试析机械加工表面质量的影响因素

撰文/陈岩

■030006 山西尚风科技股份有限公司 山西 太原



试析机械加工表面质量的影响因素

撰文/陈岩

■030006 山西尚风科技股份有限公司 山西 太原

机械加工表面质量问题不但对加工零件的使用性能有影响，还对机械的使用寿命有影响。本文阐述了机械加工表面质量对其使用性能的影响，同时还根据实际工作里影响机械加工表面质量的因素进行了分析研究，这在改善产品质量以及加强产品使用性能方面提供了理论与枝术支持。关键词：机械加工；表面质量；影响因素

尽管机械零件加工表明的这些问题只是作用于表面层，可是却对零件的配合性质、耐磨性、抗腐蚀性以及疲劳强度等性能产生了严重影响，有时还会对机械的使用寿命产生影响。目前社会的发展迅速，用户对产品的质量提出了进一步的要求，很多在高压、高温、重载等不一般的环境中工作的重要零件，表明需要承受巨大的压力与周围的介质的腐蚀作用，其零件表面的没一处细小的缺点都可能会影响零件的使用。产品工作性能像可靠性以及耐久性的长短，在很大程度上是由于其重要零件的表面质量。分析机械加工表面的质量和影响因素，只有了解其变化规律，才可以提升机械加工表面的质量和产品的使用性能。

所有机械加工的表面，其表面实际上都不可能是完全理想的光滑，肯定会有一定的微观几何的形状误差。同时，在加工时表面材料因切削力、切削热的因素，这会导致本来的物理机械性能发生改变。所以，机械加工的表面质量与其表面的粗糙程度以及表层材料的物理力学性能的变化有关。

表面粗糙度

表面粗糙度是指加工表面的较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差.它主要是由于切削加工过程中的刀痕、切削分离时的塑性变形、刀具与被加工表面的摩擦、工艺系统的高频振动等原因造成的。

a机械表面粗糙度

①表面粗糙度影响配合性质。其表面粗糙程度强的零件在装配过后，其本有的接触面积变减少，接触刚度会被削弱。在间隙配合时，因为磨损导致间隙变大，使得接触刚度而降低进而形成振动；在配合过盈时，因为表面的峰顶被挤平，使得实际的过盈量减少从而配合的连接强度降低。

②表面粗糙度影响耐磨性。假设机械表面粗糙度的值比较大，如果凸峰接触，是因为摩擦；则凸峰嵌入到凹谷，其摩擦阻力就会大，形成塑性变形、弹性变形以及破坏剪切，这会导致严重的磨损；其表面粗糙度太小，润滑油就会被挤出，因为分子间的亲和力变强，就会使得其表面冷焊、胶合，导致磨损加剧。所以必须要选择符合的表面粗糙度，这才可以有效地使零件的摩擦与磨损变小。

③表面粗糙度影响耐腐蚀性。零件在介质里活动时，其表面粗糙的凹谷，很容易使腐蚀性介质沉积进而形成化学腐蚀与电化学腐蚀，这样就促使表面锈蚀形成。

④表面粗糙度影响疲劳程度。因着交变载荷，使得零件表面变得越来越粗糙，导致应力集中现象越来越严重，进而产生疲劳裂纹并使其加剧，形成疲劳损坏。

⑤表面粗糙度影响接触刚度。有这样一个规律，机械零件的表面越粗糙，其表面的实际接触面积就会越小，其单位受力面积就越大，这会导致凸顶处的塑性变形增强，接触刚度降低，对机器的工作精度与抗振性能产生影响。

⑥表面粗糙度影响结合密封性。因为存在微观不平，导致两个表面局部互相接触，使得中间缝隙，对密封性产生影响。

影响表面粗糙度的因素

其实导致表面粗糙度的原因很多，主要有以下几个原因：

①刀具几何形状。在切削过程中，因为刀刃的形状以及进给量的原因，余量沿切深不可能完全被切除，所以就会复留下相应的残留面积，其高度也会影响己加工零件表面的粗糙度，其主要的影响因素有有主偏角、刀尖圆弧半径、副偏角以及进给量等。像加工塑性材料过程中，前角的影响比较明显，就可以取大点；车削细长轴时，要衡量工件的刚度，选择偏大的主偏角。

