金属加工表面质量的影响因素及改进措施

姜 玮

（苏州技师学院，江苏 苏州 215000）

金属加工表面是产品整体质量的重要组成部分，保证金属加工表面的水准不仅能够提升产品的应用性能更能够提升产品的可靠程度以及使用寿命，进而提升整体产品在整个国内行业包括国际行业的竞争力，所以做好金属加工表面质量势在必行。

1 金属加工表面质量及其影响因素

1.1 金属加工表面质量

粗糙度是衡量金属加工表面质量的重要指标，是指金属零件在加工后表面层的微观不平度，一般情况来说，粗糙度越高，金属加工表面质量越低。这种粗糙度可能是因为切割等物理作用后产生的小型不规则误差也有可能是金属在加工过程中受到切削热后原有属性发生变化而产生的。金属加工制品的损害普遍从其表层开始，优质的表面质量可以有效提升金属原件的抗磨损能力和耐腐蚀性，提高使用寿命。金属原件加工表面质量的影响因素有很多方面，但主要方面有两个，一是零件在进行加工的时候用刀具或其他供给侧进行打磨时产生的波峰与波谷，虽然这种粗糙度可能很小，但是在实际应用时仍然不可忽略;二是金属表层在经过金属加工后会产生的物理性质变化，一般是金属受到热切削或其他加工后表面强度和硬度发生的一系列变化[1]。

1.2 金属加工表面质量影响因素

影响金属加工表面质量的因素有很多，按照性质划分主要有以下三种：

（1）切削力和切削热。切削加工时金属零件加工过程中极为重要和常见的工序。金属零件往往会因为切削工序产生的残余应力发生一系列变化，包括金相组织的改变和表面层硬度以及平整度的改变，比如所谓的冷作硬化，就是指金属原件在加工过程中阻力变大，表面层物理特性发生变化，可塑性降低而硬强度加大的现象。而由于切削工艺产生的切削热又会在达到一定程度后降低金属零件表层的强度和硬度。

（2）系统化误差，工艺选择不匹配。系统化误差又称原始误差，是指在工艺调整上具有的原始误差和在基础原理上具有的原始误差两种。调整上的误差是指在加工过程中采用了不合适的加工设备、刀具刀刃以及选择了不恰当的金属原材料而产生的失误，这种误差可以根据工作经验和生产前检查进行降低。如在金属切割过程中金属表面留下痕迹一般为刀具的原性形态，如果刀具使用不恰当，则会导致金属的塑性变形异常明显，由于摩擦产生的撕裂增大，表面粗糙度更高。而原理误差是指采用了相似轮廓的刀具或者相似运动而形成的偏差。这种偏差主要受到金属零件的加工手段、加工工艺以及设备的先进影响。

（3）残余应力及热塑性变形。在切削力的作用下，金属零件表层发生了塑性变形而导致内外部金属层之间在表面产生离层状态和切削热导致的内外层金属比容差异都是导致残余应力出现的主要原因。这种残余应力大小在不同密度的金属上表现不同，但是无论是何种金属都会受到这种分离摩擦的影响进而降低金属加工表面质量。另外同样是在切削热的作用下产生的较大的热压缩应力会导致金属中的晶粒分子出现位移，进一步导致晶粒纤维化或者变形，使金属原件在加工后出现热塑性变形，这都会影响金属加工的表面质量。

无论是我们提到的这些主要影响金属加工表面质量的因素还是那些未被赘述的因素，都是我们在金属加工过程中无法避免的问题，所以如何采取有效的措施提升金属加工表面质量、提高零件性能、延长零件使用寿命、改善当今金属加工面临的问题、在整个金属加工行业内都十分值得关注[2]。

