试论机械加工质量影响因素及管理

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论述 LoW CARBoN WoRLD 2013，lo试论机械加工质量影响因素及管理牟景珊(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037)【摘 要】机械加工质量主要包括加工精度和加工表面质量两个方面。机械产品的使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工质量密切相关，零件的加工质量是保证产品质量基础。随着现代机器制造工业的飞速发展，一些重要的零件必须在高速、高温、高压和重载的条件下工作 ，对其表面质量提出更高的要求。本文主要阐述了机械加工质量中表面质量的影响因素以及管理控制措施。

【关键词】机械：加工；表面；质量；磨削；刀具【中图分类号】TH161．1 【文献标识码】B 【文章编号】2095—2066(2013)20—0310—02引 言随 着工业技 术的 飞速发展 机械 化 生产 以走进各 大 小企业 ．与之息息相关的就是各式各样 的机器。通过研究与生产 实践证明．零件的失效大都从表面开始，零件表面质量的高低是决定其使用性能好坏的重要因素。因此，正确地理解零件表面质量内涵．分析机械加工过程 中影响加工表面质量的各种工艺因素．通过改变这些因素从而改善工件表面质量，提高产品的使用性能及时未来机械行业的发展具有重要 的意义。

l机械加工表面质量对零件使用性能的影响1．1表面质量对零件使用性能的影响(1)表面粗糙度对零件耐磨性 的影响表面粗糙度 太大和 太小都不耐磨。表 面粗糙度 太大 ，接 触表 面的实际压强增大 ．粗糙 不平的凸峰相 互咬合 、挤裂 、切断 ，故磨损加剧：表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑 。存不住润 滑油，接触 面间不 易形成 油膜 ，容 易发 生分子粘结而加剧磨损 表 面粗糙 度的最佳 值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移(2)表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加 工表 面的冷作硬化 。一般能提 高零件的耐磨性 。因为它使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低 ，减少了摩擦副接 触部分的弹性 变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越 高，耐磨性就越 高。这是 因为过分的冷作硬化 ，将 引起金 属组织过度“疏松”．在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒 ，使零件加速磨损 。

1-2表面质量对零件疲劳强度的影响(1)表面粗糙 度对零件疲 劳强度的影响表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大 在交变栽荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中．产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越小，表面缺陷越 少。工件耐疲劳性越好 ；反之 ，加 工表面越粗糙 ，表面的纹痕越深．纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

(2)袁面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使 已加工表面产； 生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。残余压应力则能够部分§ 地抵消工作栽荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提专 高零件的疲劳强度。

1．3表面质量对零件工作精度的影响(1)表面粗糙度对零件配合精度的影响表 面粗糙度较大 ，则降低 了配合精度。

量 (2)表面残余应力对零件工作精度的影响D残余应力在经过一段 时间后会 自行减 弱或消失 ．同时零件也会 随之 变形 ．引起零件 尺寸和形状误差 因此若表 面层有较 大的残余应 力．就会影响它们精度 的稳 定性 。

1．4表面质量对零件耐腐蚀性能的影响(1)表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响零件表面越粗糙 ，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀 作用越 强烈。因此减 小零件表 面粗糙度 ，可以提 高零件的耐腐蚀性能(2)表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响零件表面残余压应 力使零件表 面紧密 ，腐蚀性物质不 易进入 ，可增强零件 的耐腐蚀 性 ．而表 面残余拉 应力则降低零件耐腐蚀性 。

2表面质量的影响因素机械加工中 表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。

2．1切削加工表面粗糙度2．1．1 几何因素刀具几何 参数 中的主偏 角、副偏 角和 刀尖圆弧 半径及切削用量 中的进给量是产生理 论粗糙度 的最基本 因素 。

2．1．2 物理力学 因素(1)工件材料的影响韧性 材料 ：工件材料韧 性愈好 。金属 塑性 变形愈 大，加 工表 面愈粗糙 。故对中碳钢和低碳钢材料 的工件 ，为改善切 削性能．减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处 理 。

脆 性材料 ：加工脆性 材料 时，其切 削呈碎粒 状 ．由 于切屑的崩碎而在加 工表 面留下许 多麻 点，使表 面粗糙 。

(2)切 削速度的影响加工塑性材料时．切削速度对表面粗糙度的影响(对积屑瘤和鳞刺的影响 )。此外 ，切 削速度越 高，塑性 变形越 不充分，表 面粗糙度值越 小．如 图 1。

(3)进给量 的影响减 小进给量 固然 可以减 小表 面粗糙度值 ，但进给 量过 小 ，表面粗糙度会有增大的趋势。

(4)其它因素的影响此外 ．合理使 用冷 却润滑液 ，适 "-3增大 刀具的前 角 ，提 高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。

2．2磨削加工后的表面粗糙度2．2．1磨削中影晌粗糙度的几何因素工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的 ，工件 单位 面积上通过的砂粒数越 多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。

