试样加工质量对金属性能的影响及改进

王峰+房永强

摘 要：金属材料物理性能分析检测以及机械零部件的损坏都与表面质量和精度有着很大的影响。为此，分析其问题所在才能提高机械加工的效率，才能充分研究被检测材料的真实性能。

关键词：机械加工;表面质量;改进措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.007

在机械加工过程中，金属材料的组织发生变化造成疲劳、弯曲等严重的损失，在日常工作中，机器出现故障等都是部分零部件出现问题所导致的。诸如此类问题，大多与机械加工中表面以及精度有密切的关系，故此我们在对材料检测加工过程中，首先要从加工表面开始，使表面达到规定的范围严把精度，从而分析检测出材料的真实性能，有效提高使用率。

1 零件加工误差产生的几个方面

1.1 机床几何误差

主轴在工作时容易产生回转误差。回转误差的产生对加工工件的位置精度、形状有着很大的影响，同时出现径向和轴向跳动以及角度摆动等诸多问题。加工不同的表面时易出现有误差的敏感方向，通过主轴的径向跳动所引起的加工误差也不尽相同。

1.2 刀具的磨损以及几何误差

刀具的磨损会直接影响到刀具相对被加工表面的位置，造成相应的尺寸误差，实际加工过程中我们通过选用理想的刀具材料可有效合理地减少刀具的尺寸磨损，当然通过调整加工时的几何参数，调整刀具的切削用量甚至选择适宜的冷却液等都能最大程度地减少刀具的尺寸磨损。需要指出的是，刀具的种类决定着几何误差对加工精度的影响，采用成形刀具或者定尺寸刀具加工零件时，刀具的制造误差会直接影响样品的加工精度且制造误差对加工精度并无直接影响。

1.3 工艺系统受热变形引起的误差

工艺系统在试样加工的过程中不可避免的产生一定的热变形。因为工艺系统每个环节上所选用的材料及结构都不一样，加之工艺系统热源分布的不均匀性，使得在工艺系统的每个部分及环节产生了不一样的变形，这也导致工件位置的准确性及其运动关系产生破坏。我们分析了产生加工误差的原因，发现在精密加工过程中因热变形引起的加工误差占总加工误差的三到六成。因此，我们必须要依据所检测试样的材料性能去正确合理地采用冷却液，进而最大限度地减少由于工艺系统受热变形所引起的误差。

1.4 定位误差

我们通过设计基准来确定零件图上某一表面的尺寸及其位置。通过工序基准在序图上确定本工序被加工表面加工后的尺寸及其位置。在机床上加工工件时，必须选择并确定加工时的定位基准，如果出现所选定位基准与设计基准不符的情况，即会产生基准不重合的误差。

实际上我们绝不能按基本尺寸去准确制造安装到夹具上的定位元件，工件的实际位置尺寸都允许在各自的公差范围内变动，即产生定位副制造不准确误差。

1.5 测量误差

影响测量精度的主要因素就是工件在加工时测量或加工后测量时测量方法、量具精度等的影响。

2 表面质量对物理性能的影响

2.1 表面粗糙度的影响

刀具在作进给运动时势必在加工工件表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小残留面积的高度可通过减小进给量、主副偏角以及增大刀尖圆弧半径来实现。我们通过适当增大刀具的前角、选择理想的润滑液以及提高刀具刃磨质量也可以减小表面粗糙度的值。

2.2 被检测样品不同材料的影响

我们所检测的材料包含各种材质，塑性大的材料在加工时刀具对金属的挤压产生了塑性形变，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用君增大了表面粗糙度。待加工材料的韧性越好其所产生的塑性变形越大，加工的表面就越粗糙，在加工脆性材料时，它的切屑以碎粒状形式出现，由于切屑的崩碎在加工表面残留许多麻点，增大了表面粗糙度。

2.3 磨削加工对表面粗糙度的影响

几何因素和表面金属产生的塑性变形同样影响着磨削加工表面粗糙度的形成。砂轮的硬度和粒度、砂轮的修整、磨削的速度、磨削径向进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量、冷却润滑液等都是影响磨削表面粗糙的主要因素，它们都使磨削加工表面粗糙度发生改变。

