机械加工质量影响因素及改进措施

费宁

公安部第一研究所 北京 100037

1 现代机械制造工艺加工技术特点

1.1 系统性

在机械制造领域，制造工艺与精密加工技术密不可分，机械制造本身较为复杂，在经济水平不断提升、科学技术不断进步的时代背景下，我国机械制造也随之提升。为了探寻机械产品的品质进步途径，需要大力应用新的技术手段，不论是在工艺方面还是在精密加工方面，都要融入更多的创新技术，保证机械制造产品性能的稳定性。在机械制造过程中，不断追寻更高的产品质量与技术水平，推动机械制造有序进行。

1.2 关联性

从机械制造的视角分析来看，制造工艺与精密加工技术密不可分，但各自又存在不同的特点，二者之间紧密的关联性不仅体现在实践生产阶段，早在机械产品研发阶段也有体现。机械产品在投入生产的过程中，会涉及诸多方面，各环节也具有一定的独立性，但每部分之间具有紧密的关联性。在具体实践过程中，制造工艺与精密加工技术需要紧密结合，从而保证机械制造产品处于稳定运行发展的状态。

2 影响机械加工质量的因素

2.1 表面质量的影响

每一个机械加工零部件的表面都是由切削加工得到的，这里会用到很多涉及切削加工技术的机床及工具等等。切削质量的好坏主要与以下几方面因素有关，一是材料本身的性质，在我们日常生活中有时用到的物品都具有相同的硬度和韧性，因此我们普遍认为这些物品的加工流程都是一样的。其实，这是一种错误的想法。我们虽然在使用中没看出这两种物品的差别，那是由于我们没有用到它们各自的极限性质。

对于加工零部件的企业来说，不同的材料性质具有不同的加工方法。有的热塑性材料需要先把材料加热到一定温度然后迅速降温至一定温度，然后快速定型，这样就制作成了韧性好但是硬度不太强的材料，有的热铸性材料是需要把材料加热到一定温度后然后再高温下直接进行定性，下面一步就是逐渐降温，温度稳定下来后这个零件也就做好了，这种方式制作出来的材料具有很好的硬度但是缺乏较好的韧性。由此看来，材料本身的性质是一个十分重要的因素[1]。

2.2 零件表面的抗疲劳性

疲劳抗力是指材料在加工过程中能够反复承受应力的特性。特别是对于零件的表面性能而言，疲劳抗力是零件表面性能的重要参考指标。众所周知，在某些极端工作条件下，相互接触的零件之间会出现应力集中的问题。从表面现象来看，主要是由于极细的裂纹、划痕、极小的凹面突起等。

然而，这种表面现象的根本原因在于零件的抗疲劳性不同。在相同的作用环境和受力条件下，耐疲劳性差的零件很快就会出现疲劳应力现象，主要体现在材料表面的小缺陷上，并从缺陷处逐渐向外迅速扩展，从而形成非常明显的裂纹，甚至肉眼可见的裂纹。这种裂纹在科学上被称为疲劳裂纹。这种裂纹对加工零件的质量有很大影响。

2.3 工人和技术人员对加工工艺的影响

在中国的机械加工行业中，经验丰富的加工技术人员将熟练地使用不同材料的各种加工技术，其理论基础也十分扎实。例如，为了零件的耐磨性，当使用机床进行切割时，机床上的切割探针是零件，要切割的材料是零件。这两部分相互摩擦和接触，这是切割工作的本质。

切割探头的切割面积很小，在工人和技术人员施加的外力作用下，探头与零件的接触点和接触面会形成较大的压差，从而产生较大的压力。有经验的技术人员会很好地利用这种压力来完成切割工作，而一些技术人员如果不注意，会导致被加工零件产生相应的弹性变形。最严重的情况是待加工材料的塑性变形。这种塑性变形是不可逆的，也就是说，一旦发生塑性变形，整个材料将永远不会回到其原始状态。最严重的情况是待加工材料存在剪切现象，即待加工材料中存在切割间隙。这样，整个物料处于报废状态，后续加工过程无法继续，导致物料浪费，极大影响物料加工质量。

