机械加工表面质量的影响因素及控制方法

常青华

【摘 要】零件是机械加工的重要组成部分，零件质量的好与坏会直接影响到设备的运行性能，而零部件性能高低在很大程度上受制于机械加工表面质量的高低，机械加工表面的表体形状以及表面力学性能的变动对机械零部件是否能有效安全的使用会有很大的影响。基于这样的关系，本文将着眼于机械加工表面质量的影响因素。对其进行剖析，旨在找出并了解机械加工手法与加工表面质量的潜在规律性和联系，由此来更好地掌握加工操作过程，最终促使机械加工表面质量的提高和产品性能水平的进步。

【关键词】机械加工；表面质量；机器零件；机器性能

0.引言

随着现代科学技术的不断进步，生产加工技术水平也逐渐提高，现代工程项目等的制作对机械零件加工质量的要求也就越来越高。而机械加工表面质量是影响零件加工质量的重要因子，会对零件的使用性能产生直接影响。然而由于现在科学技术的限制，我们还并不能保证零件加工的百分百精确，因此在现有技术水平下如何更好地提高机械加工表面质量是一个值得思考的问题。不仅要在加工工艺上控制精度和密度的误差范围，也要对表面的质量引起重视。从而从整体水平上提高机械加工表面质量，改善机器工作性能。

1.机械加工表面质量简介

一般情况下，机械加工表面是达不到完全平滑且毫无误差的技术水平，切削力、切削热等因素都会对零件表面加工产生影响，从而改变机械的使用寿命和工作性能。机械加工表面质量指的是零件加工后其表面的几何形状和性能，包括物理力学性能和化学性能。机械加工表面受到物理和化学的影响会多多少少使机械表面与标准之间产生误差，影响其性能的稳定性。机械加工表面质量的衡量标准是表面的粗糙程度，既加工表面上的微观几何形状的性质，主要由Ra（轮廓算术平均偏差）、Rz（微观不平度十点高度）、和Rv（轮廓最大高度）等三个参数进行测算。这些参数值得选择要符合零件表面性能的要求和成本经济效益原则。

2.机械加工表面质量影响因素

2.1表面粗糙度

表面粗糙度是其中的一个重要影响因子。例如在对塑性材料进行加工时，切削工具对金属产生挤压会使材料出现一定的分裂，导致塑性变形的结果，从而加大其表面的粗糙程度。在对工业材料进行加工时，其韧性的大小与金属塑性变形成正比，韧性越好，变形越明显，从而使表面的粗糙程度越大。在对脆性材料进行加工时，难免会产生切屑，而切屑越多意味着加工表面的凹凸点越多，自然会加大表面的粗糙程度。除此之外，切削加工的工具好坏以及工艺水平也会对表面粗糙程度造成影响，例如刀尖的弯曲弧度和操作力度等会直接影响切削面积和残留面积。从加工表面的几何形状影响因素来看，砂轮磨粒的形状和分布会作用于磨削后的粗糙程度，因为其产生是由砂轮上磨粒刮花表面所造成的。如果单位磨粒数量越多，分布空间及大小越均匀，则表面粗糙程度就越低。从物理力学影响因素来看，磨粒滑擦时不产生削屑，只会使表面产生弹性变形。而磨粒产生耕犁作用时，也不会产生削屑，但会产生塑性变形，变形越明显，粗糙程度越大。

2.2表面物理力学性能

首先是加工的表面层出现的冷作硬化，其集中表现为金属变形屈服点的提高，塑性相对延伸率的降低。在对机械表面进行磨削或者切削加工时，表面金属会发生塑性变形，使得晶体间出现剪切滑移，晶格拉伸、破碎或者扭曲的现象并有可能加剧这种现象。其次，金属表面的金相组织的改变也会产生影响。当切削过热会使加工表面的温度超过相变温度的底线，此时金相组织就会改变。当磨削过热使加工表面温度超过相变温度底线时，金相组织也会随着发生变化，此时其表面金属的硬度和强度会变小，并同时产生残余应力，或者出现微小裂纹。残余应力是在机械表面加工的情况下，当工性表面金属的金相组织或相对基体金属在体积和形状上发生变形时，所残留的相互抗衡的残余应力。

2.3零件的耐磨性

由于零件加工时所使用的摩擦副材料、润滑剂的不同以及热处理情况的差异存在一定程度上的关联，因此在零件具有耐磨性的特性时，会影响机械加工表面质量。一般来说，零件在磨损过程中包括三个阶段：磨损初期，摩擦副材料开始工作运行时会有一个较为明显的摩擦效果；磨损中期，开始进入正常的磨损阶段，磨损程度相对稳定；到了磨损后期，也就是磨损加速阶段，加剧的磨损会导致零件无法正常运行。正因如此，所以零件的耐磨性也会对机械加工的表面质量产生较大的影响。

3.机械加工表面质量的控制方法

3.1表面粗糙度的提高

在进行磨削加工时，要合理选择砂轮并确定磨削的科学用量，从而使其有利于提高表面粗糙度，此外，也要重视磨削液的利用及其作用。在进行切削加工时，应当选择较大的刀尖弯曲弧度和相对较小的进给量，从而提高表面粗糙程度。在实际工作中，一般高速精切和低速宽刀精切会使表面粗糙程度较小。另外，切削液的选择要合理，挑选刃磨质量较好的刀具，也可以减小其粗糙程度。

3.2加工工艺水平的提高

滚压、辗光、喷丸等强化表面的工艺可以用于能够承受交变载荷和高应力的零件，由此可以使金属表面产生冷作硬化和残余压应力，从而降低表面粗糙程度，与此同时可以减小或消除磨削和切削等工序的残余拉应力。借此抗应力腐蚀性能和疲劳强度也可以提高。在利用强化工艺的情况下，優等材料可以被次等材料替代，从而起到节约优质贵重材料的作用。但是，在运用强化工艺时应当注意，不能使材料硬化过度，要不然会造成塑性性质的消失或者微观形变，甚至材料脱落。

3.3磨消热的控制

在物理力学性能中，产生的磨削烧伤、裂纹以及残余拉应力等都是对零件工作性能危害很大的因素。这些危害元素来源于磨削过程中的磨削过热。因此必须重视降低磨消热的问题。解决途径有两种：第一黑丝磨消热发生的减少，第二是加速磨消热的传散。因此需要通过实验合理选择磨削参数，并在磨削过程中不间断地监测磨削温度，控制磨削热。

4.结语

经过长期的实践证明，加工表面的形状误差和物理力学性能会影响机械零件的使用寿命和工作性能，而本文研究机械加工表面质量就是为了找出其中潜在的规律并据此得出改善表面加工质量的措施，最终达到提高产品性能的目的。 [科]

【参考文献】

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