)正是以各種編程技術(shù)為基礎(chǔ)，首先利用編程技術(shù)將生產(chǎn)制造過(guò)程中的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的存儲(chǔ)和處理，接著實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)制造的全局過(guò)程的控制，最終提高產(chǎn)品制造的效率，減少人力物力資源的消耗。數(shù)控技術(shù)，除了需要高效利用編程技術(shù)以外，還需要結(jié)合眾多的現(xiàn)代化技術(shù)，諸如電子感應(yīng)技術(shù)和光電技術(shù)等等。除了提高加工制造的效率以外，數(shù)控技術(shù)還可以讓機(jī)械加工的管理工作更加便捷進(jìn)而使得金屬零件的表面質(zhì)量更高。通過(guò)有效的數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，可在整個(gè)機(jī)械加工的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的配置，從而使機(jī)械加工制造過(guò)程更加完美。在科技列車高速前行的過(guò)程中，以計(jì)算機(jī)為載體，產(chǎn)生了各種科學(xué)技術(shù)。在制圖領(lǐng)域，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的繪圖控制；在機(jī)械制造方面，產(chǎn)生了人工智能和現(xiàn)代仿真。在這些技術(shù)和現(xiàn)代其他信息大數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合，孕育了虛擬化的新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)由各類新興技術(shù)相互結(jié)合形成了一個(gè)綜合性的系統(tǒng)。這個(gè)龐大的系統(tǒng)主要通過(guò)高效利用各類技術(shù)來(lái)完成對(duì)整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程的模擬，對(duì)整個(gè)機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)的各類問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和高效解決，對(duì)可能出現(xiàn)的隱患進(jìn)行提前的預(yù)防和排查，大大減輕工作人員的負(fù)擔(dān)和工作量，需要更少的技術(shù)人員和管理人員便可完成高效的加工制造，使得各類成本得到了降低，讓機(jī)械加工企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益都得到了很好的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)下，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，機(jī)械加工行業(yè)的各類要求越來(lái)越高，需要加工制造出表面質(zhì)量更高的金屬零件。但在機(jī)械加工的過(guò)程中，存在著諸多影響零件加工精度的因素。首先，表面層殘余應(yīng)力和熱變形現(xiàn)象會(huì)對(duì)零件產(chǎn)生較大的影響。

除此以外，腐蝕和摩擦現(xiàn)象也會(huì)一定程度影響到金屬零件的表面質(zhì)量。基于此，需要考慮提高人員基本素養(yǎng)，利用新型技術(shù)，控制好各類參數(shù)等，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行改善。