影響機械加工表面質量的因素和完善措施論文

引言

在機械加工質量中，零件表面質量是一項重要的評判因素，機械加工之後零件表面層的微觀幾何結構以及表層金屬材料性質的變化即爲機械加工表面質量的表現，機械加工之後的零件由於各方面的影響並不能呈現完全光滑的表面，不可避免的在不同程度上會存在冷硬、裂紋、粗糙波紋等缺陷問題，這種缺陷的表現極爲精細，通常表現爲0.05~0.15mm,雖然表現不夠明顯但是這些表面的質量情況直接影響着機器零件的正常使用和性能表現，在零件和機器的使用過程當中，絕大部分的磨損、疲勞等形式的損害都是從零件表面問題產生的，在工業日益發展的今天，機器也在不斷的向着高速化、精密化以及多功能化的方向發展，機器在這種情況下的使用對於零件的要求更爲精密，表面的質量問題容易造成機器運行的問題或者零件的失效，所以在工作中必須對機械加工表面質量進行充分的控制。

1 機械錶面加工質量的內容

在機械加工表面質量控制當中首先我們要了解的就是機械錶面加工質量的主要內容。

1.1 表面層的物理力學性能

表面層的物理力學性能主要是指在加工過程中，由於加工條件對金屬表面的作用所產生的冷作硬化等問題，這種表面層的金相組織變化即爲表面層的物理力學性能表現。

1.2 表面層幾何形狀的表現

表面層的幾何形狀也是有多種類的表現形式：

1.2.1 表面粗糙度

表面粗糙度主要是指在加工中形成的表面上較小間距以及峯谷組成的微觀幾何表現，這是一種誤差的表現，這種誤差的評定主要是根據輪廓算數平均偏差值或者輪廓微觀不平度的十點平均高度，通過這兩個值即可對錶面粗糙度有一個準確的評定。

1.2.2 表面波度

這種表面幾何形狀的表現是介於微觀表面粗糙和宏觀形狀誤差之間的一種形狀誤差，這屬於週期性誤差的一種，主要原因是由於機械加工過程中的低頻振動，屬於工藝缺陷。

1.2.3 表面加工紋理

這種表面幾何形狀表現爲表面經過切削等工藝之後造成的刀紋的形狀紋理，這種誤差的表現主要由表面形成方式以及所採用的加工方法、切削方式所決定的。

1.2.4 傷痕

這種表面的性質表現在個別位置上出現的缺陷，例如裂痕、氣孔、劃痕、砂眼等，這種誤差缺陷沒有固定的形式，往往是隨機產生。

2 機械錶面加工質量造成的影響

2.1 對耐磨性的影響

零件的磨損在生產過程中是一項非常重要的因素，在零件磨損過程中往往分爲三個階段，初期磨損、階段正常磨損以及劇烈磨損，其中磨損的重要原因之一就是表面粗糙程度，表面粗糙程度越小對於零件來說磨損度越小，磨損性能就越好，但是表面過於光滑仍會造成一定的問題，表面光滑直接影響到潤滑油的附着，從而造成接觸面之間的分子粘結加重，磨損程度反而更大，也就是說減小磨損不是一味地降低表面粗糙度，而是科學的選擇一個最佳值，該最佳值需要根據具體的工程情況進行計算得出，從而減少磨損，提高利用率。

2.2 對疲勞強度的影響

金屬由於在交變荷載的不停作用下往往會造成零件表面或者表面直線產生硬化層，從而出現疲勞破壞，疲勞強度直接關係到零件的表面質量問題，通常來說表面粗糙度與抗疲勞能力成反比。

2.3 對耐蝕性的影響

由於表面的`粗糙往往會增加接觸面積，所以表面的粗糙度對於耐蝕性也有重要的影響，通常表現爲表面粗糙度值愈大，抗蝕性就愈差。

2.4 對配合質量的影響

在間隙配合中，粗糙度也會有所影響，粗糙值越大固然磨損就會越大，間隙增大就會造成配合出現問題，配合性質不能保障，並且在配合中由於過盈配合的出現就會造成配合件之間的連接強度降低，影響配合質量。

3 影響機械加工表面質量的因素和完善措施

3.1 切削加工

在機械的切削加工中，刀具的應用會對工件的運動留下切削層殘留，這種殘留就會造成機械加工表面質量的問題，刀具的切削殘留需要從多方面進行處理，減小進給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。

除此之外，在切削過程中增大刀具的前角，合理選擇潤滑方式，提高刀具刃磨質量等都能夠有效的減小表面粗糙情況，提高機械加工表面質量。

3.2 工件材料的性質

在塑性材料的加工時，刀具對金屬會產生一個擠壓的作用從而造成金屬的塑性變形，並且刀具造成的撕裂作用也會造成表面的粗糙加大，工件的韌性越好金屬的塑性變形就愈大，這種塑性變形就會造成表面粗糙程度的不斷加大，在脆性材料的加工過程中由於切屑的影響容易造成表面麻點的出現，對於表面粗糙難以保證。這種情況下就需要根據不同的材料性質進行切削方式的選擇，從而減輕表面的粗糙程度。

