李云艳

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

金属切削加工表面质量的影响因素分析

李云艳

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

近些年来，随着我国科学技术的快速发展，对机械装备的使用性能要求也越来越高，尤其是一些重要的零件在高压力、高转速、高温度等条件下作业，其表面层任何一点的缺陷都有可能直接影响到零件的工作性能，带来安全隐患。所以，如何在金属切削加工中确保零件加工表面质量则尤为重要。本文笔者即结合个人实践工作经验，从影响金属切削加工表面质量的因素入手进行粗略地分析，并提出提高金属切削加工表面质量的具体措施，以供参考。

金属切削加工；加工表面；表面质量；影响因素

众所周知，在金属切削加工过程中由于加工零件会受到切削力、摩擦、挤压、切削热、振动等因素的共同作用，进而使零件加工表面产生微观几何形状的误差以及表面物理力学性能的变化。虽然这个误差与变化仅仅存在零件的表面层，但是长期使用下去势必会严重影响到机械设备的整体性能与使用寿命。尤其是在一些高压力、高转速、高温度的高要求条件下进行作业，任何一点瑕疵都可能带来巨大的安全事故，威胁人们的生命财产安全。所以，正确地理解零件表面的质量内涵，做好金属切削加工过程中影响零件表面质量的各种工艺因素的分析，对进一步改善加工零件的表面质量，提高加工零件的使用性能都具有十分重要的现实意义，以下笔者基于此目的对金属切削加工表面质量的影响因素进行粗浅地分析与探讨，以供参考。

1.零件加工表面的完整性

在机械加工中，我们对零件加工表面的完整性提出了明确的规定，要求加工零件的表面层不仅不能受到任何损伤，且物理机械性能与金相组织都必须能够满足产品的实际使用需求。目前，对零件加工表面完整性内容的分析，主要包括在两个方面：第一，对加工零件表面纹理组织相关的部分进行研究与分析，包括：加工零件表面的微观几何形状以及加工零件表面所存在的缺陷等特征，并且从微观几何学的角度入手，对零件表面的实际状态进行研究，衡量指标为零件表面的粗超度；第二，对加工零件表面层物理特性相关的部分进行研究与分析，如：对变形、加工硬化、残余应力、裂纹等物理特性的研究。

而如若本文笔者对金属切削加工过程中，加工零件表面层的实际结构进行分析，则可以看到其经典结构如图1所示。其中，在金属基体的上部为变形层，变形层在实际的切削加工中极易出现弹性变形、塑性变形、晶格扭曲而形成的加工硬化层。而加工硬化层又具有较高的硬度与残余应力，所以，相应的金相组织也极易发生巨大的变化；而靠近基体的部分是塑性变形区；在塑性变形区的上面是热变形区；在变形层的上面则是贝氏层、氧化层、吸附层等。

图1　零件表面层结构示意图

2.对影响金属切削加工表面质量因素的分析

2.1机械使用性能对金属切削加工表面质量的影响

第一，零件加工表面受到耐磨性的影响。每一个加工零件，在最初阶段摩擦副的两个接触表面都是由粗糙的峰部进行的接触。所以，此时的理论接触面积大于实际接触面积，且会在接触部位引发单位应力，造成实际接触处的弹性变形、塑性变形，引发严重地磨损。

第二，零件加工表面受到疲劳强度的影响。在交变载荷作用之下，极易在零件加工表面的粗浅凹谷部位产生应力集中，进而造成疲劳纹。尤其是零件加工表面的粗糙度越大产生疲劳纹的纹痕也相应更深，因此，相应地抗疲劳破坏性能则更弱。同时，残余应力又是造成加工零件疲劳强度的根本因素，会进一步加速疲劳破坏并进一步扩大疲劳裂痕，进而严重影响加工零件的表面质量。

第三，耐蚀性对零件加工表面带来的影响。零件加工表面的粗糙程度直接决定了零件的耐蚀性，这是因为表面粗糙值越大，在凹谷之中所聚集的腐蚀性物质就越多，自然抗蚀性能也就越弱。同时，在零件的加工表面层中还存在残余拉应力，产生腐蚀开裂降低零件的实际耐磨性。

