吳舒

（福建省福州市馬尾區(qū)商務(wù)局，福建 福州 350015）

機(jī)械加工表面質(zhì)量影響因素分析及相應(yīng)改善對(duì)策研究

吳舒

（福建省福州市馬尾區(qū)商務(wù)局，福建 福州 350015）

零件在機(jī)械裝配中扮演著重要的角色，因此零件的質(zhì)量將直接關(guān)系到相關(guān)機(jī)械生產(chǎn)線的正常有效運(yùn)行。而所需的機(jī)械零件的合格與否以及使用性能的好壞都很大程度上依賴于零件機(jī)械加工表面的質(zhì)量。本文將深入分析總結(jié)影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，分析目前機(jī)械加工中存在的問(wèn)題，探討提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的有效方法，并提出建設(shè)性的改善對(duì)策。

機(jī)械加工；表面質(zhì)量；影響因素；表面粗糙度

隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，機(jī)械行業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)的革新，生產(chǎn)制造中應(yīng)用的設(shè)備以及儀器在不斷升級(jí)，因此對(duì)機(jī)械零件的表面加工質(zhì)量提出了更高的要求。零件在機(jī)械裝配中扮演著重要的角色，因此零件的質(zhì)量將直接關(guān)系到相關(guān)機(jī)械生產(chǎn)線的正常有效運(yùn)行，所需的機(jī)械零件合格與否以及使用性能的好壞都很大程度上依賴于零件機(jī)械加工表面的質(zhì)量，高質(zhì)量的表面質(zhì)量能夠保證機(jī)械零件的使用性能，保證較高的耐磨性和抗疲勞性，具有良好的可靠性和較長(zhǎng)的壽命，從而不斷提高機(jī)器設(shè)備的使用壽命。

1 機(jī)械加工表面質(zhì)量概念及要求

在對(duì)金屬坯料等進(jìn)行機(jī)械加工后就會(huì)自然存在一個(gè)表面層，即機(jī)械加工表面。對(duì)機(jī)械加工表面的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)可以從兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)判：一是加工后的機(jī)械表面與所要求表面標(biāo)準(zhǔn)之間所存在的幾何形狀誤差，一般用粗糙度的概念進(jìn)行衡量；二是金屬被機(jī)械加工后表面的組織性能和力學(xué)物理性能是否符合預(yù)先制定的標(biāo)準(zhǔn)。表面粗糙度的概念是對(duì)金屬表面在切削和切割工具的振動(dòng)摩擦等產(chǎn)生微小的波峰波谷進(jìn)行定量的描述。組織性能是指在被加工過(guò)的金屬表面會(huì)發(fā)生微觀組織變化，是因?yàn)樵跈C(jī)械切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，這個(gè)溫度達(dá)到金屬熱處理的溫度，即發(fā)生金屬表面退火，進(jìn)行組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。力學(xué)物理性能指的是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工表面的機(jī)械力學(xué)性能，切削變形和切削熱的存在會(huì)使表面存在殘余應(yīng)力，如不進(jìn)行熱處理或時(shí)效改變，就會(huì)容易在被加工表面產(chǎn)生微裂紋，在今后的使用過(guò)程中因疲勞損傷而導(dǎo)致壽命降低，造成損失［1］。

在進(jìn)行金屬表面的機(jī)械加工的過(guò)程中要求進(jìn)行零件加工時(shí)保證零件的參數(shù)與圖紙要求一致；要求嚴(yán)格按照所需加工零件的公差要求進(jìn)行加工，盡量保證所加工零件的表面精度要求遵循零件的熱處理技術(shù)要求，保證零件的表面硬度和機(jī)械性能達(dá)標(biāo)。

2 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

根據(jù)對(duì)金屬零件機(jī)械加工表面的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，可以從以下幾個(gè)方面對(duì)影響表面質(zhì)量的因素進(jìn)行歸納。