2 金属加工表面质量的影响

2.1 金属加工表面质量对于产品耐磨性的影响

金属零件的磨损是指金属零件由于摩擦而产生的表面材料的损失，而产品的耐磨性正是指机械产品对抗零件磨损的能力，大部分器械都是因为超过了零件的磨损度而被淘汰，所以如果机械产品能过提高耐磨性将有效延长其使用寿命。通常来说产品的表面粗糙度越小，其耐磨损性能越好，但是在具体应用过程中我们并不能意味的通过减低其粗糙度而提高产品的耐磨性，因为对金属加工零件的粗糙度在不同器械或者不同应用范围内有不同的要求，比如在机械领域，过小的粗糙度反而会不利于机器的润滑，降低润滑油在金属零件表面的滞留和保护作用，引起适得其反的效果。

2.2 金属加工表面质量对机器抗疲劳度的影响

金属制品的表面层和冷硬层下层会在交变荷载的作用下产生疲劳损坏，而零件的加工表面质量正是金属制品抗疲劳性高低的主要影响条件。

（1）粗糙度对机器抗疲劳度的影响。金属零件在经过交变荷载作用后会把残存的应力集中在金属零件切削过程产生的波谷中，从而使金属零件产生疲劳裂纹。如果金属表面的粗糙度越高，则产生的裂纹越深，金属机械的抗疲劳性也就越低。

（2）残存应力和冷作硬化对机器抗疲劳度的影响。如果金属零件表面存在拉应力的作用，就睡加深疲劳裂纹的长度和深度;而如果金属零件表面残存的是压应力则会阻止疲劳裂纹的进一步扩大，提升机器的康疲劳度，所以残存应力对机器疲劳度的影响要在具体情况下加以分析。而金属表面的冷作硬化一般都是伴随着压应力的产生，对于提高康疲劳度有积极作用。

2.3 金属加工表面质量对机器耐蚀性以及配合质量的影响

金属表面的粗糙度越大，金属零件的耐腐蚀性往往越差，另外，表面粗糙度也会对其配合质量产生影响。粗糙度的提升会使金属零件的磨损程度提高，磨损程度越大，机器各部之间的配合间隙就会越大，而过大的合作间隙就会降低配合各部之间负荷强度。

3 金属加工表面质量的改进措施探析

3.1 完善工艺流程和切削条件

完善和创新加工流程是开展机械加工的前提条件，是改进金属加工表面质量的总体规划。在制定金属零件的工艺制作流程时，要把设计基准和定位基准相结合，做到定位准确，工艺精湛，保证操作流程的精准性和可控性、装夹定位，为加工操作提供完善的方案和手段，只要这样才能够保证金属加工表面质量的提升，做出符合客户要求的产品。加工工艺的成熟能够有效降低原件在切割或者其他操作过程中受到的破坏，因为在没有特殊要求的情况下一次成型的产品往往比经过多次打磨的产品拥有更高的光滑度和耐磨性。

现代金属零件的加工削切主要是由专用的及其设备来完成，所以所谓提供良好的削切条件就是为相关机器设备设置准确的切割参数并制定完善的工序流程，只有这样才能防止金属零件在加工过程中由于切割条件而产生质量问题，缩小理论粗糙度和实际粗糙度的距离，符合金属加工要求。对削切参数的设置主要包括削切速度、削切深度、刀具角度以及进给速度等方面。对于金属塑性材料加工切割时，可以通过改建刀具前角降低金属表面质量发生问题的可能性。因为刀具前角的增大会将且学历降低，从而降低金属表面的变形程度，提升表面质量。另外，在加工过程中要重视对积屑瘤的清理，过量的积屑会导致零件表面的光滑度大幅度降低。完善的工序流程不但可以改善整批产品的质量而且由于金属加工表面层质量主要是在最后一步确定，所以在制定工艺流程时尤其要考虑最终工序前金属零件表面发破损程度和可接受的残余应力等条件，以防金属零件在最后一步出现问题。

3.2 降低系统化误差，进行细节优化

在加工过程中通过引进先进的加工技术和国外先进手段，利用误差预防技术和补偿方案可以提高零件的加工品质，降低原始误差对零件加工表面质量的影响，而且增进的工艺精准性可以有效地预防误差过大，原始材料浪费等现象。另外，通过采用先进的机械设备可以对切割加工过程进行更精准的把握和调控，提高零件的加工制造能力和产成品的质量，将原始误差匀化转移，转变以往加工过程中对金属表面造成的损伤。虽然在金属加工过程中系统化误差是客观存在的，但是适当的提升设备和工艺仍是可以有效降低误差的重要途径，也对提升金属表面质量有着非凡的影响。