2.4 加工产品质量需求增加的影响

从加工产品的角度来看，现代机械加工行业的生产继续需要更精确、集成、稳定和坚固的零件。在使用方面，机加工零件的使用环境也更差，要求更高。例如，航空发动机中的旋转叶轮需要承受高速、高压、剧烈的温度变化和良好的防水排水性能。这些高性能要求对机加工零件的表面性能提出了更严格的要求。

3 提高机械加工质量的改进措施

3.1 选择合适材料，做到“材”尽其用

机械加工零部件最基础的就是材料性质。在进行加工之前，每个加工企业和加工技师应该认真提前分析加工零件的使用工况，使用要求，产品性质等条件，根据条件仔细筛选合适的零部件材料，然后接下来制定出相对应的加工方法。如热塑性材料加工方案或者热铸性材料加工方案等等的选取。再接下来，一步一步地制定后续加工方案，确定加工机床，降温方法，零件定型等方面的策略。真正做到“材”尽其用，让选取的材料切实符合产品使用需求，避免材料的浪费，使得整个加工过程更加高效，这是提高机械加工质量的重要改进措施之一。

3.2 焊接工艺

焊接工艺是现代机械设计中经常应用的工艺之一，可以将焊接工艺分为三种类型。一种是气体保护焊接技术，在应用此种焊接技术的过程中，要应用电弧技术的能量，此项技术的特别之处在于以气体为焊接载体[2]。在具体实践操作过程中，会有气体产生，形成保护层，发挥出一定的保护作用。具体操作过程中，二氧化碳是常被应用的保护气体，考虑到其成本低廉，因此深受青睐。第二种技术是电焊工艺，以电连接的方式处理焊接物，焊接物处于正负极中央，在电流的作用下，焊接物中央或附近位置会产生变化，焊接物会被熔化掉。熔化掉的物质起到焊接的作用，从而实现预期的焊接效果。电焊技术进一步提升了焊接的质量，促进了生产效率的提升。在生产法制造过程中，此种工艺得以广泛应用，特别是在汽车制造领域中，不但能够起到降低噪音的作用，还可以降低时间成本。但在生产设备方面，应用此项技术成本相对较高，对设备的技术也有一定的要求。最后一种是埋弧焊接技术，在应用此项工艺过程中，焊接材料发挥了至关重要的作用，需要可燃电弧实现预期效果。可以将此项焊接技术分为两种，一种是全自动化工艺，还有一种是非全自动化工艺，应用全自动化工艺进行焊接，需要利用接车运动电弧与焊丝在生产车间进行焊接操作。应用非全自动化工艺，需要应用相应的设备送入焊丝，后者需要消耗更多的人力、物力及财力，在实践工作过程中，大多应用全自动化工艺。

3.3 精密加工技术

可以将精密加工技术分为4种，第一种是精密切削技术，此技术在机械制造过程中以提升加工的精准性提升加工质量。通常情况下，需要将精准性控制在1～0.1μm，将其称为精密加工[3]。现阶段的机械加工作业中，大多应用精密加工技术，而精密切削技术是精密加工中最常应用的技术，在应用此项技术时，需要应用相应的仪器对材料进行切削，以此实现精密加工的作用。在机械制造过程中，应用精密切削技术能够在一定程度上提升机床的运行效率。第二种是微细加工技术，此种技术主要对象是电子产品中体积较小的零部件，应用其他技术难以满足对微小零部件的加工，为此应用微细加工技术。应用此项加工技术会以特殊的仪器与方式进行操作，提升对微小零部件加工的精准性，在降低能源消耗的同时，提升运行效率。第三种是精密研磨技术，此项技术通过精密研磨的技术手段，能够深入原子级的细致程度。当前应用的精密研磨技术大多应用在集成电路中。在进行具体加工操作时，会以加工液做出的化学反应支持设备仪器运行，从而满足化学研磨与抛光的需求。在科学技术水平不断进步与发展的过程中，精密研磨技术也在不断提升，已经实现超精密研磨技术，并且在机械加工领域发挥出了难以替代的优势。第四种是纳米技术，纳米技术建立在先进的工程技术、物理学科理论基础上，发展至今，纳米技术已经较为成熟。纳米技术的诞生与应用能够弥补精密加工中难以实现的操作任务。可以应用在硅片加工中，以此大幅度提升信息存储密度，对机械制造领域起到了深远影响。