2.1 影響表面粗糙度的因素

（1）材料的性能影響粗糙度。材料性能的好壞直接影響到機(jī)械加工的效果。比如使用經(jīng)過(guò)熱處理工藝的材料具有較好的耐磨性，在零件的機(jī)械加工過(guò)程中，不會(huì)輕易達(dá)到磨損極限發(fā)生急劇磨損的現(xiàn)象；使用脆性較高的材料，在后續(xù)的加工中切削廢屑會(huì)崩碎成碎粒狀，在崩碎的過(guò)程中就會(huì)在加工的表面積留很多的凹點(diǎn)，使加工表面變得粗糙；使用韌性較高的材料時(shí)，由于材料在被加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生加大的塑性變形，使加工表面微小的波峰波谷間的距離變大，即粗糙度越大，被加工表面不容易達(dá)不到精度的要求［2］。

（2）切削加工影響粗糙度。切削加工的加工速度、進(jìn)給量、刀具的半徑以及主偏角和副偏角都會(huì)影響加工之后表面的質(zhì)量。比如在進(jìn)行塑性較好的材料時(shí)，可以適當(dāng)提高加工速度，減少進(jìn)給量，就可以提高機(jī)械加工表面的光整程度，得到較好的表面質(zhì)量，相反則不是。

（3）磨削加工影響粗糙度。首先從簡(jiǎn)單的幾何上進(jìn)行分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在磨削加工中，砂輪上磨粒的大小和形狀就會(huì)與機(jī)械加工后加工表面的波峰波谷的大小是有關(guān)系的。在磨削中在材料表面會(huì)產(chǎn)生很多的磨削溝槽，如果這些劃痕分布不均勻且不等高，就會(huì)使粗糙度的值很大［3］。

2.2 影響機(jī)械加工表面性能的因素

（1）加工表面產(chǎn)生冷作硬化。在對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工的工序過(guò)程中，產(chǎn)生塑性變形是由于晶格的扭曲變形。冷作硬化是指在晶粒之間產(chǎn)生剪切滑移就會(huì)使晶粒產(chǎn)生被拉長(zhǎng)或纖維化甚至?xí)扑榈默F(xiàn)象，從而使加工表面的強(qiáng)度和硬度得到提高。在后續(xù)的加工中，由于冷作硬化的存在就會(huì)使加工表面變形阻力逐漸增大，但塑性會(huì)變小，加工表面又會(huì)在表面溫度高低的變化下逐漸表現(xiàn)為表面狀態(tài)的穩(wěn)定，即出現(xiàn)不同程度的弱化［4］。機(jī)械加工表面的性質(zhì)就是在這樣強(qiáng)化弱化中產(chǎn)生的綜合結(jié)果狀態(tài)，冷作硬化的評(píng)判依據(jù)可以是加工表面顯微硬度的大小或硬化層的厚度等。加工表面的冷作硬化受很多因素的影響，比如在加工時(shí)擠壓力越大塑性變形越大產(chǎn)生的冷作硬化程度越強(qiáng)；當(dāng)切削的速度越慢也就是刀具和表面材料的接觸時(shí)間會(huì)長(zhǎng)，這時(shí)候產(chǎn)生的冷作硬化層也就越深等。

（2）金相組織性能發(fā)生變化。在切削或磨削中都會(huì)產(chǎn)生大量的熱，當(dāng)這種切削熱和磨削熱的溫度超過(guò)加工材料的相變溫度之后就會(huì)在加工表面發(fā)生金相組織的改變。尤其是在磨削過(guò)程中，金相組織發(fā)生轉(zhuǎn)不變的同時(shí)加工表面的強(qiáng)度硬度也會(huì)隨之降低，當(dāng)達(dá)到極限條件時(shí)就會(huì)產(chǎn)生微裂紋，稱之為磨削燒傷。因此在機(jī)械加工的時(shí)候應(yīng)有效控制切削熱和磨削熱的產(chǎn)生，做好加工表面的冷卻措施，并且使用恰當(dāng)?shù)那邢髁浚M(jìn)給速度等使大量的熱被散出，很少數(shù)的熱傳入到工件中。

（3）表面殘余應(yīng)力。在機(jī)械加工過(guò)程中在加工區(qū)域中產(chǎn)生大量的熱等因素都會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，尤其是當(dāng)切削熱或磨削熱過(guò)高使得部分表層發(fā)生金相組織的改變，又由于不同金相組織的密度比容等不同，就會(huì)使已發(fā)生改變的金屬組織受到未發(fā)生改變的金相組織的阻礙，就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

