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影响机械加工表面质量的因素及改进措施徐萍

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第12期作者：徐萍

[导读] 摘要：机械零件的破坏往往都是从零件的表面层次开始的，因此机械零件表面粗糙度质量与机械零件使用过程中的耐磨性、耐溶剂腐蚀性、抗疲劳性、使用寿命息息相关。

        哈尔滨龙江特种装备有限公司黑龙江哈尔滨 110050
        摘要：机械零件的破坏往往都是从零件的表面层次开始的，因此机械零件表面粗糙度质量与机械零件使用过程中的耐磨性、耐溶剂腐蚀性、抗疲劳性、使用寿命息息相关。为了满足机械生产对机械零件质量要求越来越苛刻的需求，技术人员需要不断优化机械加工工艺，提高机械加工零件表面质量。本文分析了机械加工工艺中影响零件表面粗糙度和表面性能的主要因素，并提出了相应的工艺优化整改措施。
        关键词：机械加工；粗糙度；影响因素；改进措施
        引言
        工业技术的飞速发展，机器的使用频率越来越高。一些重要的零件在高温、高压力的条件下，表面上出现了一些缺陷。这样不仅会影响零件的功能，还有可能引起腐蚀等现象，会加速导致零件的失效。出现这些状况的原因与机械加工表面质量有很大关系，所以机械加工表面质量受到各方人士的重视。
        1机械加工表面质量概念及要求
        目前机械加工零件使用的材料包括了特种高分子树脂材料、特种陶瓷材料、金属合金等。机械加工过程中，合金坯料受到物理、化学、力学作用下会出现一个平面层，这个平面层就是机械加工平面层。机械零件平面层与标准零件平面层之间存在的形状差异通常使用粗糙度指数来评价，机械零件被加工后其技术表面的理化组织性质和力学性能与目标零件性能指标的差异性是另一个评价机械零件平面层的标准。机械加工过程中，在机械切削作用及切削工作振动摩擦的作用下，机械零件合金材料微观表面结构会出现类似于波峰、波谷的结构变化，这种结构变化的定量评价使用表面粗糙度评价。机械零件表面理化组织性质指的是，机械切削作用产生的热量会传递到合金零件中，导致合金零件温度上升，当温度达到合金热处理温度时，合金表面就会发生退火等微观组织性质的变化。力学性能指的是机械加工产生的机械变形和机械热作用会导致合金表面存在残余应力，残余应力如果没有及时的被消除，则会导致合金零件表面出现微观裂纹，严重影响到零件使用过程中的耐疲劳性和使用寿命。
        2机械加工表面质量对工件使用性能的影响
        在针对某个零件的机械加工过程中，加工表面会产生微观的几何形状误差从而导致表面层性能的变化。虽然上述的变化发生在零件上很薄的表面层中，但其轻微的变化足以影响机械零件的使用性能，从而进一步影响机器的使用性能和使用寿命。
        2.1表面结构及表面粗糙度的影响：（1）影响零件的耐磨性，当两个零件的摩擦表面接触时，实际上只有占接触面积很小一部分的凸峰顶部接触。在外力作用下，凸峰和凸峰之间的接触部分会产生较大的压强，从而导致零件表面发生相应的弹性形变，更严重的情况下会发生塑性形变，甚至发生剪切现象。（2）影响零件的配合性质，在发生相对运动的配合零件，如二者之间长时间发生磨损，零件的尺寸就会发生变化，从而影响零件的配合性质。比如零件的表面粗糙度选择不当时，会使零件的磨损速度加快，装配时所得到的合理间隙便迅速增大，一台新设备很快就失去正常的工作能力，有时会给单位带来不可估量的损失。（3）影响零件的疲劳强度，在某些工况下，零件之间会产生交变载荷，这时由于零件表面的较大的粗糙度如划痕、裂纹等缺陷会造成零件表面应力集中的问题。在微观的低凹处所产生的应力，会超过材料的疲劳极限从而会出现疲劳裂纹。而这样的疲劳裂纹会影响零件的抗腐蚀性。化学腐蚀是由于在加工表面粗糙度的凹谷处易积聚腐蚀性介质而产生化学反应。在实际的工作过程中，腐蚀性的介质往往集中在零件表面的粗糙凹谷处，而且若表面存在疲劳裂纹这种情况尤为严重。零件发生腐蚀的过程一般以零件表面的凹谷处的微小裂纹为源头向着金属内部逐渐发展，因此表面粗糙度值越大就越容易被腐蚀。
        2.2表面冷作硬化的影响。

