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142 机器零件的加工质量不仅指加工精度，还包括加工 表面质量。 经机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面， 而是存在着不同程度的冷硬、粗糙波纹、裂纹等缺陷。机 械加工后的零件表面虽只有 0.05mm 0.15mm 极薄的 一层，但对机器零件的美观程度、光滑度耐劳度以及使用 性能均有极大的影响 1。大部分零件的磨损、腐蚀和疲劳 破坏都是从零件表面开始的，如得不到合理的控制，机械 加工表面质量甚至会严重影响到产品的性能。 如今机械化零件加工正朝着精密化、高速化、多功 能现代化工业方向发展，机械零件大多工作在高温、高压、 高速、高应力条件下，表面层的任何缺陷都会加速零件的 失效 2。零件表面质量的高低是决定其使用性能好坏的重 要因素，正确分析机械加工过程中影响加工表面质量的各 种工艺因素， 并针对具体缺陷提出改善表面质量控制方法， 对提高机械加工零件产品表面质量和提高产品使用性能具 有重要的意义。 1 机械加工表面质量含义及特征 作为机械加工质量的重要组成部分，零件的表面质 量是零件加工后表面层状态完整性的表征。机器零件的磨 损、疲劳断裂等损坏大多是从零件表面开始的，因此机器 的工作性能以及可靠性和工作寿命，在很大程度上取决于 主要零件的表面质量。 机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面 层物理力学性能两个方面 3。而加工表面的几何形状特征 又分为表面粗糙度和表面波度，如图 1 所示，二者可以 通过波距L( 波峰与波峰或波谷与波谷之间的距离 ) 和波 高H( 波峰和波谷之间的高度 ) 的比值大小区分。表面 粗糙度指的是机械零件表面的微观几何形状误差，主要是 由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素引起 的。表面粗糙度是指机械表面波距 1mmL 的表面微小 波纹，而表面波度是指机械表面波距 1m 0mm21L与表面粗糙度 之间。 L2 H2 图 1 机械加工表面粗糙度和波度 机械零件表面层的物理力学性能包括表面层的加工 硬化、残余应力和表面层的金相组织变化。机械零件在加 工中由于受切削力和热的综合作用，导致表面层金属的物 理力学性能发生了变化，如图 2 为零件表面层的物理力学 性能变化原理图。在机械零件加工过程中，特别是磨削过 程中，工件表层经不断摩擦受力导致温度升高，当温度超 过材料的相变临界点时，就会产生金相组织的变化，包括 晶粒大小、形状、析出物和再结晶等变化，该变化大大降 低零件使用性能。此外，在加工过程中，受机械零件塑性 变形、金相组织的变化和温度造成的体积变化的影响，导 致零件表面层产生残余应力，该余应力也极易改变零件的 耐张和使用性能。目前对机械加工过程中残余应力对零件 机械加工表面质量的影响因素及控制方法 The influencing factors and controlling measures of the surface quality of machining 董桥华（嘉峪关电大，甘肃 嘉峪关 735100） 摘 要：机械加工表面的各种质量问题不仅影响加工零件的使用性能，而且会影响到机械的使用寿命。介绍了机械加 工表面质量对机器使用性能的影响，并在此基础上就实际工作中影响机械加工表面质量的因素做出分析，有针对性地提出 了机械加工表面质量控制方法，为改善产品质量和增强产品使用性能提供理论和技术支持。 关键词：机械加工；表面质量；影响因素；控制方法 Abstract：Various quality issues of machined surface not only affect the performance of machined parts, and will affect the life of the machine. Introduces the influence of machined surface quality on the performance of the machine, make the effect of the surface quality of machining factors based on the actual work,puts forward the machined surface quality