机械加工表面质量的影响因素与改善措施

机械加工表面质量的影响因素与改善措
施
摘要：通常机械零件损坏都是先从表面开始的，因此其表面质量的优劣与否
直接和实际使用过程中的抗腐蚀性、耐磨度、抗疲劳度等紧密相关。

现阶段，整
个机械发展领域技术革新不断，生产制作中应用的设备与仪器也在持续升级，这
就给其表面加工质量提出了一定要求。

因此，为满足机械生产过程中对整体质量
的需求，还需准确把握其中的有关影响因素，提出整改优化措施。

关键词：机械加工；表面质量；粗糙度；物理性能；改善措施
引言：
机械在加工生产过程中，受到化学、物理、力学等作用影响，导致表面质量
产生一定变化。

从微观层面来看，会产生不同程度的不平整；从宏观层面来看，
则主要是粗糙程度的变化。

通常表面越不平整，粗糙程度越大，磨损度就会越高，其表面质量就会相对降低。

而要想确保机械生产质量，就要先提升加工表面质量。

所以，对其中的影响因素进行分析，并采取有效的措施加以改进具有一定现实意义。

一、机械加工表面质量的影响因素
（一）使用性能因素
一是耐磨性。

该因素主要与热处理情况、润滑条件等有一定关联性，当这类
条件在完全确定的基础上，零件表面质量就会起到决定作用。

通常其磨损会经过
三个过程，即摩擦副最开始工作时，磨损整体会非常明显，这就是走合期；之后
磨损会渐渐变得缓和变匀，并进入正常的磨损阶段；当磨损达到相应程度时，又
会开始加剧，致使设备不能正常工作[1]。

二是抗疲劳强度。

受交变载荷影响，表面的粗糙程度的凹谷部分最容易发生
应力集中，从而出现疲劳纹[2]。

当表面的粗糙程度越大，该纹痕就会越重，抗疲
劳能力就会越差，从而影响整体质量。

三是耐腐蚀性。

耐腐性一般与表面粗糙程度具有一定关联。

当表面粗糙程度
越大，凹谷中的腐蚀性物质就会越多，耐腐性就会越低。

另外，表面残余的拉应
力也会引起应力腐蚀开裂，使得零件的耐磨性受到影响，相反，残余应力往往会
避免应力腐蚀开裂。

（二）表面粗糙程度
一是材料自身性质。

在对塑性材料进行加工时，刀具对金属挤压会引起塑性
变形，另外刀具会促使切屑和工件分离的撕裂作用增大粗糙度。

当工件材料韧性
越高，金属塑性变形就会越大，加工表面就会更加粗糙。

在对脆性材料进行加工时，切屑基本是碎粒状，而切屑崩碎则会直接给加工表面带来很多麻点，导致表
面更加粗糙。

二是切削加工。

刀具在对工件实施进给运动时，受其几何形状影响，往往会
在表层留下切削残留面积，其形状就会刀具本身几何形状的反映。

三是磨削加工。

在磨削过程中，冷却润滑液、砂轮本身的粒度、硬度、修整，以及磨削的速度、径向、进给量，和工件圆周进给速度及轴向进给量等时影响表
面粗糙程度的主要因素[3]。

（三）物理机械性能
1.表面层冷作硬化
主要因素包含：1）切削刃钝圆半径变大，给表面金属带来的挤压作用就会
越显著，塑性变形也则会变大；2）切削速度变大，刀具和工件之间的作用时间
就会变短，从而使塑性变形的扩展深度降低，冷硬层的深度也会随之降低；3）
刀具后到面磨损程度变大，后刀面和被加工表面的摩擦就会增大，从而导致塑性
变形变大；4）进给量变大，切削力度也会变大，从而致使表面金属的塑性变形
变大；5）切削热在工件表面的作用时间不长，也会导致冷作硬化；6）当工件材
料本身的塑性逐渐变大，冷作硬化程度也会变大[4]。

2.材料金相组织变化
通常切削热会导致加工表面温度大于相变温度之后，其表层金属金相组织就
会产生一定变动。

1）磨削烧伤之后会导致上述温度变化，从而产生金相组织变化，导致表层金属的硬度和强度都有所变低，同时产生残余应力，有时候还会出
现微观裂纹。

2）在对磨削烧伤进行改善的过程中操作不当也会出现磨削热，从
而引起上述情况，这就需要尽可能减少磨削热，并优化冷却条件。

3.表面层残余应力
1）在切削的过程中，加工表面金属层会产生塑性变形，导致其比容增大；2）切削时，其相关区域会产生切削热；3）各金相组织密度不同，也会有不同的比
容变化，因此势必会被相连的基本金属所影响，导致出现残余应力。

