机械加工表面质量及影响因素探析

机械加工表面质量及影响因素探析

陈忠平

广东香山衡器集团股份有限公司广东中山528403

摘要：对机械进行加工时，往往会因为多种因素引起机械的表面质量出现问题，进而对整个机械加工的质量产生直接影响，使机械加工工作不能顺利地进行。这些因素都会对加工物品的外表质量产生很大的影响。掌握机械设备的技术方法对加工外部质量产生影响的作用规律，以致改善加工程序，对增强加工物品外表质量、增强机械设备的使用效果，有着非比寻常的意义。

关键词：机械加工；表面质量；影响因素

引言

在进行机械加工时，机械的表面往往会因切削力、热缩性变形、原始误差、切削热等因素而出现问题，而在实际的工作中，通过采取有效的措施进行预防，尽可能地避免与减少机械加工表面质量问题的发生，保证机械的质量，进而使企业的经济效益最大化。

1.机械加工表面质量简介

一般情况下，机械加工表面是达不到完全平滑且毫无误差的技术水平，切削力、切削热等因素都会对零件表面加工产生影响，从而改变机械的使用寿命和工作性能。机械加工表面质量指的是零件加工后其表面的几何形状和性能，包括物理力学性能和化学性能。机械加工表面受到物理和化学的影响会多多少少使机械表面与标准之间产生误差，影响其性能的稳定性。机械加工表面质量的衡量标准是表面的粗糙程度，既加工表面上的微观几何形状的性质，主要由Ra（轮廓算术平均偏差）、Rz（微观不平度十点高度）、和Rv（轮廓最大高度）等三个参数进行测算。这些参数值得选择要符合零件表面性能的要求和成本经济效益原则。

2.影响机械加工表面质量的关键因素

2.1切削力和切削热对机械加工表面质量

在切削过程中，零件表面层的物理机械性能会发生很大的变化，主要体现在机械零件的表面层硬度、残余应力的产生以及金属材料金相组织的改变等方面。机械零件在切削过程中由于切削力和切削热的作用，表面层形态会产生变形使得机加工零件的表面发生冷却硬化的现象，此现象的产生会增加零件变形的阻力，从而影响到零件的物理机械性能的改变。在机械加工过程中由于刀具与零件的相对高速运动而产生了大量的切削热，当其温度超过特定的界限值后，就会影响到零件表面层材料金相组织，导致金属零件表层强度和硬度降低并产生一定的残余应力，进而影响到零件的机械加工表面质量。

2.2磨削加工对表面质量的影响

磨削加工表面的粗糙度会受到几何因素和表面金属的塑性变形的影响，例如，砂轮的硬度、磨削的进给量和磨光次数以及磨轮的修整、砂轮的粒度等等。砂轮的粒度越细，单位上的磨粒数越多，其表面粗糙度越小。砂轮的硬度要适中，不宜太硬也不宜太软，太硬，最终磨粒不宜脱落，太软，磨粒易脱落。增大磨削深度和纵向进给量，工件的塑性变形增大会导致表面烧伤。径向进给量增加磨削过程中磨削力和磨削温度会增加，磨削表面塑性变化程度增大，从而增大表面粗糙程度。

2.3零件的耐磨性

由于零件加工时所使用的摩擦副材料、润滑剂的不同以及热处理情况的差异存在一定程度上的关联，因此在零件具有耐磨性的特性时，会影响机械加工表面质量。一般来说，零件在磨损过程中包括三个阶段：磨损初期，摩擦副材料开始工作运行时会有一个较为明显的摩擦效果；磨损中期，开始进入正常的磨损阶段，磨损程度相对稳定；到了磨损后期，也就是磨损加速阶段，加剧的磨损会导致零件无法正常运行。正因如此，所以零件的耐磨性也会对机械加工的表面质量产生较大的影响。