3 改善機(jī)械加工表面質(zhì)量的對(duì)策

3.1 恰當(dāng)處理工程材料

在機(jī)械加工過(guò)程中，影響加工表面性質(zhì)的主要就是材料的塑性和微觀組織。在對(duì)塑性較強(qiáng)的低碳合金或低合金材料進(jìn)行加工時(shí)，提前一定要對(duì)材料進(jìn)行一下熱處理，使材料能夠在較合適的金相狀態(tài)下進(jìn)行加工，以保證加工后表面的光整度。

3.2 選擇恰當(dāng)?shù)那邢鳁l件

當(dāng)切削的速度較高時(shí)，就會(huì)很好地避免積削瘤的產(chǎn)生，再加上好的切削液和恰當(dāng)?shù)剡x擇加工時(shí)的實(shí)際進(jìn)給量，就可以增大加工表面的剛度，提高機(jī)床工作時(shí)的穩(wěn)定性，這樣可以提高加工表面的質(zhì)量。

3.3 選擇恰當(dāng)?shù)募庸し椒?/p>

選擇加工方法時(shí)，要注意以下幾個(gè)方面，首先選擇的重要依據(jù)就是使用該加工方法加工出來(lái)的零件精度較高；再者由于加工零件時(shí)的速度問(wèn)題，加工時(shí)徑向的進(jìn)給量要小，砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度要大［5］。還有零件表面修整時(shí)，使用砂輪的磨粒性要高，以便獲得更好的磨削效果。使用合適的磨削液來(lái)得到粗糙度較低的零件表面。

3.4 有效控制殘余應(yīng)力

有效控制殘余應(yīng)力將有效改善機(jī)械加工表面的質(zhì)量。在加工中選擇刀具時(shí)，采用前角和后角較大的刀具，并且在進(jìn)行刃磨的時(shí)候要注意盡可能縮小切削刃口的半徑；在一定寬度范圍內(nèi)允許磨損；確定切削用量的時(shí)候，采用較高的轉(zhuǎn)速和較小的進(jìn)給量；表面加工時(shí)，使用恰當(dāng)?shù)那邢饕簭?qiáng)化表層的變形；如果零件的表面還存在殘余應(yīng)力，就會(huì)嚴(yán)重降低應(yīng)力相對(duì)集中的零件；因此要盡可能消除殘余應(yīng)力 。

4 總結(jié)

在工程材料的機(jī)械加工過(guò)程中雖然加工表面的質(zhì)量好壞只與表面薄薄的一層材料有關(guān)，表現(xiàn)為表面的粗糙程度和機(jī)械性能和微觀組織性能的變化，但在機(jī)械裝備以及機(jī)械設(shè)備的長(zhǎng)期使用中發(fā)現(xiàn)，機(jī)械加工過(guò)表面的質(zhì)量好壞是影響機(jī)械零件壽命長(zhǎng)短的一個(gè)重要因素。本文上述對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素進(jìn)行深入的分析就是為了掌握不同工藝對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律，并對(duì)這些影響因素進(jìn)行有效地控制，改善加工表面的質(zhì)量，不斷提高機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能，促進(jìn)機(jī)械加工的改進(jìn)，充分發(fā)揮機(jī)械加工在機(jī)械行業(yè)的優(yōu)勢(shì)。

［1]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，（6）：155～157.

［2]崔會(huì)彬. 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及采取的措施［J］. 中國(guó)機(jī)械，2015，（8）：23～24.

［3]劉佳城，高廣明，張?zhí)煊?，? 淺談?dòng)绊憴C(jī)械加工表面質(zhì)量的因素［J］. 企業(yè)文化（下旬刊），2014，（11）：207～207.

［4]雷鳴雨. 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素與應(yīng)對(duì)措施［J］. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，（5）：46～46.

［5]趙超. 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及改進(jìn)措施［J］. 城市建設(shè)理論研究（電子版），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

吳舒（1957-），男，大學(xué)本科，機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝及材料。

2015-11-08