機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及改進(jìn)措施淺析

摘要：隨著現(xiàn)代機(jī)械越來越精密，為了保證其能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)其使用壽命，需要嚴(yán)格控制表面質(zhì)量。為了嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對(duì)機(jī)械每一個(gè)組裝的部位都要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量審核，避免一切可能影響機(jī)械質(zhì)量的因素發(fā)生。本文分析了影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，總結(jié)了提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；表面質(zhì)量；影響因素；改進(jìn)措施；

隨著人類社會(huì)的發(fā)展及人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，許多在高溫、高壓、重載等特殊環(huán)境下工作的重要零件，表面承受著巨大的應(yīng)力和周圍介質(zhì)的腐蝕作用，零件表面的任何一處細(xì)微的缺陷都有可能導(dǎo)致零件的損壞。產(chǎn)品工作性能的好壞，很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量及其影響因素，掌握其變化規(guī)律，對(duì)提高機(jī)械加工表面質(zhì)量及產(chǎn)品使用性能具有重要的意義。

1表面質(zhì)量的含義

任何機(jī)械加工所得的表面，都不是完全理想的表面，它總是存在著一定程度上的表面粗糙度、殘余應(yīng)力、冷作硬化及金相組織變化等問題。這些問題影響著零件的使用性能和壽命。

表面質(zhì)量主要包括兩方面內(nèi)容，即表面幾何形狀和表面層的物理力學(xué)性能。

1.1表面幾何形狀

任何加工后的表面幾何形狀，總是以"峰"和"谷"交替出現(xiàn)的形式偏離其理想的光滑表面，可分為以下三種：

1.1.1表面粗糙度，屬微觀幾何形狀誤差，是指零件表面存在著的微觀不平度。表面粗糙度可分為橫向粗糙度和縱向粗糙度，把垂直于切削速度方向的粗糙度稱為橫向粗糙度；把沿切削速度方向的粗糙度稱為縱向粗糙度。

1.1.2表面波度，介于宏觀和微觀之間的幾何形狀誤差，它主要由加工過程中的振動(dòng)所引起。

1.1.3宏觀幾何形狀偏差，即加工精度中所指的"幾何形狀偏差"。

1.2表面層的物理力學(xué)性能

1.2.1表面層冷作硬化，指已加工表面由于擠壓產(chǎn)生塑性變形，表面硬度高于工件材料加工前的硬度的現(xiàn)象。

1.2.2表面層金相組織的變化，機(jī)械加工中，工件表面加工區(qū)溫度急劇升高，導(dǎo)致表面層金相組織發(fā)生變化，尤其在磨削加工中更加明顯。

1.2.3表面層殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力是指工件表面層發(fā)生形狀變化或組織改變時(shí)，在表面層與機(jī)體材料交界處產(chǎn)生的應(yīng)力。當(dāng)引起應(yīng)力的原因去除后，此應(yīng)力仍然存在。

2影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

2.1切削加工

2.1.1工件材料的性質(zhì)影響

零件表面粗糙度加大，其中的一個(gè)原因是由于在用刀具加工塑性材料中，會(huì)發(fā)生塑性變形，再加上刀具在加工過程中會(huì)對(duì)零件有撕裂作用。一般工件的韌性越好，其塑性的變形越大，加工的表面也就越粗糙。如果工件是脆性材料，切削后的切屑成碎粒狀，在切削之后，零件的加工表面上會(huì)出現(xiàn)很多導(dǎo)致其粗糙度增大的麻點(diǎn)。

2.1.2切削用量的影響

提高對(duì)塑性材料加工時(shí)的速度，減少切削的進(jìn)給量，能夠提高加工表面的光整度，反之亦然。

2.1.3磨削加工中對(duì)表面粗糙度的影響

在零件表面加工的時(shí)候，加工表面金屬的幾何因素和金屬的塑性變形直接影響到了零件磨削加工表面的粗糙程度。其中對(duì)其影響最主要的是：砂輪本身的粒度與硬度、磨削的修整速度、零件表面加工的進(jìn)給量以及零件表面加工的進(jìn)給速度。

2.1.4加工表面層物理機(jī)械性能的影響因素

在切削的力與熱的作用下，零件加工表面在切削時(shí)，其金屬的物理機(jī)械性能會(huì)產(chǎn)生一定程度的變化，其中包括有發(fā)生變化的金相組織以及產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

2.2表面層冷作硬化

在切削刃鈍圓的半徑增大時(shí)，冷作硬化強(qiáng)度與加工表層金屬的擠壓力成正比，與塑性的變形也成正比；冷硬層深度則是與切削的速度成反比，與刀具和工件表面相互作用的時(shí)間成正比，與塑性變形的擴(kuò)展深度成正比。冷硬程度與切削的速度成正比，與切削熱在零件加工表面的實(shí)際作用時(shí)間成反比，冷硬作用的強(qiáng)弱和進(jìn)給量成正比，當(dāng)切削力增大，其表面金屬的塑性變形也會(huì)加快加劇。