3.机械加工表面质量的控制方法

3.1表面粗糙度的提高

在进行磨削加工时，要合理选择砂轮并确定磨削的科学用量，从而使其有利于提高表面粗糙度，此外，也要重视磨削液的利用及其作用。在进行切削加工时，应当选择较大的刀尖弯曲弧度和相对较小的进给量，从而提高表面粗糙程度。在实际工作中，一般高速精切和低速宽刀精切会使表面粗糙程度较小。另外，切削液的选择要合理，挑选刃磨质量较好的刀具，也可以减小其粗糙程度。

3.2残余应力及热缩性变形对机械加工表面质量的影响

在零件的机械加工过程中，切削引起机械零件表层塑性变形，表层金属与内部金属表面出现离层状态，会导致零件表层内外部之间产生相对作用力；同时大量的切削热和内外层金属密度及比容较大的差异化也会造成残余应力的出现，还有就是零件表面最终工序产生的残余应力也会影响到零件的加工表面质量，进而影响到零件的使用性能。零件的表面层在机械加工过程中由于受到大量切削热的影响，表面层温度与零件基体温度之间的温度差会产生较大的热压缩应力，导致热缩性变形现象的发生，对零件的机械加工表面质量产生不利影响。

3.3刀具几何参数与材料对表面质量的影响

（1）刀具几何参数。刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径。刀类圆弧半径rε、主偏角KΥ和副偏角k′Υ均影响残留面积的大小。减小主偏角，刀具强度高、散热条件好，特别是使残留面积高度Rmax减小，表面粗糙度值小。增大主偏角，使背向力减小，易于断屑。过小的副偏角，会增加副后刀面与已加工表面间的摩擦，引起振动，使表面粗糙度差，所以应该在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。

（2）刀具材料。在切削条件相同时，刀具材料硬度越高，表面粗糙度值越小。立方氮化硼或金刚石刀具切削所获表面粗糙度值小于硬质合金刀具，而硬质合金刀具所获的表面粗糙度值又小于高速钢刀具。

4.提高加工表面质量可采取的措施

4.1选择好的、合理的刀具

为了获得较少的残留面积应采用合适的修光刀刃或者宽刃精刨刀，这些刀具刀尖圆弧半径较大或者副偏角较小。另外还要避免使用一些受到严重磨损的刀具，这也可以减小零件表面的粗糙程度。此外，刀具的前后刀面、切削刃的本身的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度，所以要提高刀具的刃磨质量，使刀具的粗糙度值低于工件的粗糙程度值的一到二级。提高切削速度也可减少积屑瘤和鳞刺，减少零件加工表面的粗糙程度，较高的切削速度切削可以减小产生积屑的概率，使用优质切削液，在一定程度上适当减小进给量，把机床动态稳定状态保持到最好状态。而选择合理的磨削用具是做好工件表面质量的重要前提。

4.2选择合理的切削液

为了保证良好的表面质量，选择正确的切削液也是必要的，一个合理的切削液可以减少降低切削时产生的热度，使切削区的温度不断降低，减少刀刃与工件的摩擦力，可以降低刀具的磨损。

4.3制定合理的加工规程

合理的加工规程使零件加工有了科学的指导，它是基础保障，所以一个越是科学、合理的加工规程，越能保证一个零件的高质量，我们应建立一个合理的加工规程，加工流程要短，定位正确，定位基准与设计基准要重合，采取有效的冷却加工、精密和光加工等方式，采用精密加工、超精密加工以及光整加工，减少加工表层变形强化和残余应力，在一系列的加工程序下打造出一个粗糙度低的高质量零件。

5.结束语

机械加工的表面质量，是整体加工工艺质量的一个重要检测标准，一定程度上也代表了一个机械加工企业的工艺水平，在市场经济激烈竞争的体制下，提高机械加工表面质量的技术工艺，对于增强企业的核心竞争力、寻求更高的经济效益，有着不可替代的作用。

参考文献：

[1]陈彦华.机械加工表面质量的影响因素[J].中国新技术新产品，2009，（24）.

[2]郑玉皎.机械加工表面质量的影响因素及其对策[J].中国科技博览，2009，（21）.