机械加工表面质量影响因素分析及相应改善对策研究

吴舒

（福建省福州市马尾区商务局，福建 福州 350015）

机械加工表面质量影响因素分析及相应改善对策研究

吴舒

（福建省福州市马尾区商务局，福建 福州 350015）

零件在机械装配中扮演着重要的角色，因此零件的质量将直接关系到相关机械生产线的正常有效运行。而所需的机械零件的合格与否以及使用性能的好坏都很大程度上依赖于零件机械加工表面的质量。本文将深入分析总结影响机械加工表面质量的因素，分析目前机械加工中存在的问题，探讨提高机械加工表面质量的有效方法，并提出建设性的改善对策。

机械加工；表面质量；影响因素；表面粗糙度

随着科技的发展进步，机械行业不断进行技术的革新，生产制造中应用的设备以及仪器在不断升级，因此对机械零件的表面加工质量提出了更高的要求。零件在机械装配中扮演着重要的角色，因此零件的质量将直接关系到相关机械生产线的正常有效运行，所需的机械零件合格与否以及使用性能的好坏都很大程度上依赖于零件机械加工表面的质量，高质量的表面质量能够保证机械零件的使用性能，保证较高的耐磨性和抗疲劳性，具有良好的可靠性和较长的寿命，从而不断提高机器设备的使用寿命。

1 机械加工表面质量概念及要求

在对金属坯料等进行机械加工后就会自然存在一个表面层，即机械加工表面。对机械加工表面的质量进行评价可以从两个方面进行评判：一是加工后的机械表面与所要求表面标准之间所存在的几何形状误差，一般用粗糙度的概念进行衡量；二是金属被机械加工后表面的组织性能和力学物理性能是否符合预先制定的标准。表面粗糙度的概念是对金属表面在切削和切割工具的振动摩擦等产生微小的波峰波谷进行定量的描述。组织性能是指在被加工过的金属表面会发生微观组织变化，是因为在机械切削过程中会产生较高的热量，这个温度达到金属热处理的温度，即发生金属表面退火，进行组织发生转变。力学物理性能指的是经过机械加工表面的机械力学性能，切削变形和切削热的存在会使表面存在残余应力，如不进行热处理或时效改变，就会容易在被加工表面产生微裂纹，在今后的使用过程中因疲劳损伤而导致寿命降低，造成损失［1］。

在进行金属表面的机械加工的过程中要求进行零件加工时保证零件的参数与图纸要求一致；要求严格按照所需加工零件的公差要求进行加工，尽量保证所加工零件的表面精度要求遵循零件的热处理技术要求，保证零件的表面硬度和机械性能达标。

2 影响机械加工表面质量的因素

根据对金属零件机械加工表面的评判标准，可以从以下几个方面对影响表面质量的因素进行归纳。

2.1 影响表面粗糙度的因素

（1）材料的性能影响粗糙度。材料性能的好坏直接影响到机械加工的效果。比如使用经过热处理工艺的材料具有较好的耐磨性，在零件的机械加工过程中，不会轻易达到磨损极限发生急剧磨损的现象；使用脆性较高的材料，在后续的加工中切削废屑会崩碎成碎粒状，在崩碎的过程中就会在加工的表面积留很多的凹点，使加工表面变得粗糙；使用韧性较高的材料时，由于材料在被加工的过程中会产生加大的塑性变形，使加工表面微小的波峰波谷间的距离变大，即粗糙度越大，被加工表面不容易达不到精度的要求［2］。

（2）切削加工影响粗糙度。切削加工的加工速度、进给量、刀具的半径以及主偏角和副偏角都会影响加工之后表面的质量。比如在进行塑性较好的材料时，可以适当提高加工速度，减少进给量，就可以提高机械加工表面的光整程度，得到较好的表面质量，相反则不是。

（3）磨削加工影响粗糙度。首先从简单的几何上进行分析，就会发现在磨削加工中，砂轮上磨粒的大小和形状就会与机械加工后加工表面的波峰波谷的大小是有关系的。在磨削中在材料表面会产生很多的磨削沟槽，如果这些划痕分布不均匀且不等高，就会使粗糙度的值很大［3］。