L0W CARB0N WORLD 2013／10此忍图 1切削速度对哦表面粗糙度的影响(1)砂轮的磨粒磨 粒在砂轮 上的分布越均 匀、磨粒越 细．刃 口的等 高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。

(2)砂轮修整砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。

(3)磨 削用量砂轮 转速越 高．单位时 间内通过被磨表 面的磨 粒数越 多，表面粗糙度值就越小。工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮 转速的影响相反。工件的转速增大 ，通过加 工表 面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表 面粗糙 度值就越小。

2．2．2 磨削中影响粗糙度的物理因素(1)磨 削用量 ；(2)工件材料 ：(3)砂轮粒度与硬度2．3机械加工后表面层物理力学性能的影响因素2．3．1表面层的冷作硬化(1)表面层加工硬化的产生机械加工时。工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性 变形 ，使 晶格扭 曲 ，晶粒 间产 生剪切 滑移 ，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现 象称 为加工硬 化 ．又称冷作硬化和强化。

(2)影响表面层加工硬化的因素刀具影响 、切削用量的影响以及 工件材料 的影响。

2-3_2 加工表面层的残余应力在没有外力作用下零件上存留的应力。机械加工中工件表面层组织发生变化时．在表面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。

3提高表面质量的工艺途径3．1减小加工表面粗糙度3．1．1选择和工件材料相匹配的适应性较好的刀具材料由于零件在 切削加工的过程 中。容 易受到切 削力、热的影响 ．使表面金属产生残余应力、金相组织和冷作硬化等现象，这 些现 象又导致 塑性 变形和切 削热更加严 重。为 了减 少残 留面积，要选择刀尖圆弧半径大、主偏角和副偏角小的刀具，要选择合适的润滑液 同时还可以通过降低进给量减小零件表面的粗糙度 。由于材料 塑性变形与金相组织 变化是造 成机 械加工表面粗糙的主要因素，因此，塑性较大的材料要先进行正火处理 以后 ，才能进行 切 削加 工 ，以降低材料 的塑性 。减 小粗糙度 ，同时还要 满足金相 组织变化 。

3．1．2选择合适的切削方式在切 削时．由于切 削材料 的不同，因此切 削用量也会不一样。为了减小切削变形和加工零件的表面粗糙度，降低残留面积高度 ，避免切削厚度 与工件发 生挤 压和磨 差，可以在切 削塑性材料 时选择 高速切削的方式 ；而在切 削脆性材料 的时候 ，由于表面粗糙不受切削速度的影响．因此．可以采用高效切 削液使 系统刚度加强．在提高机床的稳定性的同时，确保加工表面质量。

3．1．3选择合理有效的磨削参数和冷却加工方式．以降低零件的表面粗糙度在实际生产过程中，确定磨削参数要先确定初步的磨削参数并进行试磨，通过对工件表面热损伤的查看，对磨削参数进行 调整 ；在实际磨 削时 ，要 对磨 削范围 内的温度进行 测量 ，并控制其参数。同时，采用有效的冷却加工、精密和光整加工等方式．并选用细粒度砂轮和磨削液，也能使加工表面粗糙度降低 。

3．1．4在使用刀具的时候。尽量减小切削刃口的半径，并对刀面磨损宽度进行限制同时加工时要选用有效的切削液和较高的切削速度．确定合 适的进给量 ．以减 少残余应 力的 变化对机械加工表 面层造成 的质量影响。

3．2改善表面层的物理力学性能3．2．1滚压加工滚压加 工是利 用经过 淬火和精 细研 磨过 的滚轮 或滚珠 。

在常温状态下对金属表面进行挤压．使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平。降低 了表面粗糙度；同时它还能使工件表 面产生硬化层和残余压应 力。 因此提 高了零件的承栽能力和疲劳强度。滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。

3．2．2 喷丸强化喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力。

4结 语总之 ．由于机械加工表面质量对机械零件的质量、性能以及精度的稳定性等都有很大程度的影响。因此，我们必须高度重视机械零件加工的表 面质量 ．并严格按 照机械 零件表 面质量的技术标准及要求．切实提高机械零件加工的表面质量。但是，由于影响其表面质量的因素比较多，对此，我们应当综合考虑各方面的因素．根据实际需要对机械零件的表面质量提出既 经济又适用的标准要 求。

参考文献[1】李凯云．机械加工表面质量对机器使用性能的影响[J】．汽车运用，2008(1)：90-91.

【2]余志娟．机械加工表面质量及影响因素探析[J1．装备制造技术，2009(6)：34~35.

[3】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)：45～46.

收稿日期：2013—10—8作者简介：牟景珊(1978一)，女，本科，工程师，主要从事产品生产管理、质量管理、工艺技术及安全生产等方面的工作。

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