改善机械加工质量提高产品性能

所谓加工表面质量是指机器零件在加工后的表面层状态。机械零件的损坏，除了由于设计不周、强度不够或者偶然事故引起的故障以外，大部分都是由于机械零件表面磨损、受到外界的腐蚀或疲劳破坏引起的。所以，加工表面的质量直接影响着零件的工作性能，特别是它的可靠性及寿命。因此，表面质量问题越来越受到人们的重视。

一、影响表面质量的工艺因素

1．切削加工对表面粗糙度的影响。切削加工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复映复印。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程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤，鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。

2．切削用量的影响。实验证明，切削速度愈高，切削过程中切屑和加工表面的塑性变形程度就愈轻，从而表面粗糙度就愈低。另外，积屑瘤是在较低的速度下产生，积屑瘤的有或无，对表面粗糙度的影响较大，在切削用量的三个要素中，进给量和切削速度对表面粗糙度的影响比较敏感，进给量大，切屑变形也大，切屑与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已已加工表面的摩擦加剧，从而增大工件表面粗糙度值。因此减小进给量有利于减小表面粗糙度值。

3．工件材料性质的影响。当切削加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状。由于切屑的崩碎而在工件表面上留下麻点，增大Ra值。在此条件下，如要使表面质量好转，要减少切削用量，采用适当的润滑冷却液（如煤油），则可以减轻崩碎现象而使表面粗糙度转好。塑性材料在高速切削时，易于消失积屑瘤，欲使表面粗糙度好转，对于中碳钢和低碳钢要在加工之前进行调质、正火处理，使其硬度处在170HB～230HB范围之内，使它们的切削性能得到改善。除了上述刀具、切削用量、材料等因素之外，磨削加工，工艺系统的高频振动、润滑冷却液的类别，对表面质量的影响也不可忽视。

二、影响加工表面层物理机械性能的因素

在切削加工中，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。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上物理机械性能的变化很大。

1．表面层的冷作硬化。切削刃钝园半径的增大，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。切削刃钝园半径对加工硬化的影响切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，使塑性变形扩展深度减小，冷硬层深度变小。切削速度增大后，切削热在工件表面上的作用时间也缩短，将使冷硬程度增加。进给量增加，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。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。磨削热是造成磨削烧伤的根源，故要改善磨削烧伤：（1）正确选择砂轮，合理选择切削用量，尽可能地减少磨削热的产生；（2）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。切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属层的比容加大，由于塑性变形只在表层金属中产生，而表层金属的比容加大，体积膨胀，不可避免的要受到与它相连的里层金属的阻止，因此就在表面金属层产生了残余应力，在里层金属中产生残余拉应力。切削加工中，切削区会有大量的切削热产生。不同金属组织具有不同的密度，亦具有不同的比容。如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力的产生。

零件主要工作表面最终工序加工方法的选择：零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。选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。在交变载荷作用下，机器零件表面上的局部微观裂纹，会因拉应力的作用使原生裂纹扩大，最后导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。