淺析機械加工表面質量問題

張誠

摘要：機械加工的表面質量，是整體加工工藝質量的一個重要檢測標準，一定程度上也代表了一個機械加工企業的工藝水平，在市場經濟激烈競爭的體制下，提高機械加工表面質量的技術工藝，對于增強企業的核心競爭力、尋求更高的經濟效益，有著不可替代的作用。本文對機械加工表面質量問題進行了探討。

關鍵詞：機械；加工；表面質量；問題；措施

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

機械加工工件表面質量的好壞直接關系到機械零件的工作性能，只有工作性能良好的工件才能保證機械設備進行正常的運轉。因此， 在機械加工中， 我們必須重點分析影響其表面質量的關鍵性因素，并積極采取行之有效的措施，加強對機械加工表面質量的控制與改進， 提高機械產品的性能， 促進機械制造行業的健康發展。

一、 機械加工表面質量問題及原因

1、 切削加工

切削加工是機械產品生產環節的重要加工手段，顧名思義，就是使用切割工具將備用的金屬材料按照要求切割成生產所需要的形狀樣式、大小尺寸，以及控制零部件的表面質量等等。在切割過程中，切割角度，切割工具的形狀都會對金屬表面質量造成直接影響。機床加工生產中，機械震顫所帶來的影響也是不可忽略的。有時候，金屬材料的自身屬性也決定著產品表面質量，加工一些韌性較好的材料時，要想是產品表面粗糙度降低，那就要盡量的減小金屬的形變；而加工韌性較差的金屬時，特別注意的是加工過程中產生的金屬細屑，這些東西如果存留在金屬表面，自然地也會增加產品的粗糙度。

2、 表面層冷作硬化

機械加工過程中因切削力作用產生的塑性變形，都會使表面層金屬的硬度和強度提高，這種現象稱為冷作硬化。經過不斷的實踐研究，如下幾個方面是冷作硬化重要原因。切割工具的半徑過大，導致金屬表面受力過強，非彈性形變產生，金屬表面硬度變強。當工具磨損程度加大時，工具與金屬表面急劇摩擦，也可以導致冷硬增強。切割時速度過大，產生的熱量在金屬表面作用時間較短，也會不同程度上增強冷硬程度。

3、表面層材料金相組織變化

在進行金屬切削時，金屬表面溫度會急劇升高，當溫度超過規定數值的時候，金屬表面的金相組織就會隨之產生一些不必要的改變。其中磨削燒傷最為常見，主要可以分為回火、淬火以及退火燒傷三種。這種“燒傷”指的是在切割、打磨金屬時，由于表面溫度過高，是金屬外層的金屬強度和金屬硬度變低，同時在金屬表面出現一些肉眼看不見的細紋。其中回火燒傷是說，在淬火過程中，磨削部分的溫度并沒有高出金相組織變相溫度，可是卻高于了馬氏體轉換的溫度。如此就不能產生正常的回火馬氏體金屬組織，而是轉變為硬度不是很高的托氏體。而淬火燒傷是指溫度已經大于了使金屬相變的溫度，金屬在淬火、冷卻加工以后出現的再次淬火的現象，使得金屬產品本身硬度過大。最后一種是退火燒傷。出現淬火燒傷現象以后，不能及時的降低磨削部分的溫度，這樣金屬表面就會產生一種新的組織，叫退火組織，也直接影響這產品的硬度。解決此類問題的方法也不少，究根結底燒傷的原因就是磨削區的溫度太高，選擇材質合適的磨削工具可以考慮，另外，做好加工過程中的降溫工作也是有幫助的。

4、 表面層殘余應力

表面殘余應力產生的原因。一是切削時在加工表面金屬層內有塑性變形發生，使表面金屬的比容加大，由于塑性變形只在表層金屬中產生，而表層金屬的比容增大，體積膨脹，不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻止，因此就在表面金屬層產生了殘余應力，而在里層金屬中產生殘余拉應力。二是切削加工中，切削區會有大量的切削熱產生。三是不同金相組織具有不同的密度，亦具有不同的比容，如果表面層金屬產生了金相組織的變化，表層金屬比容的變化必然要受到與之相連的基體金屬的阻礙，因而就有殘余應力產生。

