提高机械加工表面质量的措施及热处理技术分析

董文龙，曹 壮，徐鑫秋，王林波

（空军预警学院雷达士官学校，湖北 武汉 430345）

引言

在当前飞速发展的社会背景下，不断推进机械加工的精细程度及其专业特性，在保障质量和标准的前提下，使企业获得核心竞争力。在机械加工过程中应用热处理技术，不仅提升了加工零的表面质量，而且极大地改善了机械加工零件的性能，延长了零件的使用寿命。

1 机械加工表面质量的定义

机械加工的重要目的是让金属原料经过加工过程后，形成一个独特的表面层，这个表面层就是被反复提及的机械加工表面。而对这一表面层质量的评估，一般会从两个方向进行，一是经过机械加工的表面层与最初标准要求之间的误差，多数情况下这种误差以几何的形式呈现，用粗糙度进行衡量。二是对经过机械加工产品的性能评估，包含力学和组织性等数值的考量。粗糙度的概念主要用于对金属坯料表面波峰、波谷的具体描述，这些痕迹主要来自于机械的切割，以及切割过程中所产生的振动、摩擦。而性能方面的组织性能，则是指金属坯料在加工过程中受到外力作用，自身在微观角度下发生的组织变化，这种现象的起因大多伴随产生的热量。热量累积到特定温度，金属坯料表层就会发生退火，进而造成产品组织性能方面的变化。在力学性能方面，经过机械加工金属坯料表面会因切削及切削伴随的热能留下部分残余应力。如果这时候没有及时进行对应热处理或其他有效措施，机械加工产品表面就会出现细微的开裂，对于其正常使用和后续使用寿命都会产生不容忽视的影响。常见的负面表现有加工零件易损伤、使用寿命短缩短等。

在对机械加工的零部件进行设计时，还需要充分考虑金属坯料在各方面的参数，力求达到设计图上最为理想的效果。从节能减排角度来看，从业人员也应当在工作中关注误差的产生及变化，保障产品零件的精度能够通过热处理技术达到最好效果。

2 机械加工表面质量的重要影响

2.1 配合质量

表面粗糙度是衡量机械加工零件表面质量的重要指标，机械加工产品表面质量影响着配合质量，对于产品整体配合质量也有着直接作用。从间隙配合的角度讲，产品表面的粗糙度越大，磨损程度就会随之加大，间隙不断扩张，其配合性能也会受到破坏。从过盈配合角度讲，如果机械加工后的成品零件在装配使用过程，表面的凹凸痕迹被挤压平整，就会降低过盈量，直接导致连接强度受到波及。

2.2 疲劳强度

机械加工表面质量会影响产品的疲劳强度。作为金属零件，在经历交变荷载之后易产生疲劳损耗，多数情况下，破坏会在产品表层和表层下面的冷硬层之间出现。如果金属零件表面粗糙度较高，对疲劳损耗的抵抗就会处于弱势。

2.3 耐磨性

机械加工后投入使用的产品通常会经历三个阶段的磨损，分别是初期磨损阶段、正常使用期磨损阶段以及最后的剧烈磨损阶段。一般来说，机械加工产品表面粗糙度决定着零件的耐磨损性。数值越小，耐磨越好。但是粗糙度小也会伴随负面影响，比如润滑油的储存问题，以及零件与其他部分接触时易出现的分子粘结问题，这些现象同样会导致损耗。基于此，零件表面的粗糙度一定要把控在合理范围内，同时关注工作的荷载量，在初期磨损阶段增加荷载量，零件表面的粗糙度最佳值也会随之发生变化。

3 提升机械加工表面质量的可行措施

3.1 调整切削量和切削速度

在进行机械加工的过程中，切削是必要的环节，切削与产品表面对应的塑性变形程度相关，也会影响其粗糙度，因此，应当合理选择适宜的切削量。零件表面常见的鳞刺形成也与切削速率有关，对于塑性材料，通过调整加工速度，避免残次品形成的同时，可降低成品表面粗糙度，整体提升产品质量。对于切削液的选择，首先要考虑其冷却效果和润滑效果，尽可能降低表面应力，避免形成刀瘤和鳞刺，防止在处理过程中造成材料变形，或是材料粗糙度难以达到预期标准。

3.2 调整加工材料

要提升机械加工表面质量，还可以考虑提升加工材料自身的性能。表面粗糙程度对材料塑性和组织性能影响较大。一般来说，塑性材料经过机械加工，会有较大的粗糙度，而脆性材料则不同，经过加工处理后，粗糙度大多能达到理论标准的要求。另外，即便是相同类型材料，如果材料中晶粒大小不同，粗糙度也会相差较大。因此，在对塑性较大的低碳钢进行切削前，应提前进行正火处理，获得均匀的晶粒组织，提升其硬度后，再进行切削加工，以降低成品粗糙度。