2.2 影响机械加工表面性能的因素

（1）加工表面产生冷作硬化。在对材料进行机械加工的工序过程中，产生塑性变形是由于晶格的扭曲变形。冷作硬化是指在晶粒之间产生剪切滑移就会使晶粒产生被拉长或纤维化甚至会破碎的现象，从而使加工表面的强度和硬度得到提高。在后续的加工中，由于冷作硬化的存在就会使加工表面变形阻力逐渐增大，但塑性会变小，加工表面又会在表面温度高低的变化下逐渐表现为表面状态的稳定，即出现不同程度的弱化［4］。机械加工表面的性质就是在这样强化弱化中产生的综合结果状态，冷作硬化的评判依据可以是加工表面显微硬度的大小或硬化层的厚度等。加工表面的冷作硬化受很多因素的影响，比如在加工时挤压力越大塑性变形越大产生的冷作硬化程度越强；当切削的速度越慢也就是刀具和表面材料的接触时间会长，这时候产生的冷作硬化层也就越深等。

（2）金相组织性能发生变化。在切削或磨削中都会产生大量的热，当这种切削热和磨削热的温度超过加工材料的相变温度之后就会在加工表面发生金相组织的改变。尤其是在磨削过程中，金相组织发生转不变的同时加工表面的强度硬度也会随之降低，当达到极限条件时就会产生微裂纹，称之为磨削烧伤。因此在机械加工的时候应有效控制切削热和磨削热的产生，做好加工表面的冷却措施，并且使用恰当的切削量，进给速度等使大量的热被散出，很少数的热传入到工件中。

（3）表面残余应力。在机械加工过程中在加工区域中产生大量的热等因素都会产生残余应力，尤其是当切削热或磨削热过高使得部分表层发生金相组织的改变，又由于不同金相组织的密度比容等不同，就会使已发生改变的金属组织受到未发生改变的金相组织的阻碍，就会产生残余应力。

3 改善机械加工表面质量的对策

3.1 恰当处理工程材料

在机械加工过程中，影响加工表面性质的主要就是材料的塑性和微观组织。在对塑性较强的低碳合金或低合金材料进行加工时，提前一定要对材料进行一下热处理，使材料能够在较合适的金相状态下进行加工，以保证加工后表面的光整度。

3.2 选择恰当的切削条件

当切削的速度较高时，就会很好地避免积削瘤的产生，再加上好的切削液和恰当地选择加工时的实际进给量，就可以增大加工表面的刚度，提高机床工作时的稳定性，这样可以提高加工表面的质量。

3.3 选择恰当的加工方法

选择加工方法时，要注意以下几个方面，首先选择的重要依据就是使用该加工方法加工出来的零件精度较高；再者由于加工零件时的速度问题，加工时径向的进给量要小，砂轮的转动速度要大［5］。还有零件表面修整时，使用砂轮的磨粒性要高，以便获得更好的磨削效果。使用合适的磨削液来得到粗糙度较低的零件表面。

3.4 有效控制残余应力

有效控制残余应力将有效改善机械加工表面的质量。在加工中选择刀具时，采用前角和后角较大的刀具，并且在进行刃磨的时候要注意尽可能缩小切削刃口的半径；在一定宽度范围内允许磨损；确定切削用量的时候，采用较高的转速和较小的进给量；表面加工时，使用恰当的切削液强化表层的变形；如果零件的表面还存在残余应力，就会严重降低应力相对集中的零件；因此要尽可能消除残余应力 。

4 总结

在工程材料的机械加工过程中虽然加工表面的质量好坏只与表面薄薄的一层材料有关，表现为表面的粗糙程度和机械性能和微观组织性能的变化，但在机械装备以及机械设备的长期使用中发现，机械加工过表面的质量好坏是影响机械零件寿命长短的一个重要因素。本文上述对机械加工表面质量的影响因素进行深入的分析就是为了掌握不同工艺对表面质量的影响规律，并对这些影响因素进行有效地控制，改善加工表面的质量，不断提高机械加工产品的质量和使用性能，促进机械加工的改进，充分发挥机械加工在机械行业的优势。

［1]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，（6）：155～157.

［2]崔会彬. 影响机械加工表面质量的因素及采取的措施［J］. 中国机械，2015，（8）：23～24.

［3]刘佳城，高广明，张天宇，等. 浅谈影响机械加工表面质量的因素［J］. 企业文化（下旬刊），2014，（11）：207～207.

［4]雷鸣雨. 影响机械加工表面质量的因素与应对措施［J］. 中国新技术新产品，2015，（5）：46～46.

［5]赵超. 影响机械加工表面质量的因素及改进措施［J］. 城市建设理论研究（电子版），2015，（19）.（P-02）

Surface quality infl uencing factors and corresponding countermeasures in machinery processing

TH161.1

1009-797X（2016）02-0075-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.026

吴舒（1957-），男，大学本科，机械设计制造工艺工程师，研究方向为机械设计、制造工艺及材料。

2015-11-08