浅谈影响机械加工表面质量的因素

刘佳城?高广明?张天宇

摘 要：机械加工表面粗糙度时衡量零件加工质量的主要依据。由于影响表面质量的因素很多，因此只有明确影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，减少零件因表面质量缺陷，保证零件表面的质量。

关键词：机械加工；表面质量；改进措施

1.影响工件表面质量的因素

1.1耐磨性对表面质量的影响

一个刚加工好的两个接触表面之间，最初阶段在表面粗糙的峰部接触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的部位有非常大的单位应力，使实际接触面处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起磨损。

1.2疲劳强度对表面质量的影响

在交变载荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈大，抗疲劳破坏的能力就愈差。残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。

1.3耐蚀性对表面质量的影响

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

2.影响加工表面粗糙度的工艺因素及控制措施

2.1刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响

刀具几何参数中对表面粗糙度影响最大的是副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径。在一定的条件下，减小副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径都可以降低表面粗糙度。在同样条件下，硬质合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速钢刀具，而金刚石、立方氮化硼刀具又优于硬质合金，但由于金刚石与铁族材料亲和力大，故不宜用来加工铁族材料。

2.2合理的选择切削液

选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具的磨损，保证工件的加工质量。

2.3工件材料对表面质量的影响

加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。加工脆性材料时其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点使表面粗糙。一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度较大，而韧性较小的塑性材料，加工后易得到较小的表面粗糙度。对于同种材料，其晶粒组织越大，加工表面粗糙度越大。

3.影响加工表面层物理机械性能的因素

3.1表面层的加工硬化

表面层加工硬化程度取决于产生塑性变形时的力、变形速度和变形温度。试验证明，力越大，塑性变形就越大，产生的加工硬化也越大；变形速度越大，塑性变形就越不充分，产生硬化程度相应减小；变形温度高，则硬化程度减小。切削刃钝圆半径增大，对表层金属的挤压作用增强，塑性变形加剧，导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工表面的摩擦加剧，塑性变形增大，导致冷硬增强。切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，塑性变形扩展深度减小，冷硬层深度减小。切削速度增大后，切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了，将使冷硬程度增加。进给量增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。

3.2表面层的金相组织变化——磨削烧伤

当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。

3.3表面残余应力

机械加工后，工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用结果。切削加工时主要由冷态塑性变形引起的残余应力，磨削加工时主要是热态塑性变形和金相组织变化引起体积变化而产生的残余应力。

3.4磨削用量

当磨削深度增大时，工件表层的温度则明显增加，易引起烧伤或加剧烧伤，故磨削深度不能太大；同时提高工件转速和砂轮转速，既可以减轻工件表面的燒伤，又可以提高生产率；增大工件的纵向进给速度，磨削区表面温度降低，烧伤减小，为了弥补纵向进给速度增大而导致表面粗糙度值增大，可采用较宽砂轮进行磨削加工。

4. 机械加工表面质量对零件使用性能的影响

4.1疲劳强度对表面质量的影响

在交变载荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力就愈差。

4.2耐蚀性对表面质量的影响

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

4.3表面质量对耐磨性

零件的耐磨性不仅与材料、润滑条件有关，而且还与零件的表面质量有关。实验证明，表面越粗糙，凸峰处压力越大，磨损加快；表面粗糙度值小，零件接触面积大，耐磨性就好。若表面粗糙度值过小，将使紧密接触的两个光滑表面间的贮油能力变差，润滑条件恶化，变成干摩擦，加剧磨损。所以，并不是表面粗糙度值越小越耐磨，表面粗糙度与初期磨损量之间存在一个最佳值。

5.结语

由于机械加工表面对机器零件的使用性能如耐磨性、接触刚度、疲劳强度、配合性质、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响，因此对机器零件的重要表面应提出一定的表面质量要求，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。