3.3 挑选合适刀具

在机械加工过程中，合适的刀具和适宜的材质能够大大提升生产效率。对刀具品质的提升，有助于改善零件加工中的残留面积，因此，对于刀具的选择既要考虑其刃磨情况，也要考虑不同几何形状刀具的加工效果。对刀具前角、后角进行考量，减少切削过程中造成的刃口。同时刀具材质选择主要关注其适应性，用科学的方式把控刀具磨损度，对于磨损严重的刀具要及时更换，避免粗糙度超出标准。

4 机械加工中热处理技术的作用

在机械制造的过程中，热处理技术对于其加工有着至关重要的作用，但对于产品形状、表面质量以及尺寸大小不会造成直观改变，更多的是对金属坯料微观组织构造层面产生影响，以实现内部性能和外用性能的共同保障。因此，热加工处理对于产品性能的提升作用显著。热处理技术和机械加工中的锻压、切削、焊接一样，是零件在制造过程中必不可少的加工环节。在工业制造中，合理应用热处理技术，发挥其正向作用，对机械加工质量提高有重要意义。

4.1 完善机械的制造工艺

在零件制造加工过程中，热处理技术能够针对性地发挥作用，结合实际工序顺序与不同的制造标准，热处理技术可以被分为预备热处理和最终热处理。预备热处理一般是在零件毛坯状态时进行的，在切削作业之前完成。包含正火、退火、调质等。预备热处理有助于去除生产毛坯零件时产生的应力、降低材料硬度，为下一步的切削加工做好准备。

热处理的主要作用是让金属经过加热实现组织性能方面的改变，最终适应实际作业，这些性能包含硬度、强度，以及抗压、韧性等。最终热处理大多是在零件加工后期进行，最后再精加工，零件制造即可完成，包括淬火、氮化、回火等。无论是预备环节还是最终环节，热处理的作用都是为了使零件更利于后期加工处理。

4.2 处理零件原料质量

机械加工过程中，很多零件构造复杂，处理困难，实际应用途径也较为特殊，其力学要求和组织学要求较高，因此，在加工过程中可以首先选择可控气氛热处理方式进行处理。在日常制造中，锻造、铸造是零件制造过程中常见的加工工艺，但是，锻造、铸造的零件坯料大多会存在一定的不足，影响零件的整体质量水平。通过应用热处理技术，如退火、正火等工艺，可以减少零件自身的缺陷问题，也有利于后续加工。因此，在零件加工过程中，热处理技术对零件内部构成和组织结构的改善都有着重要作用。

4.3 提升切削性能

热处理技术对于零件加工过程也发挥重要影响。在平时的机械加工中，对于铝合金材质的管壳类、薄壁零件，很容易出现固加工导致材质变形，难以投入使用的问题。基于实际状况，从业人员可以引进热处理技术，对管壳类铝合金零件进行热处理，提高产品的整体质量。

经过热处理的零件在性能和机械加工过程中都有了显著变化，尤其在切削环节，很好地解决了零件变形成品率低的问题，零件的加工精度进一步提升。在机械加工过程中，金属零件的切削衡量标准主要包括机械切削力度的大小、切削碎屑正常排出、切削碎屑形状是否正常、伴随切削产生的热量是否在标准范围内以及加工零件的表面质量如何等。对于零件本身，则主要判断材料在力学方面、物理方面、化学方面和组织结构等方面的性能变化。在机械加工准备工作完成的同时，零件的材料选取也随之就绪，此过程中最为主要的影响因素是材料本身所具备的力学、组织结构性能。热处理的主要优势是能够同时改变其力学和组织结构，因此，热处理技术被广泛应用在机械加工过程，尤其是切削环节。

4.4 进行表面处理

热处理技术在机械加工零件表面处理中也可以发挥作用。在机械制造的实际操作中，钢材的淬火工艺和回火工艺很难直接满足零件生产的主要标准，因此，寻找合适的方式对零件性能和强度进行提升，是从业人员一直探寻的焦点问题。截止目前，在处理硬度、性能和耐磨性有较高要求的零件时，热处理仍是必要选择。借助热处理技术，使零件表面及内部结构发生变化，提升零件的材料硬度、强度，在实际使用中抗压力更强，使用寿命也能大大提升。相较于其他处理方式，热处理技术虽然也存在些许不足，但其可操作性、便捷性和实际效果等优势都是当前工业加工中其他技术所不能取代的。

5 结语

当前我国机械加工技术已经趋于成熟，机械加工表面质量备受重视，机械加工标准与要求也随之提升。在机械加工表面处理时，热处理技术仍是必然选择。因此，应积极完善、创新热处理技术，提高机械加工质量，促进机械工业更好地发展。