2.4 表面层冷作硬化的影响

检测加工过程中的作用力容易使试样产生塑性变形，较为常见的就是试样表面的扭曲变形，产生此现象的根源是晶粒之间的力过大。晶粒被拉长出现纤维状组织甚至破碎，产生加工硬化现象，使得试样表层的硬度产生很大变化。加工硬化现象的出现，导致金属的表面质量也产生很大影响。加工硬化现象的出现，导致金属的变形抗力产生变化，导致金属的物理性能产生变化。此作用力也使得其稳定状态随之发生变化，这个相互作用的过程，即所谓的“金属的弱化”。由上可以看到加工硬化现象对工件表面质量所产生的特别大的危害，并且，此种危害极不易控制。

2.5 试样表面材料的金相组织的影响

如果工件表面在切割加工时所产生的温度高于材料发生相变的温度，就会在工件表面产生相变进而使工件表面金属的组织发生改变。由于组织的改变使得金属的性能发生大的变化，其中材料的硬度与强度降低，并且出现了残余应力，甚至会出现细微的裂缝，即“磨削烧伤”。主要有磨削烧伤、退火烧伤、回火烧伤以及淬火烧伤等。

2.6 残余应力对工件质量的影响

工件在加工过程中受到切削力的作用下使表层金属产生塑性变形，此变形增加了工件表面金属材料的比容，从而表面产生残余应力。由于金属的不同，不同密度的金相组织也会出现，从而金属的比容也会不同，相接触的基体金属会阻碍不同比容的金属，也会表面产生残余应力。同时由于工件在切削加工过程中被切削的区域会产生大量的热，残余应力就随之产生了。

3 改进措施

3.1 控制好加工技术endprint

通过合理的控制机械加工的加工技术，从而减少加工过程中不必要的消耗，减少在制造中最佳粗糙度值与现实粗糙度值的差距。

3.2 控制磨削工具及其切削技术

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选择合理的磨削工具是保证零件表面粗糙度的关键要素，最理想的刀具应具备较小的副偏角、精车刀、较大的刀尖圆弧半径及合适的修光刃等必要条件，在加工中所选择的刀具越理想，刀具与零件之间的适应性就越强。

加强切削过程中钢材料的控制，由于钢材料具有较强的塑性，当切削速度达到一定程度时，可通过高速切削达到控制“积削瘤”的目的。

3.3 合理选材

选择合适材质的刀具以满足正常工作的需要，一般情况下，最为常用的就是高速钢制刀具，若工作对表面粗糙度的要求更高，用硬质合金刀具则较为理想。

3.4 要尽可能减少甚至消除工件表面残余应力

造成表面残余应力的原因很多，通常降低表面残余应力的办法就是减少塑性变形及降低切削温度。通过选用合理的切削冷却液来降低工件表面的粗糙度是最为常用的方式。具体为：钢制工件通常用硫化油或豆油，铸铁工件通常用煤油。

3.5 改善加工精度

可通过误差平均法、误差补偿法等方式来保证和提高产品的加工精度。所谓的误差补偿法就是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是正值时人为的误差就取负值，并尽量使两者相等，也可以利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也尽可能使两者大小相等，方向相反。通过这种方法减少加工误差，提高加工精度。

在加工过程中，毛坯以及上道工序不可避免的会或多或少的产生一些误差，进而造成本工序的加工误差。加工过程中工件材料的性能及上道工序的工艺不可能一直不会变化，恰恰就是二者所产生的的变化使得原始误差产生一定变化，此种变化对本工序产生误差复映，也会扩大定位误差的影响，从而引起本工序误差。我们可采用分组调整均分误差的办法，缩小范围，分别处理，分组控制定位误差。

3.6 我们要综合运用加工技术

把试样加工和计算机联系起来。较常使用的两大加工技术，主要分为：精密和光整加工。

4 结束语

随着现代工业与科技的不断进步，新型材料不断出现，这就对机械加工的表面和精度有了更高的要求，我们应该对表面及精度、误差进行详细分析，通过机械试样加工质量和效率的提高，为我国该行业更好的发展做出更大贡献。

参考文献：

[1]刘瑞芬.对机械加工表面质量的分析[J].河北冶金，2009（04）：56-57.

[2]郑焕文.机械制造工艺学[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]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（06）.endprint