影响机械加工表面质量的因素及改进措施

高乾坤　李培远

（丽水学院 工程与设计学院，丽水 323000）

影响机械加工表面质量的因素及改进措施

高乾坤李培远

（丽水学院 工程与设计学院，丽水 323000）

本文对机械加工表面质量对其工作的性能影响进行探讨，分析在机械加工过程中表面质量的影响因素，并针对这些因素提出改进措施。

机械加工 表面质量 影响因素 改进措施

机械加工的表面质量又可称为工件的粗糙度，主要是指工件在通过机械加工过程中所产生的不平度。这些不平度和粗糙度的程度不同，会使工件在工作过程中的工作效果和工作质量产生差异，严重时会降低工件的使用寿命。可见，工件的表面质量需要严格的控制，才能够保证工件的工作能力与工作质量。目前，机械加工表面质量的影响因素除了与加工机械的工具和技术有关外，还与工件的制作材料有关，需要针对不同的加工工艺、加工材料和加工技术进行对策的探究。

1　机械加工表面质量对工件性能的影响探究

1.1对耐磨性的影响

表面质量能够直接影响工件的磨损程度以及工件的耐磨程度。在工件的运行过程中，工件的表面质量对工件的耐磨性有直接的联系，并能够直接影响工件在磨损条件下的表面水平。工件在使用过程中，共分为三种工件磨损阶段，分别为初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。通过实践观察可以看出，工件在生产完成后的表面质量越高，耐磨度就越高，而表面粗糙值越高，工件在使用过程中的受磨损程度就越高。可见，如果工件的表面质量不够，就会直接影响工件的使用寿命。

1.2对疲劳强度的影响

当前，机械加工的工件材料均为金属材料，在加工过程中会受到变形、冷热交替等多种形式的加工工艺影响，这对金属的抗疲劳强度有一定的影响。如果工件的表面质量不够高，则会使金属工件的抗疲劳能力变差，直接影响工件工作过程中的抗疲劳能力。

1.3对耐蚀性的影响

工件在工作过程中会遇到不同强度的碱性和酸性环境，对工件的耐腐蚀性能有一定的要求。而机械加工对金属的耐蚀性有一定的影响，特别是在表面质量的好坏上，直接决定了工件的耐腐蚀性。如果工件的表面光滑、平整，则工件的抗腐蚀能力越强。而如果工件的表面粗糙，则工件的抗腐蚀能力则会显著下降。

1.4配合质量的影响

工件的配合质量是指工件在制作时的配合度，表面质量能够决定配合质量。表面质量越低，则工件间隙配合的磨损程度就会越严重，间隙也会随之增大。表面质量越高，则会使工件的配合度提高，减少工件过盈配合而导致的表面凸峰现象，降低工件由于配合能不足而产生的质量下降问题。

2　影响机械加工表面质量的主要因素

2.1切削加工刀具的影响

机械加工过程中不可避免地要对工件进行切削。切削时所使用的道具，对工件表面质量有非常大的影响。切削刀具会在工件的表面留下切削的层残留，这种层残留是刀具几何形状的复映。如果材料是塑性材料，则容易在加工过程中产生塑性变形，造成金属刀具和工件之间的切屑与工件分离过程中出现撕裂现象，从而致使工件标卖的粗糙度变大。一旦出现这种现象，工件的韧性越好，撕裂现象就越严重，所产生的塑性变形也就越严重，工件的表面就会越粗糙。而在进行脆性材料加工时，加工出现的切屑会呈现出颗粒状。这些颗粒会在切削过程中飞溅在工件表面上，造成工件表面出现麻点一样的小坑洞，导致工件表面粗糙。对工件影响最大的刀具形状，是刀具刀尖的圆弧半径r、副偏角r’以及修光刃。除此之外，它与刀具减小进给量、主偏角等也有非常大的关联。刀尖的圆弧半径r增大时，会使残留物的高度减少，但会增加变形。