3.3 磨削加工

與切削加工產生的表面粗糙一樣，磨削加工也是一個重要的影響因素，磨削加工的表面粗糙表現也是由於幾何因素和表面金屬本身的塑性變形產生的，包括了砂輪的硬度、砂輪的粒度、砂輪的修正磨削速度等。

加工表面層的物理機械性能在切削和磨削加工中容易產生熱作用，在熱作用的效果下金屬表面的顯微硬度產生變化、殘餘應力和金相組織出現變化，在磨削加工中產生的熱和塑性變形比切削更嚴重，所以在磨削過程中要合理使用切削液降低區域溫度，避免燒傷的問題，並且還能夠衝去切屑和脫落的顆粒等，降低表面粗糙程度，提高工件質量。

3.4 表面層冷作硬化

在機械加工中由於切削力的作用容易產生工件表面的塑性變形，品粒被拉長纖維化、扭曲、破碎等，這些通常造成金屬表面的硬度和強度提高，冷作硬化的出現會造成金屬的物理性質發生變化，並且金屬變形的阻力會不斷增大，金屬本身的塑性反而會減小，對於金屬來說有很大的性能影響，一旦條件符合就會產生不穩定狀態向穩定狀態的轉化，出現一種叫做弱化的現象。弱化與溫度高低以及持續時間都有關係，在機械加工過程中溫度持續變化並且受力也在變化，所以容易造成弱化的現象。

在機械加工中對於冷硬化的主要因素包括：切削刃鈍圓半徑增大，塑性變形加劇等。刀具後刀面磨損增大，後刀面與被加工表面的摩擦加劇，塑性變形增大，導致冷硬增強。切削速度增大，進給量增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬作用加強。工件材料的塑性愈大，冷硬現象就愈嚴重。

3.5 表面層材料金相組織變化

在工件加工過程中由於相互作用到一定程度之後就會造成表面層溫度的提高，表面層溫度就會對錶層金屬產生作用，當到達一定的溫度值以後就會造成表層金屬的金相組織類變化，這種金屬的自身變化就會影響到金屬本身的硬度以及強度，隨之還會在表面產生殘餘應力的問題，這就是磨削燒傷的一種表現放似乎，根據過程來說在磨削中可能產生的燒傷通常表現爲以下幾種，一是回火燒傷，是由於磨削區溫度高到淬火鋼的相變溫度，這就會造成工件表層金屬發生變化，第二是淬火燒傷。如果磨削區溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬發生二次淬火，這種情況下造成的燒傷即爲回火燒傷。三是退火燒傷，當磨削區的溫度大幅度提高到相變溫度值的時候，沒有及時的添加或者補充冷卻液的情況下就會造成表層金屬出現退火組織爲退火燒傷。

對於磨削燒傷的改善最主要的就是要找到磨削燒傷的根源，磨削燒傷是由於磨削熱造成的，這就需要從磨削熱的產生進行完善，一是從工藝上儘量減少磨削熱的產生，二是在冷卻上要提高冷卻效果，合理選擇工具和冷卻條件以及切削用量，從而對切削熱進行有效的控制，儘量減小由於切削磨削造成的表面質量問題。

3.6 表面層殘餘應力

在切削過程中金屬內層塑性變形的產生會造成金屬表面的比容增大，這種塑性變化容易出現在金屬的表層，從而造成表層金屬產生殘餘應力的現象，另外在切削加工中由於切削熱的產生也會造成表面殘餘應力的問題，最後由於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，因而就有殘餘應力產生。

在工件零件的加工過程中最終工序的選擇不能忽視，最終工序如果造成殘餘應力的問題將直接影響到功能的使用，所以在最終工序加工方法要根據零件的工作表麪條件以及破壞可能產生的形式進行科學的選擇，從而儘可能的避免造成殘餘應力的產生，提高工件質量，保證工件在應用過程中的科學有效。

4 結語

綜上所述，在機械加工中，表面質量是一項非常關鍵的因素，在這種情況下我們需要對錶面質量的影響因素進行充分的分析，提高對錶面質量的重視程度，加大在加工過程中的工藝控制和管理方法，真正實現工件表面質量的有效保障，提高工件的質量，爲工業化的發展奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]錢永旺。機械加工表面質量因素分析[J].科技資訊，2008（24）：50.

[2] 張東萊 . 機械加工表面質量因素分析 [J]. 中國科技博覽 ,2010（11）：04.

[3]賀本濤。機械加工表面質量及影響因素[J].高科技與產業化，2008（08）：101.

[4] 董橋華 . 機械加工表面質量的影響因素及控制方法 [J]. 中國建材科技 ,2014（02）：142-144.