机械加工表面质量及影响因素探析

郭春修

浙江埃菲生能源科技有限公司

机械加工表面质量及影响因素探析

郭春修

浙江埃菲生能源科技有限公司

在工作过程中，机器出现故障通常是由于机器中的个别零件出现问题导致的，因为机器本身是由许多的小零件组装而成的，机器故障就说明机器中的某个零件失效而不能发挥它的使用功能，机器中的任何一个部件都可能导致机器停止运作。通过对生产实践的研究，发现零件失去功能的情况，大部分是由于零件的表面质量的问题。零件表面质量的好坏对零件是否发挥功能有密切的关系。因此，对零件的表面质量加以重视，研究在零件的加工过程中影响零件表面质量的因素，从而提高零件表面质量和使用功能。

机械加工；质量；因素

机械零件的加工质量，除加工精度外，表面质量也是极其重要的一个方面。加工表面质量，是指机器零件在加工后的表面层状态。一台机器在正常的使用过程中，由于其零件的工作性能逐渐变坏，以致不能继续使用，有时甚至会突然损坏，其原因除少数是因为设计不周而强度不够，或偶然事故引起了超负荷以外，大多数是由于磨损或受到外界介质的腐蚀以及疲劳损坏。磨损、腐蚀和疲劳损坏，都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的。因此，加工表面质量将直接影响到零件的工作性能，尤其是它的可靠性和寿命。

1 影响机械加工表面质量因素

1.1 切削刀具对工件表面的影响

刀具是加工机械零件重要的工具，因此其参数会对加工零件表面带来直接影响，经过长时间的探索实践发现刀具的刀尖圆弧半径大小、副偏角主偏角等参数会给加工零件表面粗糙程度带来严重影响。条件相同情况下，使用硬质合金刀具加工而成的零件表面粗糙程度小于使用高速钢刀具加工的零件表面粗糙程度。除此之外，刀具切削刃和前后刀面自身的粗糙程度也会影响零件表面粗糙程度，所以，为了避免刀具自身粗糙程度的影响，应保证其粗糙值低于零件粗糙值1-2级。

1.2 零件加工的原材料

原材料作为机械加工中非常重要的基础部分，当其在进行机械加工的过程中，不管拥有何种技术手段和技术条件，若加工材料欠佳那么机械加工表面质量也势必会受到影响。为此，机械加工企业要重视长远发展就必须对原材料有更深的认识，并尽可能选择以高品质的材料为主。

1.3 零件加工的技术

零件加工本身就对技术要求非常高，同时技术也是支撑零件加工的基础，除去原材料可使机械加工表面受到影响，加工技术也是影响机械加工表面的重要因素之一。优秀的技术条件和技术支持，可在很大程度上弥补因原材料导致的影响；反之，技术较差，那么无论所使用的材料的如何高品质，那都可能无法取得更加满意的效果，甚至还可能导致材料被浪费。为此提高切削和打磨等加工技术均是提升机械加工表面质量的重要方法。

2 提高机械加工表面质量措施

2.1 刀具方面

切削时在切削热和切削力的影响下，工件切割表面的物理性能发生改变，这种变化在残余应力、微硬度和金相组织的变化较为明显。实践证明磨削比使用切削热的刀刃引起的塑性变形程度大，因此工件表面粗糙程度会增大，因此，选择切削刀具时应选择副偏角较小，刀尖圆弧半径较大的精刀具，同时注意把握使用和工件材料相当的刀具材料，禁止使用严重磨损的刀具。

2.2 严格控制材料质量

零件表面质量与所选择的材料有着非常紧密的联系，为此，在选择加工材料时，应对加强这两个方面的控制。而针对低合金和低碳的钢材料，由于其自身具有较强的可塑性，为此，在零件加工的过程中，应通过“正火处理”，使其塑性能够得到控制，逐渐下降，同时针对金相组织，也因零件质量的不同，其要求也有所差异，故应更加深入地了解其组织状态和经理分布，提升对其了解程度，以便选择最佳的材料。

2.3 磨削裂纹的产生及防止

当表面层的残余拉应力超过材料的强度极限时，零件表面就会产生裂纹，有的磨削裂纹也可能不在工件的外表面，而是在表面层下成为肉眼难以发现的缺陷。裂纹的方向常与磨削方向垂直或成网状，裂纹的产生常与烧伤同时出现。磨削裂纹的产生与材料及热处理工序有很大的关系，磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所以特别容易产生裂纹。磨削含碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。工件在淬火后如果存在残余应力，则即使在正常的磨削条件下也可能会出现裂纹。渗碳、渗氮时如果工艺不当，就会在表面层晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物。当磨削时，在热应力作用下就容易沿着这些组织发生脆性破坏，而出现网状裂纹。由于磨削热是产生残余拉应力的根本原因，因此防止产生裂纹的途径，也在于降低磨削热以及改善其散热条件，前面所述的减轻表面热损伤的措施，均有利于避免产生表面残余拉应力和裂纹。在磨削工序前后进行去除内应力的低温回火处理，亦能有效地减小表面层的拉应力，防止产生磨削裂纹。

2.4 采用先进的合金刀具

随着技术的革新，合金刀具的研发使用，大大提高了工作效率，与此同时，加工操作者也开始对不同刀具或者加工同一材料不同类刀具进行研究对比，发现每一类型的刀具都对其特定加工对象有良好使用效果，通常情况下要根据加工材料的物理特性进行有目的选择，有的材料密度大，硬度高，耐高温，不易变形，膨胀系数低，这时候就要采用高硬度、强韧性、高温力学性能强的刀具进行加工。随着各种优良性能的刀具层出不穷，人们也在不断的探索总结各种材料加工的熔点、弹性、导热系数等特点，根据加工材料选择刀具，最大化提高刀的切削质量。

综上所述，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。由于影响表面质量的因素是多方面的，因此应该综合考虑各方面的因素，对表面质量根据需要提出比较经济适用性的要求。

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