二、机械加工表面质量的改善措施
从其影响因素能够看出，表面粗糙程度和物理性能占据主导，所以要想保证
加工表面质量，就会依照需求尽可能降低表面的粗糙性，优化表面的物理性能。

具体则应从刀具、加工方法、切削条件、工件材料等方面着手。

（一）完善刀具
由于刀具几何形状会直接复映到切削层上，从而留下印记。

为此，这就需要
对刀具做出一定改变，把加工刀具自身的刀尖圆弧半径变大，并降低副偏角，或
者直接应用比较适合的修光刃与宽刃精刨刀等等。

然后要基于工件材料选用适合
的刀具材料，要减少应用会造成严重磨损的材料，以此尽可能降低表面粗糙程度，提升加工表面质量。

（二）优化工件材料
影响加工表面光滑度的最直接的两项因素就是工件材料本身的塑性性质以及
金相组织。

塑性材料通常加工后表面的粗糙程度都会比较大；而脆性材料则会更
加接近其理论的粗糙程度。

材料相同，晶粒越使粗大，表面的粗糙程度就会越大。

所以，只要塑性大于其他材料，例如低合金钢、低碳碳钢等，在实际加工时必须
要先强化韧性，实施正火处理，以此在切削之后提升加工表面的光滑性。

此外，
在对塑性材料进行切削的过程中，还必须确保基本速度，从而降低进给量，同时
还要尽可能使用高效化的切削液，以强化整个机械工件系统的刚性，提升机床的
动态稳定程度，保证加工表面质量。

（三）优化加工方法
实际加工金属零件表面的时候，必须对其加工方式进行有效控制，尽可能使
用超精密、精密以及光整等加工方式。

另外，要优先选用整体比较小的径向进给
量以及比较大的砂轮速度，使工件速度得以控制。

日常还需对砂轮表面实施有效
修整，使其磨粒能始终保持锋利度，更好地开展磨削操作。

（四）优化运动机构
在机械加工当中，运动机构自身的精度会直接给最终的加工效果带来直接影响。

一旦其机床主轴精度不足，就会给工件表面质量带来影响，尤其是机床轴向
窜动以及径向跳动。

为此，这就必须确保机床的这两类活动不超过0.1mm，同时
适当增大刀架的支撑面，以减少大托板经常出现的爬行问题。

（五）优化切削条件
实际进行切削时，切屑以及表面塑性变形的程度越小，粗糙程度也会越小。

由于鳞刺和刀瘤等都是在切削速度比较低的情况下出现的，所以还需选择适合的
切削量，使用比较高的切削速度，从而使刀瘤等问题得到有效抑制，降低进给量，缓解表面的粗糙程度，最终提升表面质量。

另外，还需选用适合的切削液，提升
润滑冷却效果，降低切削温度，防止出现表面烧伤问题，降低被加工表面的残余
应力，并减少鳞刺等问题的产生，提升表面光滑度。

三、结束语
总而言之，虽然机械加工在实际发展过程中一直不断进行改善，但在加工时
依然会受到各项因素的影响，导致加工表面质量受损。

对于这些因素，必须从使
用性能因素、表面粗糙程度和物理机械性能三大点着手对其进行全面分析，以此
提出诸如耐磨性、抗腐性、抗疲劳强度、切削和磨削加工等具体因素，从而在其
基础上采取有效的应对措施，合理应用先进技术与设备，提升加工有效性，改善
表面质量。

参考文献：
[1]李峰. 缸体加工表面质量和切削刀具的常见问题和对策[J]. 机床与液压, 2016, 44(20):4.
[2]邢超华. 影响机械加工表面质量的因素及控制措施[J]. 化学工程与装备, 2021(3):2.
[3]袁孝宁, 刘子利. 铸铁机械加工性能的影响因素及解决措施[J]. 铸造技术, 2018, 39(12):5.
[4]陈光军, 侯帅, 韩松鑫. 加工表面质量对耐腐蚀性能影响的研究进展[J]. 表面技术, 2019, 48(10):9.。