浅析影响机加零件表面质量的因素

陈熹

摘要：零件的表面质量往往决定了整个产品的性能，尤其体现在对产品的可靠性和耐久度上的影响。机械加工是现有绝大多数零件的成形方式，其加工表面质量的好坏不但影响到后续工序更决定了整个产品的优劣。所以如何提高机加零件表面质量，减小各个因素对工件表面质量的影响，就成为了加工前必须考虑的问题。通过对典型的加工手段对零件表面质量影响因素的分析，提出合理的措施，提高工件表面的质量。

主题词：表面质量  机械加工  因素分析

1 引言

随着科学技术的发展，人们的日常生活中已经离不开各式各样的机器产品。组成这些机器的是大大小的零件，而大部分的零部件都要通过机械加工的方式成形（如车削、铣削等）。我们公司所生产的继电器、连接器，甚至电缆等产品中涉及到机加的零件大概占了整个产品的90%，有的全部都需要采取机械加工的手段。这些产品很多都要在高压、高速、高温等环境条件下工作，所以对零部件的表面层提出了非常高的要求。如某型号的出箱行程开关中的导向套，不仅对表面的粗糙度有较高的要求，还对与其配合的零部件的表面质量也提出了相应的要求。因此如何减少机加过程中队零件表面的损伤，保证产品的质量就成了不可避免的难题。通过对影响机加零件表面质量因素的分析，才能在实际生产中采取相应的工艺手段，提高零件的合格率，从而提高产品的性能。

2概述

2.1 机械加工表面质量的含义

零件的表面质量是机械加工质量的重要组成部分，表面质量是指机械加工后零件表面层的微观的几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。经过机械加工后的零件表面并非理想的光滑平面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只是极薄的一层（0.05～0.15mm），但对产品零件的使用性能有着极大的影响。针对我们公司所生产的零件特点来看，对于零件的表面质量这部分主要关注的是零件表面的粗糙度、表面洁净度、残余应力以及加工硬化等方面

2.2 表面质量对零件的影响

经过长期的实践验证发现，零件机加后表面质量的好坏直接影响到其精度、耐磨性、配合性、抗腐蚀性以及疲劳强度等，从而影响整个产品的使用性能和使用寿命，这两项对于任何一种产品都是至关重要的。

观察我们公司所生产的零件，其成形工序往往不只包括机加部分，是由众多不同工序组合而成。在机械加工后，通常还配合有电镀、热处理等其他工序。很多零件如果机加时表面质量没有达到相应的要求再经过电镀等其他工序后，就会造成类似于镀层厚度等指标不合格，从而使得零件批次性的报废。有的零件因为表面质量的不过关到了点焊等装配工序时出现其他次生问题。如磁钢等对点焊面及工作面有要求的零件，因为电焊面的表面质量不合格就会造成磁钢表面出现焊坑或者直接焊不上等问题。插针、插孔等零件对表面质量的要求也是非常的高。

3影响机加工件表面质量因素的分析

3.1 刀具对表面质量的影响

    在机械加工时，会在零件的表面留下切削层的残留面积，其形状是刀具的几何形状的复映。切削过程中，刀具的主后刀面、副后刀面和前刀面分别同零件的切削表面、已加工表面和切屑发生接触。主后刀面和副后刀面越粗糙，切削刃口圆弧部分表面粗糙度也会比较大，切削时刀具同切削表面和切屑的摩擦也越严重。这影响了切屑的去除，同时造成了切削力的增大，并且影响到了切削表面和已加工表面的塑性变形，从而使得加工表面质量不理想。由于工件材料的弹性恢复，刀具的副后刀面部分同已加工表面接触，或者说副后刀面对弹性恢复层进行熨压，也将影响到已加工表面的质量。

在金属的切削过程中，必然也会造成刀具的磨损。由于刀具在加工过程中的磨损加剧，就会造成刀具和已加工表面相互摩擦和挤压增大，从而影响已加工表面质量，使得表面粗糙度增大，甚至有的时候无法达到加工尺寸要求。这个在加工某产品的小轴时体现的较为明显，由于加工小轴的尺寸和表面质量要求较高，使得在加工过程中必须考虑到刀具磨损造成的影响，不断刃磨刀具。综上可知，加工过程中刀具的形状、磨损状况以及刀具的材料等都会对加工零件的表面质量产生影响