2.3金相組織材料在表面層變化

在零件的加工表面層的打磨溫度高于預(yù)期的相變溫度的時(shí)候，表層的金屬?gòu)?qiáng)度和硬度都會(huì)降低，金相組織材料出現(xiàn)了變化，并伴隨著一定的殘余力出現(xiàn)，當(dāng)達(dá)到一定程度，或者超過時(shí)，就容易出現(xiàn)微觀裂紋，而這一現(xiàn)象即為磨削燒傷。而磨削淬火鋼的時(shí)間，主要有回火、淬火、退火三種燒傷形式。

2.4表面層殘余應(yīng)力

在零件進(jìn)行切削時(shí)，金屬體積的膨脹主要是由于表面金屬的比容增大，而比容與只產(chǎn)生在表層金屬中的塑性變形有一定的關(guān)系，發(fā)生塑性變形，其比容就會(huì)增加，表面比容增大的金屬層就會(huì)受到相連的內(nèi)金屬層的阻礙，因而加工表層中的金屬層會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，內(nèi)層則會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

不同金相組織的密度比容也不一樣，如果加工表面層金屬發(fā)生了金相組織變化，那就會(huì)受到相連金屬的阻礙，因此就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

3、提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的改進(jìn)措施

3.1提高表面粗糙度的方案

3.1.1表面粗糙度及其影響因素

一般來說，橫向粗糙度較大，它主要由刀具幾何因素和切削因素兩方面共同作用形成，縱向粗糙度則主要由切削因素形成。機(jī)床-刀具-工件系統(tǒng)的振動(dòng)也常是引起粗糙度的重要因素。

3.1.1.1刀具幾何形狀

在理想切削狀態(tài)下，刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在已加工表面上遺留下來的切削層殘留面積，形成理論粗糙度。在切削過程中，工件受到刀具的刃口圓角及后面的擠壓、摩擦產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致理論殘留面積被擠歪、溝紋加深，因而增大了表面粗糙度。

3.1.1.2切削因素：

通常在切削速度較低的情況下切削塑性材料時(shí)，易于產(chǎn)生刀瘤與鱗刺，刀瘤與鱗刺會(huì)使表面粗糙度嚴(yán)重惡化。在加工塑性材料時(shí)，刀瘤與鱗刺是影響粗糙度的主要因素。

另外，刀具材質(zhì)和刀具刃磨質(zhì)量對(duì)刀瘤和鱗刺等現(xiàn)象的產(chǎn)生有較大的影響作用。

要想提高表面粗糙度，就是要減小切削殘留層的面積。首先就是增加轉(zhuǎn)速，減小進(jìn)給量；其次采用主副偏角較大、刀尖半徑較大、刀具硬度偏高的機(jī)加刀。

3.2降低塑性變形的方案

要獲得比較好的表面粗糙度可以通過以下途徑獲得：

3.2.1在切削參數(shù)方面可以增加切削速度。

3.2.2從材料方面，對(duì)于表面粗糙度要求比較高的零件，在機(jī)械加工前最好對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

3.2.3從刀具的角度，可以采用白鋼刀或者焊接刀通過修磨獲得大前角和大后角的刀具，同時(shí)要保證刀具刃口鋒利。

3.2.4從散熱角度，保證切削液濃度適中，冷卻充分，對(duì)于有條件盡量采用內(nèi)冷的。

3.3在加工過程中降低硬化程度的方案

3.3.1降低加工過程中工件的受力程度

在切削參數(shù)較為合理的情況下影響主要來自刀具。其具體的方案為：勤換刀具或者增加刀具修磨頻率來保證刀具刃口圓角和后刀面在加工過程中的磨損量，使磨損程度是微小的。

3.3.2降低塑性變形的程度和合理控制變形溫度

在刀其使用狀況良好的情況下，塑性變形主要受切削參數(shù)的影響。其具體方案為：增大切削速度，一方面可以降低表面的塑性變形，另一方面可以適當(dāng)?shù)脑黾幼冃螠囟取?/p>

3.2.3材料的處理

對(duì)于表面質(zhì)量要求有較高要求的材料，在加工前可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)處理來改善其加工性能。

4加工工藝對(duì)提高表面質(zhì)量的影響

對(duì)于表面質(zhì)量要求較高的零件，在工藝控制中可以采用超精加工、衍磨等光整加工方法作為最終加工工序。

對(duì)于承受高應(yīng)力、變載荷的零件，可以采用噴丸、滾壓、輾光等強(qiáng)化工藝降低表面參與應(yīng)力和冷作硬化并降低粗糙度。

綜上所述，在加工過程中影響表面質(zhì)量的因數(shù)是非常復(fù)雜的。為獲得要求的表面質(zhì)量，就必須對(duì)加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲刂瀑|(zhì)量表面常會(huì)增加加工成本，影響加工效率，所以對(duì)于一般的零件宜用正常的加工工藝保證表面質(zhì)量，不必提出過高的要求。對(duì)于一些直接影響產(chǎn)品性能、壽命和安全的重要性的表面就要加以控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明耀主編《機(jī)械制造技術(shù)》（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社2015.9

[2]王先逵主編《機(jī)械制造工藝學(xué)》（第3版）/機(jī)械工業(yè)出版社2013.6

[3]陳彥華《機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素》[J]中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品2009（24）

[4] 余志娟《機(jī)械加工表面質(zhì)量及影響因素探析》[J]裝備制造技術(shù)2009（06）

個(gè)人簡(jiǎn)介：

李淑敏（1971.3-）女，漢族，河北承德人，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化研究