3.4 五轴加工技术的应用和提升

五轴联动数控是应用最为广泛的一项技术，在复杂的曲面加工中能够突显出五轴数控技术的优势，实现加工的自动化和精密化。五轴加工技术的应用和提升主要从以下几个方面进行：首先，选择合理的加工参数，科学、有效的参数选择不仅能够满足机械加工的实际需要，更能够提高机械加工的效率，延长刀具的使用寿命。加工参数的选择要结合加工对象、选用的加工方式、加工材料以及特殊要求等方面内容，合理的选择刀具类型、主轴转速、下刀点、安全高度、加工余量、走刀方式、加工方式等，能够有效提高数控加工的质量和效率。目前，数控加工参数主要集中在刀具选择、走刀路线、进给速度等方面，随着CAM、CAPP等技术的兴起和发展，参数的智能化选择极大地优化了加工效果；其次，刀位轨迹的优化，刀位轨迹是数控加工中刀具的实际走位，对于数控加工技术的精度、质量和效率具有重要的影响[4]。刀位轨迹分布均匀、效率高、误差小，能够满足高质量的加工需求，有效提高零件的表面光滑度和精度，而不合理的刀位轨迹则会大大降低良品率。刀位轨迹的优劣决定了复杂曲面加工的可能性，因此，刀位轨迹的优化应该满足加工过程中接触面光滑、无碰撞、切削的行间距分布均匀，这样的刀位轨迹不仅能够达到最优的加工质量，同时数控的算法效率高、稳定性好，具有通用性。最后，仿真应用，在复杂的曲面加工中，由于加工零件的曲面复杂，加上各种环境因素的影响，使得实际加工中会出现一些意想不到的问题。因此，通过仿真技术的应用，能够对数控加工过程进行模拟，既避免了实际加工中出现的问题，也不会造成实际的经济损失，有效的优化了加工流程。

3.5 优化加工环境，减少外力对施工的干扰

一般认为，在机械加工的过程中，往往很容易受到外界因素的影响。因此，还需要企业和工作人员针对实际机械加工的环境做好把控，从而在最大程度上对来自外力的施工干扰进行把控[5]。从实际工作展开的情况来看，机械加工中的原始误差是难以避免的，但是企业和工作人员却可以通过有效的方法来对外因因素导致的机械加工误差进行降低处理，从而对干扰问题进行把控。首先，企业和工作人员在机械加工的过程中，应当保证良好的施工环境，并同时针对机械加工的设备仪器来做好维护和保养，从而确保机械工程加工能够始终维持在一个良好的状态下，保证机械加工有着更为理想的精准度更为理想的质量。其次，在进行机械加工的过程中，企业和工作人员也需要针对加工过程中的温度问题、湿度温度进行调控，在机械加工的过程中，建立起明确的标准、流程和规范，切实提高机械加工的整体质量。

4 结束语

综上所述，机械加工质量的好坏关系重大。高质量的机械加工，有利于提高机械加工零部件的使用性能，该零件可以在多种苛刻的工作条件下发挥出自身性能，切实保证由该零件组成的各种机器能够长时间稳定地工作运转。而低质量机械加工，零部件会存在各种各样的问题，既浪费原材料，又会影响后续零件机器的使用情况。本文，总结了关于机械加工零件的相关内容及定义，并重点分析了影响机械加工的因素，最后针对性地提出了提高机械加工质量的改进措施。