馮麗

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 德州 253014

1 機(jī)械加工表面質(zhì)量的重要性

機(jī)械的質(zhì)量直接決定了機(jī)械加工技術(shù)的高低，而據(jù)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)分析，機(jī)械的失效往往是從表面的零部件開(kāi)始的，也就是說(shuō)表面零件的質(zhì)量是影響機(jī)械使用性能的重要因素之一。具體來(lái)講，機(jī)械表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的影響主要有：

1.1 影響機(jī)械產(chǎn)品耐磨性

機(jī)械零件的磨損可分為初期磨損、使用中的正常磨損和意外劇烈磨損三種情況。表面的粗糙程度在很大程度上影響著零件表面的磨損，通常表面粗糙度小的其磨損性能也較好，但若是表面粗糙度太小導(dǎo)致潤(rùn)滑油不易儲(chǔ)存，機(jī)械在加工過(guò)程中接觸面上易發(fā)生分子黏結(jié)，其磨損反而會(huì)增加。因此根據(jù)零件的工作情況找出接觸面最佳的粗糙度值，在機(jī)械使用中有著重要的意義[1]。

1.2 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

金屬機(jī)械受到交變荷載作用之后會(huì)產(chǎn)生一定的疲勞，通常發(fā)生在零件的表面和表面冷硬層下面。因此，零件表面的質(zhì)量會(huì)影響疲勞強(qiáng)度，表面粗糙程度大時(shí)抗疲勞破壞的能力也越差[2]。

1.3 對(duì)耐蝕性的影響

零件在腐蝕性介質(zhì)條件下工作時(shí)容易在粗糙的表面吸附有腐蝕性介質(zhì)，然后通過(guò)零件表面的細(xì)微裂縫滲入到內(nèi)部。其表面粗糙度越高，吸附腐蝕性介質(zhì)效果越明顯。另外，零件表面如有殘余的壓應(yīng)力，會(huì)使表面緊密從而抵抗耐腐蝕性介質(zhì)的侵入，從而增強(qiáng)零件的耐腐蝕性；若是殘余拉應(yīng)力，則會(huì)降低其耐腐蝕性。因此，零件表面的粗糙質(zhì)量以及表面是否有殘余的應(yīng)力，都會(huì)影響到零件耐腐蝕性能。

2 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素

2.1 工件材料的性質(zhì)影響

機(jī)械刀具在加工塑性材料時(shí)容易發(fā)生塑性變形，加上刀具使用過(guò)程中會(huì)對(duì)零件有撕裂作用，因此會(huì)增加零件表面的粗糙程度。一般的工件塑性變形會(huì)隨著韌性的增加而加大，零件表面的粗糙度也增加。如果工件是脆性材料，切削之后的切屑成碎粒狀，零件表面便會(huì)出現(xiàn)許多增加其粗糙度的麻點(diǎn)[3]。

2.2 刀具幾何形狀

機(jī)械加工中的刀具作用于工件表面在進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)在加工面上留下切削層殘留面積，其面積形狀是刀具集合形狀的體現(xiàn)，從而增加了表面的粗糙程度。導(dǎo)致出現(xiàn)殘留面積的原因主要有刀具切削時(shí)的進(jìn)給量、主副偏角的度數(shù)以及刀尖的圓弧半徑等。

2.3 磨削加工影響表面粗糙度

磨削加工時(shí)表面金屬的塑性變形和幾何因素決定了粗糙度的形成，具體的影響因素有：砂輪的硬度、砂輪的粒度、砂輪的修整磨削速度、磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)工件圓周進(jìn)給速度等。

2.4 加工表面層物理機(jī)械性能的影響

切削加工時(shí)工件受到切削熱量和切削力的作用，金屬表層的物理機(jī)械性發(fā)生變化，主要的變化在于表層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化以及參與應(yīng)力的產(chǎn)生等。而由于磨削加工時(shí)的塑性變形以及切削熱比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)重，因此加工后表層的上述幾項(xiàng)物理和機(jī)械性能都發(fā)生了很大的變化。熱縮性變形主要因?yàn)闄C(jī)械加工時(shí)表面在熱量影響下溫度高于基體溫度，導(dǎo)致表面層熱膨脹會(huì)受到基體低溫影響形成熱壓縮應(yīng)力。在完成切削之后，溫度逐漸降低至基體溫度，此時(shí)表面出現(xiàn)縮短變化，會(huì)受到來(lái)自于基體阻礙形成參與拉應(yīng)力。

2.5 加工方法的影響

在精密加工、超精密加工以及光整加工時(shí)，徑向進(jìn)給量的大小，砂輪速度與軸向進(jìn)給速度的高低，工件速度與砂輪粒度的大小都會(huì)影響到表面質(zhì)量。精細(xì)修整砂輪工作表面，使砂輪上磨粒鋒利，也會(huì)達(dá)到較好的磨削效果。選用恰當(dāng)?shù)哪ハ饕阂彩墙档捅砻娲植诙鹊姆椒ㄖ籟4]。