2.2磨削加工的影响

除切削加工外，磨削加工也是机械加工工艺的一种。磨削加工对工件的表面质量也有一定的影响，这与磨削加工过程中的几何因素有关。磨削加工中，常见的影响因素主要有砂轮的力度、硬度、修整磨削速度、磨削镜像进给量以及光磨次数等。磨削加工过程中，塑性变形和切削热较切削加工更为严重。对于磨削加工的工件，其表面上的残留物或复映效果更加严重。

2.3表面层冷作硬化现象

机械加工在结束切削工作后，工件会受到切削力产生变形。工件的扭曲、畸变、晶粒的剪切滑移、拉长、纤维化等现象都有可能发生。这种情况下，工件的表面会出现较硬的金属层。这层金属的强度、硬度都会更高，这种现象即为冷作硬化现象。冷作硬化现象会使工件表面的变形阻力更大，但也会降低金属工件的塑性。在不同的环境中，冷作硬化会产生变化，使工件的状态趋于稳定，这种变化被称为弱化，弱化后工件的状态更加稳定。弱化的过程长短、结果与工件的温度、周围环境有直接的关系。因此，机械加工中，对冷作硬化现象有三项评价指标，分别是表层金属的显微硬度HV、硬化层深度h和硬化程度N。工件加工后，是否能得到较好的冷作硬化结果往往影响工件的表面质量。机械加工过程中，切削刃的钝圆半径越大，对工件表面的挤压作用越强，在冷作硬化作用时受到的影响越大。机械加工刀具面的磨损越大，会使工件与刀具表面的磨损越大，对工件塑性变形的影响也越大，冷作硬化作用也越强。切削速度加快，工件与刀具的接触时间就会越短，此时就能有效缩短工件的切削时间，降低工件冷作硬化现象的效果，从而减少工件的塑性变形问题。

2.4表面层材料金相组织

工件的表面材料是加工过程中主要的考虑因素。这是由于工件在进行机械加工时属于热加工，工件被切削的过程中会温度变高，造成工件表面工件的金属金相组织发生变化。一般情况下，工件的表面温度增高，会使工件的表面金属强度降低，硬度也会随之下降。这对工件表面质量的提高和保证有非常大的影响。严重的情况下，甚至会出现残余应力现象，造成工件表面出现微观的裂纹，这种现象被称为磨削烧伤。磨削烧伤主要分为三种，分别是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤。回火烧伤主要发生在磨削区的温度与淬火时的相变温度差异较大，且磨削区的温度较低时。这种情况下，工件的表层金属组织会变成回火组织，造成烧伤。淬火烧伤主要发生在磨削区温度超过相变温度时。此时，工件再进行加入冷却液的冷却工作，就会出现二次淬火现象，造成工件表面产生淬火马氏体组织。退火烧伤则主要发生在磨削区温度明显超过相变温度，但并未经过冷却液冷却的情况下。工件表层的金属层会出现明显的退火组织，其硬度也会急剧下降。

2.5表面层残余应力

表面层的残余应力产生原因有很多，与工件在加工过程中出现的塑性变形有直接的关联。工件的塑性变形仅仅在工件的表面上出现，而表面的塑性变形会与工件内部的金属产生拉应力，造成工件表面产生残余应力，从而使工件表面变得粗糙。除了塑性变形外，切削加工过程中的切削热，也会使工件表面出现变化。而一旦工件的金相组织出现不同的密度，就会使工件不同的部位出现不同的比容，造成工件表面的金相变化，从而对工件的表面质量产生影响。最明显的表现就是工件表面出现残余应力，造成工件的表面变得粗糙。

3　提高机械加工表面质量的对策

3.1合理选择刀具的角度

为了减少机械加工过程中刀具对工件的复映作用，首先要对影响极大的几种角度进行改善，主要改变刀具的几何参数前角（γo），将其取大一些，使刀具与工件的接触振动降低。而在进行切削刀的取角时，则要将负前角取-2°～15°，以此来提高工件的精度。后角方面，则可将其增大，以此进行工件表面弹性的恢复，提高工件的表面质量，降低工件与后刀面的接触长度。主偏角（Kr）的设定较为简单，往往取值要尽量的小，以能够较为刚性地进行精加工工作。副偏角的主要功能是减少工件的残留高度，取值也应尽量小，一般在5°～10°。如果工件的加工需求特别高，则可以使用具有修光刃的刀具，从理论上降低工件的残留高度。此外，刀尖的形状应尽量选用圆弧形过渡刃。上述办法都能够提高工件的表面质量。

