金属加工表面质量的影响因素及改进措施

杨 鸣

（南昌海立电器有限公司，江西 南昌 330013）

1 金属加工表面质量的含义

任何的金属在经过机械加工以后都不可能做到表面完全光滑，总是存在着一定的小的几何形状上的误差。而且金属在进行机械加工的时候，受到切削力以及切削热等因素的影响其原有的属性也会发生一定的改变，所以金属加工表面质量包括有很多方面。第一点就是金属加工表面质量包含金属加工表面的粗糙度。表面粗糙度是由于零件在进行加工的时候需要用刀具等一些列工具来进行打磨，而这些工具的使用会对零件表面造成或大或小的波峰与波谷。当然这些波峰和波谷是用肉眼无法观测到的，只有经过放大后才能看到。这种从微观上观察到的几何形状就被叫做表面的粗糙度。第二就是包括金属表层的物理性质的变化。金属表层再经过机械加工以后有些物理性质会发生改变，一般常见的有表面层的强度和硬度等。本文只对三种情况做简要介绍∶

（1）金属在经过机械加工后表面层冷作硬化。表面层的冷作硬化是指金属在加工以后，其硬度以及强度大大提高的现象。

（2）金属在经过机械加工后表面层存在应力。在对金属进行切削加工的过程中，金属表层会收到切削力和切削热的影响，使得在金属加工的表面留下一些多余的应力。这些残存的应力是非常危险的，因为如果这些应力超过金属材料的屈服度，就会在金属的表面出现裂痕。而对于存在裂痕的零件是不能够应用到生产当中的，因为有可能由于一个小裂痕的出现导致整个机器出现安全事故[1，2]。

（3）金属在经过机械加工后表面层金相组织的变换。金属器件在进行加工的时候需要经过高温来进行精加工，而高温会烧坏金属的表面，引起金属表面层金相组织的变换。

2 机械加工表面质量对于机器使用性能的影响

2.1 对机器耐磨性的影响

（1）金属表面的粗糙度对与机器的耐磨性有着一定的影响。机器零件的磨损是指机器零件由于摩擦而产生的表面材料的损失，而机器的耐磨性就是指抵御磨损的能力。一般来说机械产品都是由于超过零件的磨损度而遭到淘汰的。如果金属零件表面的粗糙度比较小的话，那么润滑油就没办法进入到金属零件的表面去，容易增加磨损。所以想要提高机器零件的耐磨性就需要选择金属零件的表面粗糙度较大的。

（2）金属表面的冷作硬化对机器耐磨性的影响。一般情况下金属表面的冷作硬化能够提高机器的耐磨性，但是如果金属过分的冷作硬化的话不仅不能提高机器的耐磨性，反而会使得金属的结构变得疏松，容易出现裂纹。

2.2 对机器抗疲劳度的影响

金属在受到交变载荷作用后会产生疲劳破坏，而这种情况一般发生在金属的表面以及表面下层，所以零件的表面质量对机器的抗疲劳度有着很大的影响。

（1）金属表面粗糙度对机器抗疲劳度的影响。在金属经过交变载荷的作用后，很容易把残存的应力集中在波谷处，从而产生疲劳裂纹。如果金属表面的粗糙度越大则产生的裂纹越深，金属的抗疲劳度也越低。

（2）残存应力以及冷作硬化对抗疲劳度的影响。如果表面残存有拉应力的作用，会加深疲劳裂纹的深度，使得抗疲劳度降低；反之如果残存的是压应力则能够阻止疲劳裂纹的扩大，有一定的抗疲劳的作用。金属表面的冷作硬化一般都伴随着压应力的产生，所以对于抗疲劳度的提高有积极作用。

2.3 对耐腐蚀性的影响

金属零件的耐腐蚀性也会受到金属表面粗糙程度的影响，因为如果金属零件的表面越粗糙那波谷中就会聚集越多的腐蚀性物质，抗腐蚀性也就越差。反之粗糙程度越小，抗腐蚀性越强。

