影响机械加工表面质量的因素及应对措施

杨帆

【摘    要】随着现代机械设备精密度的不断提高，机械加工精度要求也不断提高，衡量零件加工质量好坏的主要指标有加工精度和表面粗糙度。因此，机械加工过程中必须注重对精度、质量的控制，以此减少不合格品的出现，提高企业的经济效益。本文主要针对机械加工质量影响因素分析，并提出机械加工质量应对措施。

【关键词】机械加工  表面质量  影响因素  应对措施

中图分类号：G4      文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.10.099

一、机械加工表面质量概念及要求

目前，机械加工零件使用的材料包括：特种高分子树脂材料、特种陶瓷材料、金属合金等。机械加工过程中合金坯料受到物理、化学、力学作用下会出现一个平面层，即机械加工平面层。机械零件加工质量有两方面影响因素，一是零件的加工密度，二是零件表面质量。机械加工过程中在机械切削作用及切削工作振动摩擦的作用下，机械零件合金材料微观表面结构会出现类似于波峰、波谷的结构变化，这种变化的定量评价使用表面粗糙度评价。机械零件表面理化组织性质指的是，机械切削作用产生的热量会传递到合金零件中导致合金零件温度上升，当温度达到合金热处理温度时，合金表面就会发生退火等微观组织性质的变化。力学性能指的是机械加工产生的机械变形和机械热作用会导致合金表面存在残余应力，残余应力如果没有及时的被消除，则会导致合金零件表面出现微观裂纹，严重影响到零件使用过程中的耐疲劳性和使用寿命。

二、影响机械加工表面质量的因素

1.切削加工。在对工件进行切削加工时，采用的刀具如果是呈现几何形状的复映刀具，则在该刀具进行进给运动过程中就会残留出大面积的切削层，切削层的形状与几何形状的刀具较为类似。比如说切削零件中会存在一些正方形、长方形、几何形状的刀具，如果遇到大面积的切削工程则一定会影响机械零件的表面质量。

2.材料性质。工件材料的性质分为两类：一是塑性材料，二是脆性材料。加工塑性材料时加工零件会直接在刀具的压力下形成塑性变形，对机械加工表面会造成一定影响。如果材料存在较高的韧性对其塑性变形几率也会增大，最终会影响其表面加工质量。在对脆性材料进行加工时则材料会因为切削的影响，出现碎粒的情况，这些碎粒的崩窜，导致了加工表面出现了很多的坑点，从而使加工表面变得十分粗糙。

3.磨削加工。磨削加工造成的表面质量过程与上述的切削加工过程一样，几何因素以及表面金属的塑性是决定磨削加工表面质量的主要影响因素，除这两个因素外，影响表面质量的因素还包括砂轮的速度、硬度以及磨削速度等。磨削加工时表面层的机械性能改变情况尤为明显。磨削加工表面质量的影响因素相对较多，其中工件的磨削转圈次数也是重要的表面质量影响因素之一。

4.影响表面粗糙度的因素。第一，刀具几何形状的反映。刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的反映。第二，工件材料的性质。加工塑性材料时，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使表面粗糙度值加大。第三，切削用量。加工脆性材料时，切削速度对于粗糙度影响不大，加工塑性材料时积屑瘤对粗糙度影响很大。影响磨削表面粗糙的主要因素有：砂轮的粒度、砂轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、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。

5.工件表层组织变化。受到切削作用的影响会使机械加工出现塑性变形的问题，工件出现扭曲，晶粒之间出现移位，甚至很多晶粒出现破碎情况。这样的现象可以提升表面层金属的强度，被称作是冷作硬化。金属在经历过冷硬化之后其高能位就会严重不稳，这种不稳的状态会慢慢转化为稳定，这一过程也被称作是弱化。弱化程度的高低与温度有关系，弱化主要是受到温度的影响，温度的高低决定了弱化的大小

三、提高机械加工工件表面质量的措施

1.制订科学合理的工艺规程是保证工件表面质量的基础。流程要满足定位基准、设计基准统一重合的原则。科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短，定位要准确，选择定位基准时尽量使定位基准与设计基准重合。运用先进工艺可降低原始误差，科学的切削速度、切削刀具角度及适当的进给量等切削加工条件，能有效地确保零件表面机加工质量。

2.合理的选择切削参数是保证加工质量的关键。选择合理的切削参数可有效抑制积屑瘤的形成，降低理论加工残留面积的高度，保证工件的表面质量。切削参数的选择包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度及进给速度的选择等。试验证明，在加工塑性材料时若选择较大前角的刀具可有效抑制积屑瘤的形成，因为刀具前角增大时，切削力减小，切削变形小，刀具与切屑的接触长度变短，减小了积屑瘤形成的基础。

3.降低机械零件的残余应力和表面层热变形对质量的影响。加工零部件时要结合设备性能要求建立加工指标规划设计，提升表面性能方面可纯化机械部件材料组成，减少热缩现象对材料性能的影响，改善切削液的加入方式和使用流程，降低残余应力产生的裂痕。在制造零件过程中，利用相关制造工艺零件使自身表面质量得以有效改善，增强工件表面材料性能的稳定性，减小在加工零件时产生的表面层热变形与残余应力。另外，合理的选择切削液是保证加工工件表面质量的必要条件。

4.选择适合的刀具与工件材料。在选择刀具时要根据工件材料的实用性去选择刀具，避免使用磨损程度较强、整体性较好、非常锋利的刀具。这样刀具的使用可使机械表面保持相对平滑的状态，减少表面粗糙状况。工件材料中影响机械加工表面质量的因素就是材料本身的属性及组织这两个方面，一定要合理选择适宜的工件材料与组织。

5.工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要。工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至關重要，因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。

参考文献

[1]李友生.影响机械加工表面质量的因素及控制措施[J].机电信息，2019（30）.

[2]周明研.响机械加工表面质量的若干因素和改进方法[J].山东工业技术2020（12）.