浅谈影响机械加工表面质量的因素与应对措施
浅谈影响机械加工表面质量的因素与应对措施
　　机械加工表面质量，是指零件在机械加工后表面层的微观几何形状误差和物理、化学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。
　　摘要：虽然机械加工在目前的社会发展正在不断完善，但是各种影响机械加工表面质量的因素依然存在，这些因素严重影响到机械加工效率的提升，因此需要采用有效的应对措施来保障机械加工表面的质量。文章在对影响机械加工表面质量的因素进行分析的基础上，总结得出相应的应对措施。
　　关键词：机械加工;机械零件;粗糙度;耐磨性;疲劳强度;表面质量
　　所谓的机械加工表面质量就是指在相关机械零件加工完成后，由于各种因素的影响，而使得零件的表面出现严重的质量问题，这样的质量问题也被称作是粗糙度，在目前的机械加工中是最常见的一种现象。而机械加工表面质量的出现是受到了多种因素的影响，因此，要想使得机械加工表面质量得到有效的解决，就需要采取有效的应对措施，实现机械加工的可持续发展。下面本文就针对影响机械加工表面质量的因素与应对措施进行深入的探究。
　　一、机械加工表面质量对产品性能的影响
　　1.1 表面质量对耐磨性的影响
　　表面质量对零件的磨损有着决定性因素，是零件运行的过程中由于表面粗糙带来的变化的主要影响因素和影响手段。零件磨损一般可分为三个阶段，初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。表面粗糙程度对零件表面磨损的影响是不可忽视的，一般在使用的过程中，表面粗糙值越小，其在运行的过程中受损越小，在使用的过程中其使用寿命长，对其他元件的影响小。但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，使得在元件运行的过程中容易与其他元件的接触面积增加，反而增加其磨损程度，因此，在元件制造的过程中要应用各种技术手段进行分析与设计，设计出相应的摩擦值。
　　1.2 表面质量对疲劳强度的影响
　　在金属受到各种因素和荷载的作用之后会产生相应的变形和冷热交替模式，这就使得金属产生疲劳强度。因此，零件的表面质量对疲劳强度影响很大，使得在机械加工的过程中表面粗糙值越高，抗疲劳的能力越差。
　　1.3 表面质量对耐蚀性的影响
　　一般来说，零件对于腐蚀性因素会有一定的抵抗能力，而表面质量的出现则会在一定程度上影响到零件的抗腐蚀性，也就是说，零件是否会出现严重的腐蚀现象，主要的决定因素就是零件的表面质量优劣。而如果零件表面的粗糙度越严重，说明零件的抗腐蚀性能越低。相反，如果零件表面越光滑，则说明零件的抗腐蚀性能越强。
　　1.4 表面质量对配合质量的影响
　　表面质量与配合质量之间有着明显的联系，表面质量决定了配合质量，这也就说明了表面质量对配合质量有着直接的影响作用。在间隙配合质量中，表面质量越严重，则间隙配合的磨损程度就越严重，间隙也会相应加大，这样就使得配合质量大打折扣。而对于过盈配合来说，如果装配过程中有一部分的表面凸峰因为挤压因素的影响，使得过盈量逐渐减少，这样就使得配合件间的连接强度出现了降低的情况。
　　二、影响机械加工表面质量的因素
　　2.1 切削加工
　　在对工件进行切削加工的时候，采用的刀具如果是呈现几何形状的复映刀具，则在该刀具进行进给运动的过程中，就会残留出大面积的切削层，切削层的形状与几何形状的刀具较为类似。因此，将刀具的进给量进行有效的减少，并选用适宜的刀具，就可以使得切削层残留面积相应缩小。
　　2.2 工件材料性质
　　说到工件材料的性质，一般可以分为两类：一类是塑性材料;另一类是脆性材料。其中，在对塑像材料进行加工的过程中，刀具会对金属产生挤压力，使得材料出现塑性变形的情况，很多刀具都是被迫进行切削加工，与工件之间很容易出现分离的情况，这样就导致了机械加工表面质量的出现。可以说，工件材料韧性越好，则其产生塑性变形的几率就越大，机械加工表面质量就会越严重。而在对脆性材料进行加工时，则材料会因为切削的影响，而出现碎粒的情况，这些碎粒的崩窜，导致了加工表面出现了很多的坑点，从而使得加工表面变得十分粗糙。
　　要根据工件的性质来进行切削加工。针对一些塑性的材料进行加工处理的过程中，如果选用的刀具本身金属材料相对较软，那么在切削的过程中，就会使得塑性材料对刀具本身造成严重的挤压，这样就会使得刀具很容易出现变形的问题，而使用变形的刀具来进行切削，就会导致工件表面出现质量问题，工件表面的粗糙度会相应提升。针对工件进行切削处理，产生的碎粒量增多，导致切削出现崩裂的情况，这样就会使得工件的表面呈现出凹凸不平的现象，从而形成表面质量问题。
　　2.3 磨削加工
　　表面质量除了受到上述两点因素的影响，还受到磨削加工的影响。磨削加工造成的表面质量过程与上述的切削加工过程一样，几何因素以及表面金属的塑性是导致磨削加工表面质量的主要影响因素，除了这两个因素之外，导致表面质量的因素还包括砂轮的速度、硬度以及磨削速度等，而相较于切削加工，磨削加工表面质量的影响因素相对较多，其中工件的磨削转圈次数也是重要的表面质量影响因素之一。
