浅析机械加工表面质量及改进措施

龚晶晶

摘 要：机械加工表面质量一直是教学实习及生产研究探讨的重要问题之一。本文介绍了机械加工表面质量的内涵，分析了它对零件使用性能的影响，重点讨论了影响加工表面粗糙度的因素及其控制方法。对实习教学及工程实践都有一定的指导作用。

关键词：机械加工 表面质量 表面粗糙度 改进措施

机械加工表面质量是指零件在机械加工后的表面层的微观几何状态误差和物理、化学及力学性能，包括表面粗糙度、加工硬化及残余应力三项内容。它是衡量机械加工质量的一个重要方面。一般来说，零件的破坏都是从表面层开始的。研究机械加工表面质量就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对其影响规律，来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。

一、表面质量对加工零件使用性能的影响

产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，很大程度上取决于零件表面层的质量。

1.影响耐磨性

（1）表面粗糙度对耐磨性的影响。表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生粘接，磨损反而增加。因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。

（2）加工硬化对耐磨性的影响。加工过程由于强烈的塑性变形而产生冷作硬化的表面，也会使耐磨性提高，但超过一定的限度，过度硬化会使磨损加剧，耐磨性反而降低。

2.影响疲劳强度

（1）表面粗糙度对疲劳强度的影响。表面粗糙度对零件的疲劳强度也有较大的影响。表面越粗糙，则应力越集中，特别是在交变载荷作业下，产生和加剧疲劳以致损坏零件。

（2）残余应力对疲劳强度的影响。加工或热处理过程中表面层产生的残余应力也会影响零件的疲劳强度。当残余应力为压应力时，可部分抵消工作载荷施加的应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高疲劳强度；当残余应力为拉应力时，则容易使表面产生裂纹并扩展。

3.影响耐腐蚀性

（1）表面粗糙度对耐腐蚀性的影响。表面越粗糙，零件表面与腐蚀介质的接触面积就越大，越容易与潮湿空气或腐蚀介质发生化学反应，加剧腐蚀。

（2）表面应力对耐腐蚀性的影响。表面层在加工过程中若发生表面冷硬和金相组织变化则会产生内应力，零件在应力状态下工作就会发生应力腐蚀，如果有裂纹，则更会加剧腐蚀，因此表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。

4.影响配合质量

影响配合性质最重要的因素是表面粗糙度。对于间隙配合，表面粗糙会使表面的峰谷迅速磨损从而使间隙增大，乃至破坏配合性质；对于过盈配合，表面越粗糙，两配合表面的峰谷越易被挤平，使有效的过盈量减小，从而降低连接强度和配合强度。

除此之外，加工表面质量对运动的平稳性和噪声、结合面的密封性、机器和仪器的工作精度都有影响。

二、影响表面粗糙度的因素及其改进措施

影响表面粗糙度的工艺因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数及切削液等。

1.工件材料

表面粗糙度与材料的韧性息息相关。一般来说，韧性较大的塑性材料加工后表面粗糙度越大。对于同种材料，其晶粒组织越大加工表面粗糙度越大。因此，加工塑性较大的低碳钢时，可预先将工件材料进行调质或正火处理，以提高硬度降低塑性，从而减小表面粗糙度。

2.切削用量

（1）进给量越大，零件微表面最大轮廓峰谷越高，残留面积高度越高，零件表面越粗糙。所以，适当地减小进给量可减小表面粗糙度。

（2）中速切削塑性材料时容易产生积屑瘤且塑性变形较大，造成加工后表面粗糙度较大。通常切削中碳钢时可减低切削速度（V<5m/min）或提高切削速度（V>30m/min），可避开积屑瘤的产生。

3.刀具几何参数

刀具的几何参数主偏角k'r、副偏角k'r及刀尖圆弧半径r对零件的粗糙度都有不同程度的影响。

（1）在进给量一定的情况下，适当地减小k'r和k'r以减小残余面积高度。

（2）增大r，减小塑性变形，减小粗糙度。

（3）适当的增大前角和后角，可减小切削变形，且减小前后刀面间的摩擦，抑制积屑瘤，从而达到减小粗糙度的目的。

4.切削液

使用性能好的切削液，一方面减低温度，同时切削液的润滑作用也可减小摩擦，减小塑性变形且抑制积屑瘤和麟刺的生长，从而减低表面粗糙度。

5.其他因素

机械加工工艺系统中存在的原始误差也对表面粗糙度有着一定的影响。此外，工艺制定的合理性、合理的工装及夹具都对表面质量起着重要的作用。

三、小结

在教学及生产实习中，还要根据实际情况综合考虑，并不断总结经验，采取不同措施，提高表面加工质量，从而保证产品质量。

（作者单位：广州市公用事业技师学院）