于世孟 魏玉峰

摘 要：本文對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量進(jìn)行了分析，指出了機(jī)械加工質(zhì)量的影響因素以及改進(jìn)措施，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)加工有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工表面質(zhì)量；加工精度；改進(jìn)措施；

文章編號(hào)：1674-3520（2015）-08-00-01

機(jī)械加工表面質(zhì)量與加工精度統(tǒng)稱為零件的機(jī)械加工質(zhì)量。機(jī)械加工表面質(zhì)量是指機(jī)械加工后，零件已加工表面上幾微米至幾百微米表面層所產(chǎn)生的物理機(jī)械性能的變化（如冷作硬化、殘余應(yīng)力、磨削燒傷等），以及表面微觀幾何形狀誤差（表面粗糙度、波度、紋理等）。機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、和表面間的相互位置）與理想幾何參數(shù)（設(shè)計(jì)值）的符合程度。產(chǎn)品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決于主要零件的表面質(zhì)量。機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開(kāi)始的。一般而言，重要或關(guān)鍵零件的表面質(zhì)量要求都比普通零件要高。這是因?yàn)楸砻尜|(zhì)量好的零件會(huì)在很大程度上提高其耐磨性、耐蝕性和抗疲勞破損能力。研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的就是為了掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。同樣，我們通過(guò)誤差分析，掌握其變化的規(guī)律，從而采取相應(yīng)的措施減少加工誤差，提高加工精度。

一、影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及改進(jìn)措施

（一）在較低的切削速度下加工塑性材料時(shí)（如低碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁合金等）時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，常容易出現(xiàn)積屑瘤與鱗刺，使加工表面粗糙度嚴(yán)重惡化。切削過(guò)程中出現(xiàn)的積屑瘤是不穩(wěn)定的，他不斷地形成、長(zhǎng)大，脫落，因而使加工表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕，增大了表面粗糙度，同時(shí)由于積屑瘤屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬質(zhì)點(diǎn)。鱗刺是已加工表面上的鱗片狀毛刺。從物理因素看要降低表面粗糙度，避免產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，主要應(yīng)采取措施減少加工時(shí)的塑性變形。相應(yīng)的措施有：采用較高的切削速度常能防止積屑瘤、鱗刺的產(chǎn)生；對(duì)于韌性較大的塑性材料，常在切削加工前進(jìn)行調(diào)制處理，以得到均勻細(xì)密的晶粒組織和適當(dāng)?shù)挠捕?；合理選擇刀具角度、材料、提高刃磨質(zhì)量；合理選擇冷卻潤(rùn)滑液，提高冷卻潤(rùn)滑效果。

（二）表面層冷作硬化。冷作硬化及其評(píng)定參數(shù)。機(jī)械加工過(guò)程中因切削力作用產(chǎn)生的塑性變形，使品格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，品粒被拉長(zhǎng)和纖維化，甚至破碎，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或稱為強(qiáng)化）。表面層金屬?gòu)?qiáng)化的結(jié)果，會(huì)增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、溫度持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短和強(qiáng)化程度的大小。由于金屬在機(jī)械加工過(guò)程中同時(shí)受到力和熱的作用，因此，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)，即表層金屬的顯微硬度HV、硬化層深度h和硬化程度N。為了降低表面層的冷作硬化程度，可采取措施：合理選擇刀具的幾何參數(shù)，采用較大的前角和后角，在刃磨是減小其切削刃口圓角半徑；使用刀具時(shí)，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損程度；合理選擇切削用量，采用較高的切削速度和較小的進(jìn)給量；加工時(shí)采用有效的切削液。

（三）表面層材料金相組織變化。當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬?gòu)?qiáng)度和硬度降低，并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。改善磨削燒傷的途徑，磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個(gè)途徑：一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳人工件。正確選擇砂輪，合理選擇切削用量改善冷卻條件。

（四）表面層殘余應(yīng)力。表面殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因。一是切削時(shí)在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生，使表面金屬的比容加大，由于塑性變形只在表層金屬中產(chǎn)生，而表層金屬的比容增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而在里層金屬中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。二是切削加工中，切削區(qū)會(huì)有大量的切削熱產(chǎn)生。三是不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。

（五）系統(tǒng)抗振性。改善機(jī)床剛性、合理安排各部件的固有頻率、增大阻尼以及提高加工和裝配的質(zhì)量等來(lái)提高其抗振性；消除回轉(zhuǎn)零件的不平衡，提高機(jī)床傳動(dòng)件的制造精度；采用防振基地，隔絕外界干擾振源的振動(dòng)影響，精密機(jī)械、儀器采用空氣墊等隔振措施。

二、影響機(jī)械加工精度的因素及改進(jìn)措施

（一）機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)幾何因素和運(yùn)動(dòng)因素的誤差。例如：機(jī)床導(dǎo)軌的平直度，主軸回轉(zhuǎn)中心線對(duì)工作臺(tái)面的平行度和垂直度，主軸的回轉(zhuǎn)誤差，夾具定位誤差、夾緊變形，刀具的精度和尺寸磨損等。

（二）工藝系統(tǒng)受理變形引起的加工誤差。例如不平衡傳動(dòng)力、慣性力、重力、夾緊力、內(nèi)應(yīng)力等。

（三）誤差復(fù)映現(xiàn)象。例如：車削時(shí)工件毛坯若本身不圓，經(jīng)一次走刀切削時(shí)由于加工余量不均勻引起的切削力變化，造成變形量的變化，切削后工件仍將在一定程度上存在與毛坯形狀相似的不圓度誤差，但數(shù)值大為減小，這種現(xiàn)象稱之為誤差復(fù)映現(xiàn)象。減小復(fù)映現(xiàn)象的措施有：提高工藝系統(tǒng)剛度；增加走刀次數(shù)，總的誤差復(fù)映系數(shù)將減小。

（四）機(jī)床、刀具、工件的受熱變形。減小熱變形對(duì)加工精度影響的措施主要有：減小熱源影響；用熱補(bǔ)償法減小熱變形；設(shè)計(jì)熱平衡的機(jī)床結(jié)構(gòu)來(lái)減小熱變形；控制環(huán)境溫度。

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