机械加工表面质量管理中的不足及其优化措施

杜岩

摘 要：机械加工表面质量关系着零件的性能及寿命，该文介绍了机械加工表面质量的重要性，从主要影响因素入手对各因素的作用规律做了分析，针对提高机械加工表面质量管理提出了几项优化措施，为健全机械加工系统、改善机械加工表面质量提供了参考依据。

关键词：机械加工 表面质量管理 不足 优化措施

中图分类号：TH17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0086-02

科技的进步使现代机械制造日趋精密化，并大幅提高了对机械零件表面加工的要求。零件机械加工质量是指零件的加工精度以及表面质量，零件的加工精度包括尺寸上、形状上、位置上的精度，零件的表面质量包括几何形状上的精度如表面粗糙度、表面波度、纹理方向、表面伤痕以及物理、化学、力学上的表面缺陷：包括表面层加工硬化、表面层残余应力、表面层金相组织的变化[1]。机械加工表面质量与零件的可靠性、疲劳强度、使用寿命、配合质量等重要指标密切相关。

1 机械加工表面质量对零件使用性能的影响

机械加工出来的零件表面通常都不是理想表面，而是存在一定程度上的粗糙度、裂纹等缺陷，机械加工零件尤其是精密零件，极细微的差异也会对产品精度、配合精度、耐磨性、抗腐蚀程度以及疲劳强度等造成影响，最终影响到机械的整体使用性能和使用寿命，相关研究还表明表面质量的缺失会造成机械零件的失效，表现在破损性和疲劳强度上的破坏。我国机械加工的表面质量控制水平参差不齐，产品质量还有待提高，有很大的进步空间。

2 机械加工表面质量的影响因素

机械加工表面粗糙度的影响因素有：切削残留面积、切削表面塑性变形、磨削用量、砂轮影响；表面加工硬化是由于所用刀具与工件在被加工零件表面挤压和摩擦造成，其影响因素有：切削用量或磨削用量、刀具影响、工件材料、砂轮等；表面波度是由工艺系统的低频振动所引起；残余应力是加工过程中的切削力、切削热所导致，磨削加工中产生的切削热也会对表面金相组织造成影响[2]。

3 机械加工表面影响因素的作用规律

3.1 表面粗糙度对表面质量的影响

零件的表面质量决定着零件的有效接触面积以及润滑油的存储、表面处理效果过滑不利于润滑油的储存，零件间的分子的亲和力会加大，摩擦阻力增大，磨损加剧；表面粗糙度过大，有效接触面积会变小，压强增加，同样会降低零件的耐磨性；凹坑处易引起应力集中，在交变应力作用下，零件易产生疲劳裂纹，破坏零件的疲劳强度。因此，对重要的以及承受交应力的零件如连杆、曲杆在表面处理时应进行光整加工，降低粗糙度，提高零件的疲劳强度[3]；此外，凹谷处易聚集腐蚀性介质，致使化学腐蚀的产生，较低的表面粗糙度可以减少腐蚀性介质的接触面积，是提高机械加工零件耐腐蚀性的措施之一。

3.2 加工硬化对表面质量的影响

以型号为Q255A的钢举例，在经过冷拔加工后其硬度会增加15%～45%，而磨损量会降低20%～30%，由此可见，机械加工零件表面处理时，适当的加工硬化会一定程度上提高其耐磨性。其物理成因如下：加工硬化处理会同时增加零件表面层的强度和硬度，减少接触区的塑性及弹性变形，材料分子间的亲和力减少，从而减少磨损量；加工硬化过高会使零件内部硬度与表面硬度差距过大，易出现表层剥落的现象，最终加剧零件的磨损，从而降低耐磨性；同时会导致零件表面脆性的增加，降低零件塑性，产生裂纹，降低疲劳强度。适当的加工硬化能增加零件的疲劳强度，延缓疲劳裂纹的产生与扩张。

3.3 残余应力对表面质量的影响

加工后零件表面的残余应力（拉应力或压应力）会对零件表面组织的紧密度产生影响，零件在应力状态下工作，会产生应力腐蚀，所以残余拉应力过大，会使零件材质的结构变疏松，降低零件的耐磨性，同时加速疲劳裂纹的产生和裂纹的扩大，降低零件的疲劳强度以及耐腐蚀性；残余压应力会促使零件原材料结构变得更紧密，效果是增加表面质量的耐磨性，相对地也会延缓零件疲劳裂纹的产生和扩张，降低零件的疲劳强度，还能提高零件的耐腐蚀性；残余应力还会引起零件的变形，对配合性质产生影响，持续的零件变形会降低机器的工作精度。

3.4 表面金相组织变化对表面质量的影响

零件在进行机械加工时，表面金相组织的变化会改变零件材质的原有硬度，降低其耐磨性，产生的残余拉应力，会降低零件的疲劳强度。

4 机械加工表面质量管理的优化措施

4.1 合理选用刀具及工件材料

工件在加工过程中不可避免地会受到切削力、切削热影响，导致表面层的物理机械性能的改变，正确合理地选用工件材料和刀具，可以增加刀具性能。刀具材料的选择应充分考虑其硬度、塑性、导热性、热稳定性、摩擦系数以及刀具及工件材料的亲和力。常选择的刀具材料有高速钢、硬质合金、金刚石材质等；在进行机械加工前，应对工件进行调质处理，以提高材料的硬度，降低塑性、细化晶粒；新型的磨料可以有效地改善切削刃的钝化；增大磨削间距、改善散热条件或采用高压大流量法冷却或内冷却法来提高冷却效果。此外，选用合理的切削液或使用专用装置雾化磨削液，可以减少刀具的变形和摩擦，抑制鳞刺的产生，降低切削温度。工件材料应选用合适的砂轮硬度，砂轮的修整质量影响到零件磨削表面的粗糙度，软的砂轮可以提高自砺性、保持切削刃锋利；粗砂轮或粒度号小的砂轮有孔隙不易被堵塞的优点。

4.2 减少振动、强化加工工艺

机械加工过程中的自由振动、强迫振动、自激振动会影响加工表面粗糙度、加速刀具磨损、影响机床、夹具的寿命，从而影响机械加工表面质量。减少振动的措施有：消除或减弱产生振动的条件、通过增加主偏角、增大进给量来实现减小切削或磨削时的重叠系数，减少激振力，提高工艺系统的刚度、调整振源频率、采用固体或液体的阻尼来消耗振动能量、实现减振，采用减振装置与隔振措施：如采用动力减振器或摩擦式、冲击式减振器等。提高机械加工表面处理工艺的措施有：合理选择切削用量、磨削用量及刀具参数、控制磨削参数等工艺参数、采用超精磨削、镜面磨削，研磨、抛光等光整加工方法、采用合理的热处理工艺等。

5 结语

零件加工的加工精度以及加工表面质量是评价零件是否合格的质量指标，研究机械绿卡表面质量的影响因素，运用规律来对加工过程加以控制对改善零件表面质量管理水平，提高产品使用性能具有非常重要的意义。

参考文献

[1] 周民辉.机械加工表面质量管理中的不足及其优化措施[J].科技创新与应用，2013（20）：132.

[2] 刘振宇.对机械加工表面质量的探究[J].企业技术开发，2013（9）：90-91.

[3] 孙青霞.浅析机械加工表面质量的影响因素及改进措施[J].科技致富向导，2012（26）：205，145.