　　在对工件进行切削的过程中，工件会因为切削的作用力以及切削热的作用力而使得工件的加工表面层物理的物理机械性能受到更为严重的影响。在这两种作用力的影响下，表面层金属的物理机械性能一再出现改变，这种改变主要发生在表面层上，出现的改变主要是金属显微硬度、金相组织以及残余应力的变化。在磨削加工的过程中，也会使得工件因为塑性因素的影响而出现变形的问题，切削加工出现的变形问题相较于磨削加工来说要轻，这主要是因为切削热的影响，所以磨削加工时，表面层的机械性能改变情况尤为明显。
　　2.4 表面层材料金相组织变化
　　受到切削作用的影响，会使得机械加工出现塑性变形的问题，工件出现扭曲，晶粒之间出现移位，甚至很多的晶粒都出现了破碎的情况。这样的现象可以提升表面层金属的强度，被称作是冷作硬化。可以说，表面层的金属硬化在提升的过程中，金属的塑性变形阻力会相应加大，这样虽然可以有效地降低塑性变形的发生，但是也会使得金属的物理性质出现一些转变。金属在经历过冷硬化之后，通常其高能位就会严重不稳，而在一定的情况下，这种不稳的状态会慢慢转化为稳定，这一过程也被称作是弱化。弱化主要是受到温度的影响，温度的高低决定了弱化的大小。在温度逐渐上升到一定的程度时，就会使得表层的金属金相组织出现变化，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。
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线切割加工表面粗糙度超值的主要原因是加工过程不稳定及工作液不干净，现提出以下改善措施。
　　(1)保证贮丝筒和导轮的制造和安装精度，控制贮丝筒和导轮的轴向及径向跳动，导轮转动要灵活，防止导轮跳动和摆动，有利于减少钼丝的振动，促进加工过程的稳定。
　　(2)必要时可适当降低钼丝的走丝速度，增加钼丝正反换向及走丝时的平稳性。
　　(3)根据线切割工作的特点，钼丝的高速运动需要频繁地换向来进行加工，钼丝在换向的瞬间会造成其松紧不一，钼丝张力不均匀，从而引起钼丝振动，直接影响加工表面粗糙度，所以应尽量减少钼丝运动的换向次数。试验证明，在加工条件不变的情况下，加大钼丝的有效工作长度，可减少钼丝的换向次数，减少钼丝的抖动，促进加工过程的稳定，提高加工表面质量。
　　(4)采用专用机构张紧的方式将钼丝缠绕在贮丝筒上，可确保钼丝排列松紧均匀。尽量不采用手工张紧方式缠绕，因为手工缠绕很难保证钼丝在贮丝筒上排列均匀及松紧一致。松紧不均匀，钼丝各段的张力不一样，就会引起钼丝在工作中抖动，从而增大加工表面粗糙度。
　　(5)X向、Y向工作台运动的平稳性和进给的均匀性也会影响加工表面粗糙度。保证X向、Y向工作台运动平稳的方法：先试切，在钼丝换向及走丝过程中变频均匀，且单独走X向、Y向直线，步进电机在钼丝正反向所走的步数应大致相等，说明变频调整合适，钼丝松紧一致，可确保工作台运动的平稳。
　　(6)对于有可调线架的机床，应把线架跨距尽可能调小。跨距过大，钼丝会振动，跨距过小，不利于冷却液进入加工区。如切割厚40mm的工件，线架跨距在50～60mm之间，上下线架的冷却液喷嘴离工件表面6～10mm，这样可提高钼丝在加工区的刚性，避免钼丝振动，利于加工稳定。
　　(7)工件的进给速度要适当。因为在线切割过程中，如工件的进给速度过大，则被腐蚀的金属微粒不易全部排出，易引起钼丝短路，加剧加工过程的不稳定；如工件的进给速度过小，则生产效率低。
　　(8)脉冲电源同样是影响加工表面粗糙度的重要因素。脉冲电源采用矩形波脉冲，因为它的脉冲宽度和脉冲间隔均连续可调，不易受各种因素干扰。减少单个脉冲能量，
可改善表面粗糙度。影响单个脉冲能量的因素有脉冲宽度、功放管个数、功放管峰值电流。所以减小脉冲宽度、减小峰值电流，可改善加工表面粗糙度。然而，减小脉冲宽度，生产效率大幅度下降，不可用；减小功放管峰值电流，生产效率也会下降，但影响程度比减小脉冲宽度小。因此，笔者认为减小功放管峰值电流，适当增大脉冲宽度，调节合适的脉冲间隔，这样既可提高生产效率，又可获得较低的加工表面粗糙度。
　　(9)保持稳定的电源电压。因为电源电压不稳定，会造成钼丝与工件两端的电压不稳定，从而引起击穿放电过程不稳定，增加表面粗糙度。
　　(10)线切割工作液要保持清洁。工作液使用时间过长，会使其中的金属微粒逐渐变大，使工作液的性质发生变化，降低工作液的作用，还会堵塞冷却系统，所以必须对工作液进行过滤，使用时间长，要更换工作液。最简单的过滤方法是，在冷却泵体抽水孔处放一块海绵。工作液最好是按螺旋状形式包裹住钼丝，以提高工作液对钼丝振动的吸收作用，减少钼丝的振动，改善表面粗糙度。
　　总之，只要消除了加工过程的不稳定及保持工作液清洁，就能在较高生产效率下，获得较好的加工表面粗糙度
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