浅谈机械加工质量的影响因素及改进措施

于世孟 魏玉峰

摘 要：本文对机械加工质量进行了分析，指出了机械加工质量的影响因素以及改进措施，对实际生产加工有一定的指导作用。

关键词：机械加工表面质量；加工精度；改进措施；

文章编号：1674-3520（2015）-08-00-01

机械加工表面质量与加工精度统称为零件的机械加工质量。机械加工表面质量是指机械加工后，零件已加工表面上几微米至几百微米表面层所产生的物理机械性能的变化（如冷作硬化、残余应力、磨削烧伤等），以及表面微观几何形状误差（表面粗糙度、波度、纹理等）。机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、和表面间的相互位置）与理想几何参数（设计值）的符合程度。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。一般而言，重要或关键零件的表面质量要求都比普通零件要高。这是因为表面质量好的零件会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力。研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量的影响规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。同样，我们通过误差分析，掌握其变化的规律，从而采取相应的措施减少加工误差，提高加工精度。

一、影响机械加工表面质量的因素及改进措施

（一）在较低的切削速度下加工塑性材料时（如低碳钢、不锈钢、高温合金、铝合金等）时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，常容易出现积屑瘤与鳞刺，使加工表面粗糙度严重恶化。切削过程中出现的积屑瘤是不稳定的，他不断地形成、长大，脱落，因而使加工表面上出现深浅和宽窄都不断变化的刀痕，增大了表面粗糙度，同时由于积屑瘤屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬质点。鳞刺是已加工表面上的鳞片状毛刺。从物理因素看要降低表面粗糙度，避免产生积屑瘤和鳞刺，主要应采取措施减少加工时的塑性变形。相应的措施有：采用较高的切削速度常能防止积屑瘤、鳞刺的产生；对于韧性较大的塑性材料，常在切削加工前进行调制处理，以得到均匀细密的晶粒组织和适当的硬度；合理选择刀具角度、材料、提高刃磨质量；合理选择冷却润滑液，提高冷却润滑效果。

（二）表面层冷作硬化。冷作硬化及其评定参数。机械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形，使品格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，品粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化（或称为强化）。表面层金属强化的结果，会增大金属变形的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质也会发生变化。被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、温度持续时间的长短和强化程度的大小。由于金属在机械加工过程中同时受到力和热的作用，因此，加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。评定冷作硬化的指标有三项，即表层金属的显微硬度HV、硬化层深度h和硬化程度N。为了降低表面层的冷作硬化程度，可采取措施：合理选择刀具的几何参数，采用较大的前角和后角，在刃磨是减小其切削刃口圆角半径；使用刀具时，应合理限制其后刀面的磨损程度；合理选择切削用量，采用较高的切削速度和较小的进给量；加工时采用有效的切削液。

（三）表面层材料金相组织变化。当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。改善磨削烧伤的途径，磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传人工件。正确选择砂轮，合理选择切削用量改善冷却条件。

（四）表面层残余应力。表面残余应力产生的原因。一是切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属的比容加大，由于塑性变形只在表层金属中产生，而表层金属的比容增大，体积膨胀，不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止，因此就在表面金属层产生了残余应力，而在里层金属中产生残余拉应力。二是切削加工中，切削区会有大量的切削热产生。三是不同金相组织具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。

（五）系统抗振性。改善机床刚性、合理安排各部件的固有频率、增大阻尼以及提高加工和装配的质量等来提高其抗振性；消除回转零件的不平衡，提高机床传动件的制造精度；采用防振基地，隔绝外界干扰振源的振动影响，精密机械、仪器采用空气垫等隔振措施。

二、影响机械加工精度的因素及改进措施

（一）机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统几何因素和运动因素的误差。例如：机床导轨的平直度，主轴回转中心线对工作台面的平行度和垂直度，主轴的回转误差，夹具定位误差、夹紧变形，刀具的精度和尺寸磨损等。

（二）工艺系统受理变形引起的加工误差。例如不平衡传动力、惯性力、重力、夹紧力、内应力等。

（三）误差复映现象。例如：车削时工件毛坯若本身不圆，经一次走刀切削时由于加工余量不均匀引起的切削力变化，造成变形量的变化，切削后工件仍将在一定程度上存在与毛坯形状相似的不圆度误差，但数值大为减小，这种现象称之为误差复映现象。减小复映现象的措施有：提高工艺系统刚度；增加走刀次数，总的误差复映系数将减小。

（四）机床、刀具、工件的受热变形。减小热变形对加工精度影响的措施主要有：减小热源影响；用热补偿法减小热变形；设计热平衡的机床结构来减小热变形；控制环境温度。

参考文献：

[1]陈彦华.机械加工表面质量的影响因素[J].中国新技术新产品，2009，（24）.

[2]余志娟，机械加工表面质量及影响因素探析[J].装备制造技术，2009，（6）.

[3]郑玉皎，机械加工表面质量的影响因素及其对策[J]，中国科技博览，2009，（21）.