鹤岗斯达机电设备制造有限责任公司 孙士杰

一、表面粗糙度对机械加工表面质量的影响

1.切削加工的影响。在对工具进行切削时，所留下的切削层残留面积和几何刀具形状相同，都是刀具几何形状的复映，切削加工的影响如图1所示。

图1 切削加工的影响

2.磨削加工的影响。磨削加工表面粗糙度与切削加工表面粗糙度的形成过程相同，都是由几何刀具形状和表面金属塑性变形决定。砂轮的硬度和粒度、修整磨削速度、磨削速度和径向以及轴向和工件圆周的进给速度、进给量、冷却润滑液等因素都会影响机械加工的表面质量。

二、表面物理机械性能对机械加工表面质量的影响

1.表面层残余应力的影响。由于切削零件表面时，金属层中容易发生塑性变形，导致表层金属体积膨胀，比容增大，从而产生残余应力和残余拉应力，并且容易导致切削区域产生大量的切削热。需要注意的是，不同金相组织的密度不同，一旦加工表面金属层发生金相组织变化，那么必然会被基体金属阻碍，从而产生残余应力。影响整个机械加工表面质量。残余应力的影响如图2所示。

图2 残余应力的影响

此外，零件工作表面最终工序所产生的残余应力也会直接对零件的使用性能造成影响。如，零件在交变载荷作用下，表面容易出现裂纹，在残余应力作用下，裂纹会逐渐扩大，严重时会导致零件断裂。因此要根据零件工作表面所承受的工作形式和零件抵抗疲劳破坏等因素来确定零件的加工工序。

2.表面层冷作硬化和材料金相组织变化的影响。机械加工的实际过程中，在切削力作用下，使得表面层金属收到的挤压增强，切削钝圆半径扩大，从而是金属产生塑性变形、剪切滑移、晶粒变化等问题，导致零件表面金属冷作硬化。因此切削速度越大，冷硬层深度就会越大。同时进给量的增大也会导致切削力增大，使表层金属发生塑性变形，导致冷硬现象发生。

如果被磨零件的表面温度高于变相温度，就会导致金相组织变化发生，从而降低金属层的强度与硬度。此外，还会造成残余应力的发生，使加工表面出现磨削烧伤。

三、改善机械加工表面质量的有效手段

1.选择和工件材料相匹配的适应性较好的刀具材料。由于零件在切削加工的过程中，容易受到切削力、热的影响，使表面金属产生残余应力、金相组织和冷作硬化等现象，这些现象又导致塑性变形和切削热更加严重。为了减少残留面积，要选择刀尖圆弧半径大、主偏角和副偏角小的刀具，要选择合适的润滑液。同时还可以通过降低进给量减小零件表面的粗糙度。由于材料塑性变形与金相组织变化是造成机械加工表面粗糙的主要因素，因此，塑性较大的材料要先进行正火处理以后，才能进行切削加工，以降低材料的塑性，减小粗糙度,同时还要满足金相组织变化。

2.选择合适的切削方式。在切削时，由于切削材料的不同，因此切削用量也会不一样。为了减小切削变形和加工零件的表面粗糙度，降低残留面积高度，避免切削厚度与工件发生挤压和磨差，可以在切削塑性材料时选择高速切削的方式；而在切削脆性材料的时候，由于表面粗糙不受切削速度的影响，因此，可以采用高效切削液使系统刚度加强，在提高机床的稳定性的同时，确保加工表面质量。

3.选择合理有效的磨削参数和冷却加工方式，以降低零件的表面粗糙度。在实际生产过程中，确定磨削参数要先确定初步的磨削参数并进行试磨，通过对工件表面热损伤的查看，对磨削参数进行调整；在实际磨削时，要对磨削范围内的温度进行测量，并控制其参数。同时，采用有效的冷却加工、精密和光整加工等方式，并选用细粒度砂轮和磨削液，也能使加工表面粗糙度降低。

4.在使用刀具的时候，尽量减小切削刃口的半径，并对刀面磨损宽度进行限制。同时加工时要选用有效的切削液和较高的切削速度，确定合适的进给量，以减少残余应力的变化对机械加工表面层造成的质量影响。

四、结论

机械加工表面质量与工件使用性能联系紧密。由于工件表面受到表面粗超度和表面物理机械性能的影响后，会直接影响工件抗疲劳的强度，尤其是在应力集中和腐蚀的时候。因此，在机械加工时应选择合适的刀具、加工方式和切削用量，尽可能避免表面粗超度和表面物理机械性能对加工表面质量造成影响。