3.3 选择合适性能的加工材料

原始材料的物理性质和化学性质对于其表面质量有着源发性影响。原材料的固有热塑性变形能力和金相组织情况是影响产品表面质量的关键性因素，所以在选择原材料时要充分考虑其这两方面的特性，必要时将其作为选择指标。如果制作的金属零件需要以和钢材料和低碳材料为原料，则需要在加工之前就通过正火处理等工艺对其进行降塑操作，因为这一类材料具有较高的可塑性，如果不进行正确的处理就会导致金属零件具有较高的变形度和粗糙度，不利于提高产品质量。此外对于特殊要求和特殊处理的原件，还要充分考虑其金相组织特质是否合适、晶粒大小和晶粒分布等因素，这些都是影响产成品表面质量的重要原因。其次，在选择原材料时要根据实际应用需求做出判断，并不是各项指标都高或者都低的材料是最好的。

3.4 选择合适的切削刀具和其他工具

切削过程产生的残余应力和以及切削热导致的金属零件热塑性变形是影响金属加工表面质量的最为重大的原因之一。合适的刀具在加工过程中不但能够提高生产的精准度，而且可以根据实际需要调整几何参数前角，以此来增加或降低刀具面和金属面的接触面积，根据实际应用情况，使用刀具取角时，前角度数一般为7度，后角则需要根据职业判断或者具体要求进行调整。在选择刀具时要充分考虑以下7个方面即:刀具精度、修光刃锋利程度、刀尖圆弧半径、副偏角度、刀具与加工材料性质是否相似、刀具是否满足加工要求以及刀具导热性，在充分考虑了这些条件后我们在实际操作时再根据实际情况有所侧重。除上述条件以外，在选择刀具和其他工具时也要关注其化学性，以防出现刀具和金属原件发生亲和作用，产生大量的积屑和鳞刺，以至于降低金属加工表面质量。

3.5 降低残余应力和表面层热变形

根据论文前述我们可知残余应力和金属表面层的热变形对金属加工表面质量有着一定的影响，所以在加工过程中，我们往往采用加强金属表面性能、加强材料化学物理性能自己使用切削液等方式来降低金属零件表面的残余应力。其中选用正确合适的切削液并且在适当的时候进行加入和补充可以起到很大的润滑冷却、清洗排屑作用，在减少金属零件和刀具之间的摩擦并且能够带走大部分的切削热。加强材料本身的性能一般都是在加工进行前对金属材料进行一定的技术操作，改善其表面层的性质，以此来提高金属材料在加工过程中面对残余压力的能力。在近年来，通过运用特殊的冷压制造工艺来改善零件表面层性质的做法也已经被普遍应用，这种工艺通过降低产生切削热有效的改善了金属表面层的热变形和和可塑性的提升，在提高金属零件表面质量上取得了良好的使用效果。

3.6 创新加工模式不断探索研究

所以工艺的发展都离不开新型的加工方式和创新。所以要想在现有的基础上提升金属加工表面质量就要不断的进行新的尝试和创意，从不同的角度来看待、解决问题。同时要不断的汲取新鲜的知识和工艺，结合时代发展，比如将加工管控和计算机辅助程序相结合，保证高精细管理。另外探索创新的加工工艺能够提高工作效率并且能为我国的金属加工行业带来新的朝气和发展方向，这是机械加工行业的未来发展使命。

4 结语

金属加工表面质量受到加工机械、加工工艺以及金属材料本身等多方面因素影响，所以要想提高金属加工的表面质量就要从多角度多方面出发，在加工工艺和加工机械方面要尽量减少摩擦、降低残余应力和不必要的破坏;在金属本身性质上要进行定向优化，增强金属表面稳定性，并且选择合适的金属材料进行加工。只有这样才能达到加工目标，提升产品的表面质量，进而提升产品整体的优越性和竞争力，为企业乃至行业带来广阔的市场前景。