control method,so that it will improve product quality and enhance product performance to provide theoretical and technical support. Keywords：machining；surface quality；influencing factors；controlling measures 中图分类号：TH161.1 文献标识码：B 文章编号：1003-8965(2014)02-0142-03 经验交流 143 使用性能的影响大小取决于它的方向、大小和分布状况， 对它的判断大多是定性的。 （a） (b) (c) 图 2 加工表面层的性质变化原理图 2 机械加工表面质量对产品性能影响 机械加工表面质量直接影响零件的耐磨性、配合精 度、疲劳强度、抗腐蚀性、接触刚度等使用性能，并影响 到零件的可靠性和寿命。 1) 表面质量对耐磨性的影响。生产运行中机械零件 的表面质量对产品耐磨性能起着决定行作用，事实上机械 零件实际工作接触面积远小于理论接触面积，因此在相互 接触的峰部会产生非常大的单位应力，从而致使实际接触 面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏， 引起加工零件严重磨损。对零件耐磨性有直接影响的主要 是机械零件的表面粗糙度和表面冷作硬化。 2) 表面质量对疲劳强度的影响。机械加工零件在工 作过程中受交变载荷作用会产生疲劳破坏，且其往往发生 在零件表面和表面冷硬层下面，因此表面质量对零件疲劳 强度影响很大。对零件疲劳强度有影响的主要是加工表面 残余应力和冷作硬化。 3) 表面质量对耐蚀性的影响。零件表面是机械零件 避免被外部空气、 水汽和油污等腐蚀性物质侵蚀的保护层， 因而表面质量对机械加工零件的耐蚀影响很大。零件的耐 蚀性强度很大程度上取决于零件表面粗糙度，表面粗糙度 值愈大，零件表面凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，其抗蚀 性也就愈差，反之则其抗蚀性愈强。 4) 表面质量对配合质量的影响。机械加工零件的表 面影响配合表面的配合质量。对于加工零件的间隙配合， 零件的粗糙度值大会使零件磨损加大，导致间隙增大，从 而破坏了要求的配合性质。此外，机械加工零件的过盈配 合也会对配合质量产生影响，机械零件装配过程中一部分 表面凸峰被挤平，导致实际过盈量减小，直接降低了加工 零件配合件间的连接强度。 3 影响机械加工表面质量因素 机械加工表面粗糙度值、表面层冷作硬化、表面层 材料金相组织变化及表面层残余应力将影响加工表面质 量。切削加工、工件材料的性质及磨削加工均会影响加工 表面的粗糙度。切削加工中的切削用量、切削速度、切削 深度以及给进量都会影响到机械加工表面粗糙度。切削参 数选择的不同对表面粗糙度很大影响，在调试和生产运行 中应引起足够的重视。一定速度范围内的塑性材料切削速 度容易产生积屑瘤或鳞刺，从而增大表面粗糙度。机械加 工过程中过小的切削深度将在刀尖圆弧下挤压过去，导致 塑性变形，从而增大表面粗糙度值。加工过程中过小的进 给量将使切屑厚度太薄，从而引起薄层切削打滑，并导致 附加表面粗糙度的产生。 工件材料因可塑性和硬度的不同影响到了零件加工 后表面的粗糙程度。工件材料太软、太硬、太韧都不容易 磨光。材料太硬，容易造成磨粒钝化，导致零件失去切削 能力；材料太软，砂轮容易被堵塞；而韧性太强且导热性 差的材料，磨粒容易早期崩落，且模具对材料进行加工施 压时造成材料粘在模具上影响到零件表面的光滑度；脆性 和硬度较高的材料容易在零件的表面留下颗粒的印痕，造 成加工表面的粗糙。 磨削加工过程中也有很多因素影响零件加工后表面 的粗糙程度。低速下的砂轮的线速度将增加材料的塑性变 形，增加了加工表面的粗糙度，但高速磨削可使表面粗糙 度值降低。采用纵磨法磨削时，纵向进给量的增加将导致 表面粗糙度值的增加。加工表面的光磨的次数越多，表面 粗糙度值将越小，光磨的效果也越好。此外，切削液的选 择与净化、磨床的性能等也是不可忽视的因素，它们对磨 削表面粗糙度均有不同程度的影响。 表面层冷作硬化的影响。机械加工过程中因切削力 作用导致机械加工零件塑性变形、晶格扭曲、畸变，甚至 晶粒间产生剪切滑移、破碎，促使加工表面层金属的硬度 和强度提高，这将大大弱化零件表面质量。