2.6 表面層冷作硬化

機(jī)械加工過(guò)程中的切削作用力容易產(chǎn)生塑性變形，從而引發(fā)品格的扭曲和畸變。晶粒間因此出現(xiàn)剪切滑移，品粒被拉長(zhǎng)和纖維化，乃至發(fā)生破碎，這些因素都會(huì)使得金屬表層的硬度和強(qiáng)度有所增加，稱(chēng)之為冷作硬化或強(qiáng)化現(xiàn)象。產(chǎn)生冷作硬化的因素主要有：①刀具后刀面與被加工表面摩擦加劇，增加了后刀面的磨損度，導(dǎo)致塑性變形增大，冷硬增強(qiáng)；②切削刃鈍圓半徑增大，加大了對(duì)金屬表層的擠壓，從而導(dǎo)致塑性變形加劇，冷硬增強(qiáng)；③進(jìn)給量的增加導(dǎo)致切削力度增加，金屬表層塑性變形加劇，冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。

3 提高加工表面質(zhì)量的措施

在上述的分析中我們可以看出，機(jī)械表層的粗糙度主要和切削條件（切削的進(jìn)給量、切削速度、切削液）、刀具（刀具的幾何參數(shù)、刀具材料、刀具的磨損情況）、工藝系統(tǒng)的剛度以及工件的材料等幾個(gè)方面有關(guān)系。具體改善機(jī)械加工表面質(zhì)量的措施，則可以從以下幾個(gè)方面來(lái)著手。

3.1 控制合理的工藝規(guī)程

編制合理的工藝流程是提高零件加工質(zhì)量，保護(hù)機(jī)械表層的基礎(chǔ)條件。合理的工藝規(guī)程要求工藝流程要簡(jiǎn)短，定位要準(zhǔn)確。在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)盡量讓定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。

3.2 工件材料方面

工件的材料性質(zhì)對(duì)于表層粗糙程度影響最大的是材料的塑性和材料的金相組織。對(duì)塑性大的低碳鋼、低合金鋼材料而言，加工前先用正火處理來(lái)降低塑性性，切削加工后便可以獲得較小的粗糙度。同時(shí)，工件材料應(yīng)有合適的金相組織，包括均勻的晶粒度大小、分布及狀態(tài)等。

3.3 刀具方面

為減小刀具在表面的殘留面積，刀具應(yīng)使用刀尖圓弧半徑、副偏角度較小或合適的修光刃、寬刃精刨刀、精車(chē)刀等。刀具的材料應(yīng)與工件材料相匹配，杜絕使用磨損嚴(yán)重的刀具，從而控制對(duì)機(jī)械表面粗糙度的影響。

3.4 切削條件影響

較高的切削速度和號(hào)的切削塑性材料可以防止表面積屑瘤的出現(xiàn)。同時(shí)，切削時(shí)減小進(jìn)給量，增加工藝系統(tǒng)的剛度，提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性并使用高效的切削液，都可以提高機(jī)械加工的表面質(zhì)量。

3.5 選用先進(jìn)的加工技術(shù)

機(jī)械零件加工要緊跟新技術(shù)的發(fā)展，提高工藝的效率?？蓪⒊艿募庸すに嚺c現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，這是今后機(jī)械加工的重點(diǎn)發(fā)展方向，它可以保證操作的精準(zhǔn)性。在滿足加工需求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)盡量減少?gòu)较蜻M(jìn)給量和軸向進(jìn)給速度，從而保證加工過(guò)程的穩(wěn)定性，減少磨削振動(dòng)。

3.6 降低表面殘余應(yīng)力

表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力發(fā)生的原因有很多，通?？梢杂脺p少塑性變形和降低切削溫度兩種手段來(lái)降低表面的殘余應(yīng)力。如在零件制造過(guò)程中用脹孔、滾壓、噴丸加固等特殊工藝，可以增強(qiáng)機(jī)械表層的穩(wěn)定性，或者通過(guò)調(diào)整切削角度來(lái)改變接觸面的受力，從而減少材料塑性變形并降低切削溫度。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)械加工業(yè)與科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于機(jī)械加工的質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，這也給加工行業(yè)帶來(lái)了不小的壓力與挑戰(zhàn)。機(jī)械加工的表面質(zhì)量對(duì)于零件的耐磨性、抗腐蝕性及精度都有著重要的影響，而影響表面質(zhì)量的因素又是多種多樣的。因此在實(shí)際操作過(guò)程中，需要合理分析出影響表面質(zhì)量的關(guān)鍵性問(wèn)題所在，然后對(duì)癥下藥，制定出相應(yīng)的防范性措施，從而提高機(jī)械加工的表面質(zhì)量。

[1]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):15-17

[2]李凱云.機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響[J].汽車(chē)運(yùn)用,2008,(01):23-25

[3]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):29-31

[4]郭新軍.改善機(jī)械加工質(zhì)量增強(qiáng)產(chǎn)品使用性能[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2011,(02):39-41