②工件材料性质。一般规律，塑性材料的被加工材料的硬度越低，其韧性越大，加工后它的表面粗糙度值也会较大，其冷硬现象也比较严重。加工脆性材料的过程中，切屑呈现出不规则的碎粒状时，它的加工表面常常会有微粒崩碎的痕迹出现，留下很多麻点，使得表面粗糙度增大.对于相同的材料，它的晶粒组织越大，加工后的表面粗糙度值也就越大。

③切削用量。在一定的切削速度范围中，加工钢料或者有色金属等塑性材料时，会形成积屑瘤以及鳞刺，这会影响到零件的表面粗糙度。除此之外，当背吃刀量或者进给量非常小并且刀刃不是很锋利时，刀刃很容易在工件表面打滑，使得其表面粗糙度增大。

表面层物理力学性能

机械加工过程中，因为工件得切削力以及切削热的原因，它的表面层的物理与力学性能就会发生非常大的改变，使得基体材料的不同，主要表现在表面层的金相组织以及硬度的变化和表面层有残余应力出现。

a表面层物理力学性能影响零件使用性能

①冷作硬化的影响。表层材料使得冷作硬化作用产生，它的强度、硬度都会提升，塑性下降，所以零件耐磨性和接触刚度会提高，然而过度的硬化就会导致其表面层产生裂纹，并且表面层会剥落，加大磨损，耐磨性下降，这对配合精度以及配合质量有很大的影响。

②残余应力的影响。在机械加工过程中，如果表面层金属的组织在形状、体积以及金相组织发生改变时，它表层组织和基体材料交界处就会有互相平衡的弹性应力产生，这就是残余应力。残余应力有残余拉应力以及残余压应力两种，残余拉应力会使零件的疲劳强度降低，有的也会导致零件表面发生微裂纹；残余压应力有的时候却可以提升零件的疲劳强度。

b影响表面层物理力学性能的原因

①影响加工硬化的主要原因。表面冷作硬化程度与产生塑性变形的切削力、变形的温度、变形速度和工件的材料息息相关。其切削力越大，它的塑性变形也就越大，硬化层深度越大，就会导致加工硬化严重；由于对工件的表面层硬化会发生软化作用，所以切削温度越高，就能够部分消除冷作硬化；越快的变形速度，其塑性变形就越不充分，其硬化程度就会削弱；工件材料的硬度低，塑性变形大，就会导致严重的硬化现象。

②影响表面层残余应力的原因。在切削加工中，当切削温度不是很高时，在切削力的影响下，工件表面就会发生塑性变形，当基体金属发生弹性变形时，就会产生残余压应力；其切削热的作用导致表层和基体金属由于收缩不同而受到影响，形成了残余拉应力；温度太高，导致表层组织产生相变，使得体积改变，也会形成残余拉应力和残余压应力。在不同的情况下，这些原因里的某一种或两种会起主导作用。

结束语

如今不断进步机械加工业和科技，使得用户对机械加工质量的要求越来越高，这使得加工行业有了很大的压力和挑战。机械加工表面的质量对零件的抗腐蚀性、耐磨性和精度都产生了重要影响。同时因为影响表面质量的因素是很多的。所以在实际操作的过程中，必须合理分析影响机械表面质量的问题，从而对症下药，提出相应的防范性方法，达到增强机械加工表面质量的目的。

参考：

［1］李凯云.机械加工表面质量对机器使用性能的影响［J］.汽车运用，2008，（O1）： 23-25

［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，（06）：29- 31

［3］郭新军.改善机械加工质量增强产品使用性能［J］.企业导报，2011.（2）：39- 41

陈岩（1988-），性别：男；民族：汉；籍贯：山西临汾；职称：初级工程师；学位：学士学位；研究方向：机械设计制造及其自动化。