浅析影响机械加工表面质量的因素及措施

摘要：随着工业技术的飞速发展，机器的使用要求越来越高，一些重要零件在高压力、高速、 高温等条件下工作，表面层的任何缺陷，不仅直接影响零件的工作性能，而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象，将进一步加速零件的失效，这一切都与加工表面质量有很大关系。本文分析了影响机械加工表面质量的因素，探讨了提高机械加工工件表面质量的措施。

关键词：提高；机械加工；工件；表面质量；措施

Abstract: with the rapid development of industrial technology, the use of machinery demand more and more high, some important parts in high pressure, high speed and high temperature, under the working conditions, any defect of surface layer, it not only directly affecting parts work performance, but also can cause stress concentration, stress corrosion phenomena, will further accelerate the failure parts, all this and working surface quality has the very big relations. This paper analyzes the impact of mechanical processing factors on the quality of the surface, this paper discusses the improvement of the machining surface finishing measures.

Keywords: improved; Mechanical processing; Workpiece; Surface quality; measures

中图分类号：F253.3文献标识码：A 文章编号：

随着人类社会的发展及人们对产品质量要求的进一步提高，许多在高温、高压、 重载等特殊环境下工作的重要零件，表面承受着巨大的应力和周围介质的腐蚀作用，零件表面的任何一处细微的缺陷都有可能导致零件的损坏。 产品工作性能如可靠性、耐久性的好坏，很大程度上取决于主要零件的表面质量。 研究机械加工表面质量及其影响因素，掌握其变化规律，对提高机械加工表面质量及产品使用性能具有重要的意义。

一、机械加工和机械加工表面质量的含义

机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按被加工的工件处于的温度状态,分为冷加工和热加工。一般在常温下加工,并且不引起工件的化学或物相变化,称冷加工。一般在高于或低于常温状态的加工,会引起工件的化学或物相变化,称热加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。热加工常见有热处理,煅造,铸造和焊接。

机械加工表面质量,是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度,也叫粗糙度,以Ra\Rz\Ry三种代号加数字来表示,机械图纸中都会有相应的表面质量要求,一般是工件表面粗糙度Ra

二 、影响机械加工表面质量的因素

1、机器使用性能对机械加工表面质量的影响

表面质量对零件的耐磨性，配合精度，疲劳强度、 抗腐蚀性，接触刚度等使用性能都有很大的影响。

（1）耐磨性对表面质量的影响

零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和条件有关在这些条件已确定的情况下，零件的表面质量就起着决定性的作用零件的磨损过程，通常分为三个阶段：摩擦副刚开始工作时，磨损比较明显，称为初期磨损阶段 （一般称为走合期）。 经初期磨损后，磨损缓慢均匀，进入正常磨损阶段。 当磨损达到一定程度后，磨损又突然加剧，导致零件不能正常工作，称为急剧磨损阶段。

（2）疲劳强度对表面质量的影响

在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳纹。 表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈，抗疲劳破坏的能力就愈差。

（3）耐蚀性对表面质量的影响

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度. 表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多 、抗蚀性就愈差。 表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

2、影响表面粗糙度的因素

（1）切削加工影响表面粗糙度的因素

刀具几何形状的反映刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的反映。

（2）工件材料的性质

加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。 工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。 加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。

（3）磨削加工影响表面粗糙度的因素

影响磨削表面粗糙的主要因素有：砂轮的粒度、 砂轮的硬度、 砂轮的修整、 磨削速度、 磨削径向 、进给量与光磨次数 、工件圆周进给速度与轴向进给量冷却液等。

3、影响加工表面层物理机械性能的因素

（1）表面层冷作硬化

切削刃钝圆半径增大，对表层金属的挤压作用增强，塑性变形加剧，导致冷硬增强 .刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工表面的摩擦加剧，塑性变形增大，导致冷硬增强。 切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，使塑性变形扩展深度减小，冷硬层深度减小。 切削速度增大后，切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了，将使冷硬程度增加 。进给量增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。

（2）表面层材料金相组织变化

当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后，表层金属的金相组织将会发生变化。

a） 磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤

b） 改善磨削烧伤的途径磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤由两个途径：一是尽可能地减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件

(3)表面层残余应力

a） 产生残余应力的原因：

第一，切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属的比容加大；

第二，切削加工中，切削区会有大量的切削热产生；

第三，不同金相组织具有不同的密度，亦具有不同的比容的变化必然要受到与相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生