影响机械加工表面质量的若干因素和改进方法

冯丽

德州职业技术学院，山东 德州 253014

1 机械加工表面质量的重要性

机械的质量直接决定了机械加工技术的高低，而据实践的经验分析，机械的失效往往是从表面的零部件开始的，也就是说表面零件的质量是影响机械使用性能的重要因素之一。具体来讲，机械表面质量对产品的影响主要有：

1.1 影响机械产品耐磨性

机械零件的磨损可分为初期磨损、使用中的正常磨损和意外剧烈磨损三种情况。表面的粗糙程度在很大程度上影响着零件表面的磨损，通常表面粗糙度小的其磨损性能也较好，但若是表面粗糙度太小导致润滑油不易储存，机械在加工过程中接触面上易发生分子黏结，其磨损反而会增加。因此根据零件的工作情况找出接触面最佳的粗糙度值，在机械使用中有着重要的意义[1]。

1.2 对疲劳强度的影响

金属机械受到交变荷载作用之后会产生一定的疲劳，通常发生在零件的表面和表面冷硬层下面。因此，零件表面的质量会影响疲劳强度，表面粗糙程度大时抗疲劳破坏的能力也越差[2]。

1.3 对耐蚀性的影响

零件在腐蚀性介质条件下工作时容易在粗糙的表面吸附有腐蚀性介质，然后通过零件表面的细微裂缝渗入到内部。其表面粗糙度越高，吸附腐蚀性介质效果越明显。另外，零件表面如有残余的压应力，会使表面紧密从而抵抗耐腐蚀性介质的侵入，从而增强零件的耐腐蚀性；若是残余拉应力，则会降低其耐腐蚀性。因此，零件表面的粗糙质量以及表面是否有残余的应力，都会影响到零件耐腐蚀性能。

2 影响机械加工表面质量的因素

2.1 工件材料的性质影响

机械刀具在加工塑性材料时容易发生塑性变形，加上刀具使用过程中会对零件有撕裂作用，因此会增加零件表面的粗糙程度。一般的工件塑性变形会随着韧性的增加而加大，零件表面的粗糙度也增加。如果工件是脆性材料，切削之后的切屑成碎粒状，零件表面便会出现许多增加其粗糙度的麻点[3]。

2.2 刀具几何形状

机械加工中的刀具作用于工件表面在进行进给运动时会在加工面上留下切削层残留面积，其面积形状是刀具集合形状的体现，从而增加了表面的粗糙程度。导致出现残留面积的原因主要有刀具切削时的进给量、主副偏角的度数以及刀尖的圆弧半径等。

2.3 磨削加工影响表面粗糙度

磨削加工时表面金属的塑性变形和几何因素决定了粗糙度的形成，具体的影响因素有：砂轮的硬度、砂轮的粒度、砂轮的修整磨削速度、磨削径向进给量与光磨次数工件圆周进给速度等。

2.4 加工表面层物理机械性能的影响

切削加工时工件受到切削热量和切削力的作用，金属表层的物理机械性发生变化，主要的变化在于表层金属显微硬度的变化、金相组织的变化以及参与应力的产生等。而由于磨削加工时的塑性变形以及切削热比刀刃切削时更严重，因此加工后表层的上述几项物理和机械性能都发生了很大的变化。热缩性变形主要因为机械加工时表面在热量影响下温度高于基体温度，导致表面层热膨胀会受到基体低温影响形成热压缩应力。在完成切削之后，温度逐渐降低至基体温度，此时表面出现缩短变化，会受到来自于基体阻碍形成参与拉应力。

2.5 加工方法的影响

在精密加工、超精密加工以及光整加工时，径向进给量的大小，砂轮速度与轴向进给速度的高低，工件速度与砂轮粒度的大小都会影响到表面质量。精细修整砂轮工作表面，使砂轮上磨粒锋利，也会达到较好的磨削效果。选用恰当的磨削液也是降低表面粗糙度的方法之一[4]。