3 影响金属表面粗糙程度的因素

3.1 切削加工的过程对粗糙程度的影响

在切削加工的过程中，如果使用的是几何形状的切割刀具，就会在使用刀具的时候在金属表面留下和刀具几何形状一致的痕迹。而如果想要减小刀具对金属表面粗糙程度的影响就需要减小进给量、主偏角、副偏角或者是增大刀尖圆弧的半径。

3.2 磨削加工对粗糙程度的影响

在磨削加工的过程中，表面金属塑型和几何因素是对粗糙程度影响最大的，除此之外砂轮的磨削速度、硬度等其他因素也会影响到金属表面的粗糙程度。

4 减小金属加工表面质量缺陷的措施

4.1 选择性能好的加工材料

经过一系列的实践表明，原始加工材料的性能对于表面质量的好坏也是有一定影响的。原材料的金相组织和热塑性是影响产品表面质量的关键性因素。所以在选择原材料的时候可以把这两个作为选择的指标。除此之外还要考虑原材料金相组织是否适宜、晶粒大小是否合适、分布是否均匀等因素对机器表面质量的影响。

如果选择的材料除了热塑性比较强以外都符合要求，就可以先对这个材料进行正火处理，从而降低材料的热塑性，使材料达到要求。

4.2 选择合适的刀具

合适的刀具也能够减小金属加工表面质量缺陷。例如在加工材料的时候选择合适的刀具不仅能够提高机械产品的精确度还能够减小金属加工表面质量的缺陷。在选择一个合适的刀具时需要考虑到以下几个方面，即刀具刀尖的圆弧半径、副偏角度数、刀具的精度、修光刃的锋利程度。选择的刀具一定要首要满足加工的要求，然后就是选择与加工材料性质相似的刀具。最后就是要选择导热性能好的刀具，以便及时传递切削热，降低切削区塑形变形。此外，选择刀具时应该注意是否具有良好的化学性能，这样能够防止刀具与被加工材料产生亲和作用，亲和力过大时，极易产生积屑瘤和鳞刺，造成表面粗糙度过大。

4.3 选择合适的制造工艺和方法

在进行每一次加工之前都要做好设计工作，而选择适宜的制造工艺和方法也可以减小金属加工表面质量缺陷。制造工艺和方法的选择主要还是由原始材料的性质决定的，所以不能一概而论。

4.4 控制加工材料表面应力的大小

通过刀具的合理选择可以降低切削力的大小。所以在选择刀具的时候要选择和金属材料形状相似的刀具，保持刀具和原材料之间的前角和后角的角度较大即可。通过调整刀具切削的速度来调控加工材料表面受到的应力的大小。除了通过这个方法减少应力之外，还应该考虑到残存应力的去除，例如可以通过加热的方式降低切削表面的温度，使得金属的热塑性降低，从而减少金属表面受到的残余应力。

4.5 大胆选择创新性的加工方式

提高金属加工表面质量的最优化的方式就是采用新型的加工方式。在加工过程中可以大胆的采用一些新型的加工方式。通过加工技术以及加工工艺的创新性尝试，不仅能够提高金属表面的质量还能够大大提高加工的效率。当前尝试把计算机与金属加工相结合，通过计算机可以保证加工过程的流畅性。通过这种高精密度的加工方式，只有工作人员提前把进给量等数据输入其中，就能够高效的完成。

4.6 选择合适的切削液。

正确选用切削液能显著地减小表面粗糙度。一般来说切削液具有冷却、润滑、排屑与清洗作用，能够减小工件、刀具和切屑之间的摩擦，带走大量的切削热，降低切削区温度，及时排掉细小切屑。所以如果选取一个合适的切削液，也可以达到提高金属加工表面的质量的作用。

金属机械加工的表面质量对于机器使用的很多性能都有着很大的影响，所以在加工过程中需要满足一定的要求。而影响金属表面质量的因素又是多种多样的，所以需要把多种因素同时考虑在一起，然后总体对金属机械加工的表面质量提出合理的要求。