3.2合理选择切削用量

切削用量主要分为进给量f和削速度V两项。在进行进给量的选择时，尽量选择小的进给量，以降低工件的残留高度。而在进行削速度的选择时，则要尽量的高，以避免积屑瘤的产生。目前，较好的速度不高于38m/min，或是不低于80m/min。上述两种速度都不会使工件在加工过程中产生积屑瘤。图1为积屑瘤的产生原因示意图。

图1　积屑瘤的产生原因示意图

3.3增加运动机构本身精度

机械加工工艺中，运动机构本身的精度会直接影响加工效果。如果机械加工的机床主轴精度不够，则会直接影响工件的表面质量。特别是机械加工过程中机床的轴向窜动和径向跳动，都会影响工件的表面质量。因此，要保证机床的两种活动不大于0.1mm，并增加刀架瓜脚的支撑面积，进一步消除大托板的爬行现象。

3.4合理选择刀刃部分材料

刀具的硬度、耐磨程度、刀刃锋利度等都会直接影响工件与刀具的摩擦系数。摩擦系数小，工件的受损程度就越小，切屑对工件的影响也就越小，同时也可避免工件加工过程中产生积屑瘤。

3.5改善工件材料加工性能

在加工工件过程中，在不影响性能的前提下，应对工件的加工材料进行适当调整，以降低工件材料的硬度，从而减少工件与刀具的磨损程度，尽可能地减少和抑制积削瘤的产生。

3.6合理选择切削液

机械切削时，一定情况下需要对工件进行切削液的使用。切削液能够有效减少工件与刀具的摩擦，减少切削变形、积屑瘤等问题的出现，并且能够提高刀具的整体硬度。

4　总结

机械加工的工件在各行各业中都占据了重要位置，且随着机械加工工艺的不断提高，对工件的加工质量要求也越来越高，特别是对工件表面质量的重视程度也随之提高。工件的表面质量会直接影响工件使用过程中的耐磨性、抗疲劳强度、耐蚀性以及配合质量。上述内容都会间接影响工件的使用效果和使用寿命，提高使用企业或工厂的成本，因此受到工件加工单位的重视。其中，工件表面质量在加工过程中所受到的影响最大。

在机械加工过程中，工件会由于多种原因的作用产生表面质量的变化。其中，机械加工工艺的不同、机械加工刀具的角度和质量、工件的材料以及工件加工过程中的反应，都会对工件的表面质量产生影响。如何通过调整加工工艺和生产工艺，减少机械加工过程中所产生的残余应力和表面残留，是整体上提高工件表面质量的关键。

综上所述，机械加工过程中对工件表面的质量控制非常重要。这是保证工件加工水平，提高工件加工效率，减少工件加工对刀具磨损的重要手段，值得注意。

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[2]冯丽.影响机械加工表面质量的若干因素和改进方法[J].中国科技信息，2014，（5）：159-160.

[3]肖英军.影响机械加工表面质量的因素及改进措施[J].科技创业家，2014，（3）：72.

Factors Affecting Machined Surface Quality and Improvement Measures

GAO Qiankun,LI Peiyuan
(Lishui College of Engineering and Des ign College, L ishui 323000)

The mechanical process, there are many causes for the workpiece scrapped, the most common problem is the difference between machined s urface quality machined surface quality differences wi ll af fect the durabi lity of the workpiece during use, corrosion resistance and fatigue strength. If the surface quality of the workpiece processing failed, it will directly affect the life of the workpiece. This paper discuss es the quality of machined surface affect the performance of its work, the analysis in the machining process, surface quality factors, and propose measures to improve the response to these factors.

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