2.6 表面层冷作硬化

机械加工过程中的切削作用力容易产生塑性变形，从而引发品格的扭曲和畸变。晶粒间因此出现剪切滑移，品粒被拉长和纤维化，乃至发生破碎，这些因素都会使得金属表层的硬度和强度有所增加，称之为冷作硬化或强化现象。产生冷作硬化的因素主要有：①刀具后刀面与被加工表面摩擦加剧，增加了后刀面的磨损度，导致塑性变形增大，冷硬增强；②切削刃钝圆半径增大，加大了对金属表层的挤压，从而导致塑性变形加剧，冷硬增强；③进给量的增加导致切削力度增加，金属表层塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。

3 提高加工表面质量的措施

在上述的分析中我们可以看出，机械表层的粗糙度主要和切削条件（切削的进给量、切削速度、切削液）、刀具（刀具的几何参数、刀具材料、刀具的磨损情况）、工艺系统的刚度以及工件的材料等几个方面有关系。具体改善机械加工表面质量的措施，则可以从以下几个方面来着手。

3.1 控制合理的工艺规程

编制合理的工艺流程是提高零件加工质量，保护机械表层的基础条件。合理的工艺规程要求工艺流程要简短，定位要准确。在选择定位基准时尽量让定位基准与设计基准重合。

3.2 工件材料方面

工件的材料性质对于表层粗糙程度影响最大的是材料的塑性和材料的金相组织。对塑性大的低碳钢、低合金钢材料而言，加工前先用正火处理来降低塑性性，切削加工后便可以获得较小的粗糙度。同时，工件材料应有合适的金相组织，包括均匀的晶粒度大小、分布及状态等。

3.3 刀具方面

为减小刀具在表面的残留面积，刀具应使用刀尖圆弧半径、副偏角度较小或合适的修光刃、宽刃精刨刀、精车刀等。刀具的材料应与工件材料相匹配，杜绝使用磨损严重的刀具，从而控制对机械表面粗糙度的影响。

3.4 切削条件影响

较高的切削速度和号的切削塑性材料可以防止表面积屑瘤的出现。同时，切削时减小进给量，增加工艺系统的刚度，提高机床的动态稳定性并使用高效的切削液，都可以提高机械加工的表面质量。

3.5 选用先进的加工技术

机械零件加工要紧跟新技术的发展，提高工艺的效率。可将超精密的加工工艺与现代化计算机技术相结合，这是今后机械加工的重点发展方向，它可以保证操作的精准性。在满足加工需求的基础上，还应尽量减少径向进给量和轴向进给速度，从而保证加工过程的稳定性，减少磨削振动。

3.6 降低表面残余应力

表面产生残余应力发生的原因有很多，通常可以用减少塑性变形和降低切削温度两种手段来降低表面的残余应力。如在零件制造过程中用胀孔、滚压、喷丸加固等特殊工艺，可以增强机械表层的稳定性，或者通过调整切削角度来改变接触面的受力，从而减少材料塑性变形并降低切削温度。

4 结束语

随着机械加工业与科技的不断进步，人们对于机械加工的质量要求愈来愈高，这也给加工行业带来了不小的压力与挑战。机械加工的表面质量对于零件的耐磨性、抗腐蚀性及精度都有着重要的影响，而影响表面质量的因素又是多种多样的。因此在实际操作过程中，需要合理分析出影响表面质量的关键性问题所在，然后对症下药，制定出相应的防范性措施，从而提高机械加工的表面质量。

[1]陈彦华.机械加工表面质量的影响因素[J].中国新技术新产品,2009,(24):15-17

[2]李凯云.机械加工表面质量对机器使用性能的影响[J].汽车运用,2008,(01):23-25

[3]余志娟.机械加工表面质量及影响因素探析[J].装备制造技术,2009,(06):29-31

[4]郭新军.改善机械加工质量增强产品使用性能[J].企业导报,2011,(02):39-41