机械切削加工表面质量的控制

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【摘要】机械切削加工表面的质量主要从两方面进行控制，一方面是表面粗糙度的控制，另一方面是加工表面层材质变化的控制。本文主要介绍了从以上两方面入手控制表面质量可以采取的措施。

【关键词】表面质量，控制，措施，粗糙度

1引言

随着国民经济的不断发展，各行各业都需要大量的机器、设备和交通运输工具等机械产品，这些产品都是由很多零件、部件装配而成的。要想装配出合格的产品，必须先加工出合格的零件。零件的加工方法很多，其中重要的一个方法就是机械切削加工。机械切削加工，是利用机械力作外力进行切削加工从而从工件上切去多余的材料，以获得几何形状、尺寸精度和表明粗糙度等都符合要求的零件的加工方法。零件的加工质量包括机械加工精度和加工表面质量两大方面。下面主要来谈谈机械加工表面质量的控制问题。

2机械切削加工质量简介：

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几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。经机械加工后的零件表面并不是我们肉眼看上去的那么光滑，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等各种表面缺陷，对机器零件的使用性能有着极大的影响；零件的磨损、腐蚀和破坏都是从零件表面开始的，特别是现代化产业生产使机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械零件，表面层的任何缺陷都会加速零件的失效。因此，必须重视机械加工表面质量。

机械加工表面质量主要包含两方面内容：（1）加工表面的几何形状特征主要指表面粗糙度。表面粗糙度是表面微观形状误差，其大小是以表面轮廓的算术平均偏差Ra或微观不平度Rz的平均高度表示的。（2）加工表面层材质的变化 零件加工后在表面层内出现不同于基体材料的力学、冶金、物理及化学性能的变质层。主要表现为：因塑性变形产生的表面变形强化；因切削热或磨削热引起的金相组织变化；因力或热的作用产生的残余应力等。

3提高机械切削加工表面质量的途径：

3.1降低零件表面粗糙度

（一）刀具方面。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述三项物理机械性能的变化会很大。为了减少残留面积，刀具应采用较大的刀尖圆弧半径、较小的副偏角或合适（=0）的修光刃或宽刃精刨刀、精车刀等。选用与工件材料适应性好的刀具材料，避免使用磨损严重的刀具，这些均有利于减小表面粗糙度。

（二）工件材料。工件材料性质中，对加工表面粗糙度影响较大的是材料的塑性和金相组织。对于塑性大的低碳钢、低合金钢材料，预先进行正火处理以降低塑性，切削加工后能得到较小的粗糙度。工件材料应有适宜的金相组织（包括状态、晶粒度大小及分布）。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。

（三）切削条件。切削用量：切削塑性材料时，采用高速切削，可减小切削变形，且可以抑制积屑瘤的产生，有利于减小表面粗糙度；切削脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响不大。减小进给量f可降低残留面积高度，减小表面粗糙度。但是，进给量f不能过小，否则刀刃由于切削厚度过小而无法切入工作，与工件发生强烈的挤压和摩擦，反而使粗糙度值增大。以较高的切削速度切削塑性材料可抑制积屑瘤出现，减小进给量，采用高效切削液，增强工艺系统刚度，提高机床的动态稳定性，都可获得好的表面质量。

（四）加工方法

1、超精密切削和低粗糙度磨削加工

（1）超精密切削加工 超精密切削是指表面粗糙度为Ra0.04μm以下的切削加工方法。超精密切削加工最关键的问题在于要在最后一道工序切削0.1μm的微薄表面层，这就既要求刀具极其锋利，刀具钝圆半径为纳米级尺寸，又要求这样的刀具有足够的耐用度，以维持其锋利。目前只有金刚石刀具才能达到要求。超精密切削时，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保证工件表面上的残留面积小，从而获得极小的表面粗糙度。

（2）小粗糙度磨削加工 为了简化工艺过程，缩短工序周期，有时用小粗糙度磨削替代光整加工。小粗糙度磨削除要求设备精度高外，磨削用量的选择最为重要。在选择磨削用量时，参数之间往往会相互矛盾和排斥。例如，为了减小表面粗糙度，砂轮应修整得细一些，但如此却可能引起磨削烧伤；为了避免烧伤，应将工件转速加快，但这样又会增大表面粗糙度，而且容易引起振动；采用小磨削用量有利于提高工件表面质量，但会降低生产效率而增加生产成本；而且工件材料不同其磨削性能也不一样，一般很难凭手册确定磨削用量，要通过试验不断调整参数，因而表面质量较难准确控制。近年来，国内外对磨削用量最优化作了不少研究，分析了磨削用量与磨削力、磨削热之间的关系，并用图表表示各参数的最佳组合，加上计算机的运用，通过指令进行过程控制，使得小粗糙度磨削逐步达到了应有的效果。

2、采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工。超精密加工、珩磨等都是利用磨条以一定压力压在加工表面上，并作相对运动以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度为Ra0.4μm以下的表面加工。该加工工艺由于切削速度低、压强小，所以发热少，不易引起热损伤，并能产生残余压应力，有利于提高零件的使用性能；而且加工工艺依靠自身定位，设备简单，精度要求不高，成本较低，容易实行多工位、多机床操作，生产效率高，因而在大批量生产中应用广泛。

3.2改善表面物理力学性能

表面层的物理力学性能对零件的使用性能及寿命影响很大，如果在最终工序中不能保证零件表面获得预期的表面质量要求，则应在工艺过程中增设表面强化工序来保证零件的表面质量。表面强化工艺包括化学处理、电镀和表面机械强化等（下转175页）