冷作硬化的金 属往往处于高能位的不稳定状态，且金属在机械加工过程 中同时受到力和热的作用，并向比较稳定的状态转化，加 工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结 果，弱化作用的大小取决于温度的高低、温度持续时间的 长短和强化程度的大小。 表面层材料金相组织变化的影响。机械加工过程中 切削热作用在零件表面，当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，从而影响加工表 面质量。 表面层残余应力的影响。不同金相组织具有不同的 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，因而就有残余应力产生。 经验交流 144 4 提高加工表面质量的控制方法 影响加工表面的因素有切削条件、刀具几何参数、 工件材料、工艺系统刚度和机床精度等几个方面。在机械 加工之前和运行过程中必须采取合适的方法来控制机械加 工的表面质量，提高加工表面质量的控制方法主要有： 1）提高零件表面的粗糙度。表面粗糙度值愈小，机 械零件的磨损性愈好。但不是表面粗糙度值越小就越好， 粗糙值过小将导致润滑油不易储存，反而导致磨损增加。 理论上接触面的粗糙度有一个最佳值，其值大小与零件的 工作情况及工件材料有关。机械加工表面的冷作硬化能提 高摩擦副表面层金属的显微硬度，通过控制冷硬化值大小 可提高机械零件加工表面的耐磨性，从而提高零件表面的 粗糙度。磨削加工表面粗糙度的形成是由几何因素和表面 金属的塑性变形来决定的，因此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质 量，也是减小表面粗糙度值的有效措施。 2）减少加工表面层的变形和参与的应力。加工物件 的表层温度过高，超过金相值的承受范围就会造成外层的 金属出现形变，但零件的表面存在残余应力，可以导致金 属的相互作用增强，其疲劳程度就会下降，也就降低了零 件工作时的性能。在制定工艺流程中应最大化减少零件内 部的互相应力，这样就能避免两个应力之间出现摩擦。目 前减少加工表面层的变形和参与的应力普遍采用的方法 是，一方面通过减小金属的塑性变形，另一方面可以采取 相关措施降低切削时温度对零件性能的影响，从而达到提 高加工表面质量的目的。 3）合理选择切削参数。选择合理的切削参数可以有 效抑制机械加工表面积屑瘤的形成，通过降低加工残留面 积的高度，保证加工工件的表面质量。切削参数的选择主 要包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度 及进给速度的选择等。 4）制定科学合理的工艺规程和工序方法。在制定工 艺规程过程中，加工工件表面质量要求定位要准确，尽量 使定位基准与设计基准重合，并在相关科学方法下完成加 工工件表面质量工艺规程制定。零件主要工作表面工序加 工方法须考虑该零件具体工作条件和可能的破坏形式，从 提高零件抵抗疲劳破坏的角度出发，选择综合效益最高的 加工方法作为表面最终工序。 5 结语 本文分析了影响机械加工表面质量的原因，并针对 引起的原因提出了相应的控制方法。机械加工表面质量的 好坏直接影响机械的整体性能，所以在实际生产过程中应 根据需要对机械零部件的工作表面设置相应的表面质量要 求。此外，在加工工件过程中对机械加工表面质量控制还 应从经济效益方面考虑，在保证工件表面的加工质量的同 时，避免增加零件的制造成本，实现经济效益最大化。 参考文献 1 郑玉皎 . 机械加工表面质量的影响因素及其对策 J 冲国科技博览 ,2009(21). 2 赵岩 , 丁延松 . 影响机械加工表面质量的因素及改 进措施 J. 技术与市场 , 2010,(05). 3 毛林华 , 徐沈利 . 浅谈影响机械零件表面质量的因 数及相应的改善方案 J. 装备制造 .2010(01) 有地段都是岩溶易掉块流塑性粘土，但我们每一循环都按 照掌子面的围岩情况，设置爆破开挖参数，控制爆破和适 当调整小导管参数，岩溶地段拱部自稳能力差，严格按上 述方案施作；有的围岩自稳能力强，岩石整体性稍好的地 方，小导管就间距加大或两榀拱架施作一环。由于中下导 基础是硬岩，所以上导钢拱架最大下沉量不超过 3cm。由 于该施工方案工艺简单，安全经济，不需另增设备等其他 投入，在该浅埋岩溶隧洞 191m 段的岩溶施工中，得到了 较好的应用。 5 结语 隧洞在浅埋区，尤其是富水地段，经常会遇到较大 的溶隙和溶洞，其内部充填物给隧洞的施工造成了很大困 难，根据岩溶区充填物的状态、物质成分、物理指标，对