影响机械加工表面质量的因素及改进措施分析

郭帅 陈鹏 张鹏 刘琼 李瑞丰

摘 要 此文简单介绍了机械加工表面质量的概念与要求，详细分析了影响机械加工表面质量的因素，并研究了改善机械加工表面质量的方法。

关键词 机械加工表面质量;因素;改进措施

引言

产品在加工时，要了解、掌握产生误差的原因及采取适当工艺措施限制和减小误差的方法，使工件控制在图样或工艺文件允许的公差范围内，加工出合格的零件。对于相同的生产条件下所加工出来的同一批产品，会因为一些加工因素不同而产生不同的影响，得到的尺寸、形状和表面位置也不会完全的一致，会产生一定的加工误差。因此，在产品的整个加工过程中，都应当注意保证加工精度的问题。下面探讨保证和提高加工精度的工艺途径。

1机械加工表面质量概念及要求

机械加工过程中，合金坯料受到物理、化學、力学作用下会出现一个平面层，这个平面层就是机械加工平面层。机械零件平面层与标准零件平面层之间存在的形状差异通常使用粗糙度指数来评价，机械零件被加工后其技术表面的理化组织性质和力学性能与目标零件性能指标的差异性是另一个评价机械零件平面层的标准。机械加工过程中，在机械切削作用及切削工作振动摩擦的作用下，机械零件合金材料微观表面结构会出现类似于波峰、波谷的结构变化，这种结构变化的定量评价使用表面粗糙度评价。机械零件表面理化组织性质指的是，机械切削作用产生的热量会传递到合金零件中，导致合金零件温度上升，当温度达到合金热处理温度时，合金表面就会发生退火等微观组织性质的变化。力学性能指的是机械加工产生的机械变形和机械热作用会导致合金表面存在残余应力，残余应力如果没有及时的被消除，则会导致合金零件表面出现微观裂纹，严重影响到零件使用过程中的耐疲劳性和使用寿命[1]。

2影响机械加工表面质量的因素

2.1 影响表面粗糙度的因素

（1）材料的性能影响粗糙度

机械零件基体材料的性质是决定其加工后表面性能的重要因素。例如，研究发现，合金材料先经过热处理后再进行机械加工，这种热处理可以提高合金材料在机械加工过程中的磨损机械，提高加工过程中的抗磨损能力，得到表面耐磨性能良好的机械零件。如果合金零件的脆性指数较高，或者合金中使用脆性指数高的某种金属材料，导致其在机械加工过程中，脆性大的金属容易被切削产生大量的废屑，废屑碰碎就会在合金表面残留出很多凸凹点，增加机械加工表面粗糙度。如果合金零件的韧性较高，其在加工过程中会产生较大的塑性变形，使得合金表面的波峰波谷间距增加，也会增加机械加工表面粗糙度。

（2）切削加工影响粗糙度

从机械加工原理和实际操作经验来看，切削加工过程的速度、进给量、切削刀具的尺寸、主偏角等都是影响加工零件表面质量的重要因素。并且，对于不同性质的材料，需要配套不同的切削条件[2]。

（3）磨削加工影响粗糙度

在磨削加工过程中，砂轮上磨粒排布图案、磨粒尺寸、沟槽结构及尺寸等都会对机械加工零件表面的波峰波谷特性有影响，进而改变零件表面的粗糙度。温雪龙等人在自主研制的三维微机械加工机床上对硬脆材料钠钙玻璃材料进行一系列磨削工艺条件考察，并考察了不同因素与加工零件表面粗糙度的变化规律。结果表明，进给速度降低，零件表面粗糙度降低;磨削深度增加，零件表面粗糙度增大;主轴转速降低，零件表面粗糙度降低。

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

具有晶体结构的合金材料受到机械加工的物理作用，使得合金的晶粒之间发生剪切滑移，使得晶体中的单元晶粒被过度拉长而最终破碎，这个过程提高了合金零件的强度和硬度，这个过程或者所赋予零件的特性被称为冷作硬化。在零件的或许加工过程中，零件表面的变形阻力和塑性会受到冷作硬化作用的影响，而出现不同程度的弱化。材料在机械加工过程中的挤压力、切削速度、切削深度都会改变冷作硬化程度[3]。

（2）金相组织性能发生变化

无论是切削加工还是磨削加工，工具在接触材料过程中都不可避免的产生大量的热值，热量传递到材料后会提高材料的温度，当材料温度达到合金的相变温度后，材料表面就会发生金相组织的变化。金相组织的变化如果过于激烈，就会降低材料的硬度，甚至在材料表面产生裂纹。

（3）表面残余应力

机械加工产生的热量会导致材料表面产生残余应力，尤其会产生在发生金相组织变化的材料表面。这是因为，发生金相组织变化后，不同区域材料的密度和比容会发生变化，导致未发生金相变化的组织受到金相组织压迫而产生残余应力。

3改善机械加工表面质量的方法

3.1 对加工材料进行预处理或者开发优异特种材料

材料的塑性和微观组织结构是决定材料经过机械加工后表面性质的两个核心因素。因此研究人员开发出了特种材料用于机械加工，以应对不同行业需求。同时，基于微观调控技术和塑性改造技术，研究人员针对材料原始特性，开展了一系列材料预处理技术研究[4]。

3.2 选择恰当的加工条件

上文已经总结不同研究人员探索的不同切削条件对加工表面粗糙度的影响，可以发现，不同的切削刀具、目标产品质量、加工材料特性都有其特定的切削条件。例如，利用磨削处理零件表面时，要选择砂轮磨粒尺寸均一、分布整齐的少轮，以获取更低的表面粗糙度。

3.3 有效控制残余应力

在控制残余应力方面，可以从刀具选型和加工工艺两方面入手。选择刀具时，应当选择具有较大前角和后角的刀具，并且在刀具刃磨时应当缩短切削刃口的半径;加工工艺方面，在切削用量固定的前提下，尽可能使用高转速和较低的进给量，并配合喷射切削液强化表层的变形[5]。

4结束语

各种材料通过机械加工得到的各种零件质量、性能和使用寿命与零件表面材料的粗糙度、组织性能息息相关。

参考文献

[1] 蒙胜.试析机械加工表面质量的影响因素与改善方式[J].现代制造技术与装备，2018（11）：165-166.

[2] 李友生.关于影响机械加工表面质量的因素分析和相关措施探讨[J].中国新通信，2018，20（15）：214.

[3] 姚子生，王晓雷，李博.机床加工过程振动特性及对加工表面质量影响的研究[J].中国设备工程，2018（14）：197-198.

[4] 徐大山.影响机械加工表面质量的因素分析和相关措施探讨[J].中国新通信，2018，20（11）：217.

[5] 李建松.影响机械加工表面质量的因素及改进措施[J].内燃机与配件，2018（8）：124-125.