二、機械加工表面質量的控制措施

1、 合理選擇刀具

選擇刀具的材料性能應該與被加工材料有一定的協調搭配能力，這樣能夠有效的防止加工過程中刀具耗損較大，由于切削刀具直接接觸工件表面，一旦切削刀具發生耗損，產品的表面質量難以得到保障；另外切削刀具的大小尺寸等幾何參數務必要精確，安裝后的切削角度調整問題，都要嚴格把關，爭取最大限度的在此環節不影響產品表面工藝。

2、嚴格控制材料質量

零件表面質量與所選擇的材料有著非常緊密的聯系，為此，在選擇加工材料時，應對加強這兩個方面的控制。而針對低合金和低碳的鋼材料，由于其自身具有較強的可塑性，為此，在零件加工的過程中，應通過“正火處理”，使其塑性能夠得到控制，逐漸下降，同時針對金相組織，也因零件質量的不同，其要求也有所差異，故應更加深入地了解其組織狀態和經理分布，提升對其了解程度，以便選擇最佳的材料。

3、 綜合運用加工技術

當前，較常使用的兩大加工技術，主要分為：精密、超精密和光整加工；滾壓、擠孔、噴丸強化、金剛石亞光冷壓型加工。這兩種加工主要特點為：前者在進行加工時，應選擇最小的“徑向進給量”，而在選擇砂輪工作速度時，則以較大為最佳，與此同時，工件的速度也以較低為宜。此外，為了使零件表面加工質量更高，砂輪也應當盡可能地選擇細粒砂輪，對砂輪表面也要進行適當的修整，以此來提升磨粒的鋒利程度；后者是一種較為先進的處理技術，該技術可使零件表面質量得到有效提升，對提升機械產品質量也同樣有著積極作用。

4、選擇合理的切削參數

合理的切削參數能夠抑制產生積屑瘤，進而降低了加工殘留面積高度，確保加工工件表面質量。選擇切削參數主要包含了選擇切削刀具角度、切削速度以及進給速等。有實驗表明，當加工塑性材料之時如果要采用較大前角刀具，就能夠有效抑制形成積屑瘤。因增大了刀具前角，就能夠降低切削力及切削變形，變短了刀具和切削接觸長度，降低了形成積屑瘤的幾率。

5、 切削條件

使用較快切削速度進行操作，能夠有效降低塑性材料產生積屑瘤，有效減小進給量，采用高效的切削液增強工藝系統的剛度，加強機床動態的穩定性，能夠得到有效的表面質量。

6、 減少加工表面層變形強化和殘余應力

為減小機械加工表面層的變形強化，必須對刀具的幾何形狀進行嚴謹的選擇，包括對刀具角度和磨損寬度的選擇，刀具的前角和后角盡量較大，進行磨刃的過程中，注意保持切削刃的刃口半徑盡量減小。在進行切削過程中，為了降低刀具刀面寬度的磨損，可以通過合理的改變切削用量來實現，應當選取較低的進給量和保證較高的切削速度。切削過程中，通過合理使用切削液，可以有效的降低加工金屬表面層的強化變形。在應力集中或者具有腐蝕性環境中應用的加工零件的機械加工中，對殘余應力對制作件的疲勞強度的影響極為明顯，會降低制作件的疲勞強度，所以在機械加工過程中必須避免和減少殘余應力現象的出現。導致殘余應力現象出現的因素很多，而且復雜，一般為了減小殘余應力，可以采用降低切削溫度、減小塑性變形程度來實現。在實際機械加工過程中，為了保持被加工件的穩定性、增長其使用周期、提升其使用性能，可以通過冷壓方法來對其表面層的材質進行加工，比如金剛石壓光、擠（脹）孔、滾壓和噴丸強化等等，都可以提升加工件的產品質量。

總之，機械加工的表面質量對于零件的耐磨性、抗腐蝕性及精度都有著重要的影響，而影響表面質量的因素又是多種多樣的。因此在實際操作過程中，需要對癥下藥，制定出相應的防范性措施，從而提高機械加工的表面質量。

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