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在零件的机械加工的过程中都不可避免的发生不同程度的冷作硬化现象，这种冷作硬化的现象会使所加工的零件表面的硬度增加，脆性也会加大，从而导致零件的抗冲击性能下降。由于零件表面冷硬层的存在会在一定程度上提高零件的耐磨性和疲劳强度，但是若零件表面的冷作硬化度较大的话，可能会导致零件表面产生裂纹，从而降低零件的耐磨性和疲劳强度。因此，在零件的机械加工过程中，要防止零件的过度冷作硬化。
        2.3表面残留应力的影响。在零件加工过程中在加工表面会存在残留应力，残留应力具体分为拉应力和压应力。若在零件表面层中的残留应力为压应力，能够在存在交变载荷的工况中抵消其产生的拉应力，防止或减缓疲劳裂纹的产生或发展。若在零件表面层中的残留应力为拉应力，在存在交变载荷的工况中，零件表面会产生裂纹，零件的疲劳强度随之降低。
        3影响机械加工表面质量的改进措施
        通过前面的一些现状分析，我们可以得出影响表面粗糙程度的因素有切削条件、刀具、工件材料等几方面。在了解了影响表面粗糙程度的一些因素之后，我们也需要根据一些措施来降低加工表面的粗糙程度，从而来改善加工的表面质量。
        3.1刀具随着经济制度的发展，针对目前机械加工表面质量来说，为了减少残留面积，刀具应该选择大半径或者说是呈现圆弧形的刀具，这样就可以改善加工表面的质量。另外，在选择刀具时需要根据工件材料的实用性选用哪种刀具，必须避免使用磨损程度较强、整体性较好、非常锋利的刀具。这样刀具的使用，就可以使机械表面保持相对平滑的状态，减少表面粗糙状况。
        3.2工件材料机械加工表面的质量受到工件材料的影响，并且影响是十分严重的。工件材料中影响机械加工表面质量的一些因素就是材料本身的属性及组织这两个方面。通常来说，塑形较大的一些材料都需要经过相关技术的锤炼处理，将材料的塑性尽可能的降低之后才进行减少加工，这样才能够使材料的表面保持光滑。除此之外，一定要合理的根据加工条件来选择适宜的工件材料与组织，就可以使得机械加工表面质量得到很大的改善。
        3.3加工方面技术发展，相关企业提高加工表面质量。但是在提高机械加工锻炼质量的过程中，一定要采用合理的加工方法，尽可能的减少进给量。如果可以的情况下，在应用的工件中也要尽可能的选择速度较慢的工件。甚至可以利用砂轮对工件表面进行处理，以此来提高机械加工表面质量。针对砂轮表面一定要进行打磨，使得砂轮的表面保持光滑，这样就可以使得磨削的效果得到最大程度的凸显。将这些砂轮应用到实际的机械加工过程中，就可以使得机械零件加工表面得到有效的提升。此外，合理的选择刀具的形状。可以先选择一些较大的尖角，并利用其磨损程度来减小刀口的半径；而且在使用道具时，应该合理的限制其磨损宽度；选择用量时可以采用较高的切削速度；加工时得采取有效的切割液等。通过此些方法综合起来，则可以减少加工表面层的变化。
        4结束语
        机械加工质量会影响到机械产品在工作过程中的稳定性和使用的性能，甚至直接关系到企业的生产效率及生存发展。因此机械加工者需要充分掌握在机械加工过程中影响工件质量的主要因素，并针对不同的加工材料在加工方式上不断地进行优化，从而达到降低工件表面粗糙度、提升工件产品精度的目的，实现提高整个加工质量的目标。
        参考文献：
        [2]刘丽萍.浅析影响机械加工零件表面质量的因素及其改进策略[J].机电信息，2011（30）：121+123.
        [3]王幼龙.机械制图[M].高等教育出版社，2007，7.
        [4]王明耀，张兆隆.机械制造技术[M].高等教育出版社，2009，7.