3.2 切削要素对表面质量的影响

切削要素主要包括切削速度、进给量以及切削深度。加工过程中，零件表面理论粗糙度的最大高度Rmax可由刀具的形状、进给量f确定。工件受到刀具的人口圆角及后刀面的挤压、摩擦产生塑性变形，导致理论残留面积被挤压、沟纹加深，因为增大表面粗糙度。工件受到刀具的人口圆角及后刀面的挤压、摩擦产生塑性变形，导致理论残留面积被挤压、沟纹加深，因而增大表面粗糙度。

在切削加工时，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生，而切削力与切削热主要是由切削要素来决定的。所以最终影响上述表面质量的因素还是归咎于切削要素。当切削速度v在一定范围内的时候，加工零件的表面容易产生积屑瘤和鳞刺。对于磨削加工，磨削用量对零件表面的影响同样存在。当加工工件速度过低时，工件与砂轮的接触时间就会变长。这样传到工件上的热量增多，反而会增大粗糙度，甚至还有可能会导致表面烧伤。增大磨削深度和纵向进给量，，工件的塑性变形就会增大，导致表面粗糙度也增大。而当径向进给量增加时，磨削过程中的磨削力和磨削温度都会增加，同样也会导致粗糙度的增大。

3.3 工件材料对表面质量的影响

工件材料根据其性质可以分为塑性材料和脆性材料，两者的强度、硬度以及导热系数等均不一样。塑性材料在切削加工时，由于刀具对材料本身的挤压产生塑性变形，再加上刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度增大。工件材料的韧性越好，则工件在加工时的塑性变形就会越大，加工表面就会越粗糙。而加工脆性材料时，其切屑呈现的是碎料状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多的麻点使得表面同样粗糙。

工件材料的不同也会对切削温度产生影响，导热系数低的材料在切削时产生的温度远远高于导热系数高的材料。切削温度过高会对零件表面产生伤害，同时也会加剧刀具的磨损，使得表面粗糙度增大。

3.4 切削液对表面质量的影响

切削液对于表面质量的影响主要是通过切削过程中的冷却及润滑作用来实现的。切削液能减小切削过程中界面摩擦，同时降低切削区的温度。使得切削层金属的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤和鳞刺的产生。不同的冷却液浇注方式对表面质量的影响也是不同的，当切削液采用从前刀面上方往下浇的方法时，由于受切屑排出的影响，冷却效果并不最好，而采用从刀具主后刀面和喷雾的方式是最好提升表面质量的方式。

除了以上影响表面质量的因素外，包括机床的精度、加工环境，甚至操作者的优劣都会对零件表面质量的好坏产生影响。

4控制加工表面质量的工艺途径

通过对以上对机械加工过程中影响表面质量因素的分析，得出相应的方法来提高表面质量。在机械加工过程，可以通过以下一些方法来提高加工零件的表面质量：（1）减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的产生；（2）合理选择切削液是保证加工表面质量的必要条件。选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具磨损，以保证工件的加工质量；（3）工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。可以考虑选择超精密加工、研磨、衍磨等方法作为最终加工工序；（4）制定科学合理的工艺规程，工艺工序安排合理，定位准确，尽量避免加工中影响表面质量的因素。

除了以上四点外，还有很多其他提高机械加工表面质量的方法，需要大家正在加工过程中合理选择，综合考虑。

5总结

在机械零件的机械加工中，加工表面产生的表面微观几何形状误差和表面物理力学性能的变化，虽然只是发生在很薄的表面层，但对整个机器的影响却是致命的。所以只有在不断的研究和总结的基础上，掌握影响加工表面质量的规律，才能不断提升产品零件的质量，控制加工过程。通过对这方面的学习与研究，能够提升自我的能力，合理安排加工工艺流程，提高技术水平。

参考文献：

[1]金属切削原理，焦士仲 主编，1991，北京：机械工业出版社

[2]机械制造技术基础，张福润、徐弘本、刘延林 主编，2000，华中科技大学

[3]机械制造基础，高波，2006，大连理工出版社