2.2加工零件表面粗糙度的影响因素

通过分析，我们可以看到影响切削加工表面粗糙度的因素主要有以下几种：刀具几何形状的反映刀具，相对于工件作进给运动时所留下的切削层残留面积，是刀具几何形状在表层的重要反映；在加工塑性材料时，刀具会对金属层造成巨大的挤压形成塑性变形，并且在切削过程中刀具还会迫切屑与工件之间发生分离撕裂作用，进而增大加工零件表面的粗糙度。同时，切削过程产生的积屑瘤也会对加工零件的粗糙度造成巨大的影响；在脆性材料切削加工过程中，切削速度不会对加工零件的粗糙度造成太大的影响。

2.3加工零件表面层物理机械性能的影响因素

第一，表面层冷作硬化。影响冷作硬化的主要因素包括以下几点：切削刃钝圆半径增大，其表面金属层的挤压作用增强，塑性变形加剧，冷硬情况增强；刀具后刀面的磨损程度随着切削加工而不断加剧，并加大了与加工表面的摩擦作用，塑性变形增大，冷硬情况增强。

第二，表面层材料的金相组织发生变化。切削过程中一旦被加工零件的表面实际温度大于相变温度，那么加工零件表面金属层的金相组织就会发生巨大的改变，从而引发淬火烧伤、磨削烧伤、退火烧伤等问题。

第三，加工零件表面层的残余应力。而造成这一问题的根本原因，在于金属切削过程中表面金属层产生了残余应力，而里层金属产生了残余拉应力，并在切削区产生了较大的切削热。

3. 提高金属切削加工表面质量的几点对策

3.1为金属切削加工工作制定科学、合理的工艺规程

可以说科学、合理的工艺规程不仅仅是金属切削加工工艺的重要依据，也是金属切削加工工件质量的重要保证。所以，为了进一步提高加工零件表面质量，就必须为金属切削加工工作制定一个科学、合理的工艺规程。这里需要注意的是在工艺规程的制定上，必须做好定位基准的选择，且定位必须要准确，尽可能将定位基准与设计基准相重合，而工艺流程则是越短越好。

3.2在金属切削加工中做好切削参数的合理选择

选择科学、合理的切削参数，不仅能够进一步防止积屑瘤的产生，还能够将理论加工中残留面积的高度有效降低，从而保证加工零件的表面质量。因此，合理选择切削参数则尤为重要。而如若我们对切削参数进行详细地分析，则可以看到切削参数主要包括以下几点：切削刀具角、切削速度、切削深度等方面的选择。而通过大量文献阐述与实际案例分析，我们可以得知，在切削塑性材料时，如若选择了前角较大的刀具，那么对积屑瘤的产生有着很大的抑制作用。而这正是因为，增大刀具的前角时，切削力与切削变形也会相应地减小，而此时刀具与切屑的接触时间短暂，也就无法为积屑瘤的形成预留下必要的空间与时间。

3.3在金属切削加工中选择合理的切削液

合理地选择切削液，不仅能够对刀具与加工工件之间的摩擦参数进行有效地改善，还能够对切削力、切削温度、刀具的磨损程度进行有效地降低，进而为加工工件的表面质量做出必要的保证。

3.4做好加工零件表面最终工序加工方法的选择

在金属切削加工过程中，其最终工序会对该加工零件的表面留下残余应力，从而直接影响到机械零件的实际使用性能。所以，在切削加工过程中为了进一步提高加工零件的表面质量，必须做好最终工序方法的选择，并且清楚地掌握且考虑到该零件的工作表面会在具体的加工条件下可能受到哪种破坏，从而选择合理的最终工序方法。同时，我们还应该从经济效益等诸多方面入手，对加工工件的表面质量进行考虑，选择那些不需要加大制造成本的工序方法，进而避免不必要的损失。

结语

综上所述，本文笔者从影响金属切削加工表面质量的因素入手进行粗略的分析，并提出了提高金属切削加工质量的几点个人建议，也是希望通过本文笔者的粗略阐述，能够让更多的人们更加清楚地认识到，加工零件的表面质量在很大程度上直接影响着机械产品的工作性能，机械产品的运行可靠性，机械产品的实际使用寿命。也正因如此，不断地加强对零件表面质量的改善，不断地提高切削加工工艺，对进一步提高机械产品的整体使用性能则有着十分重要的现实意义的。所以，在今后的工作中，机械生产施工人员，更加应该加强对金属切削加工工艺的研究，对加工零件表面质量问题予以高度重视，并为提高零件的加工表面质量进行不懈地努力，从而形成高质量、高效率的生产作业模式。

［1］寇元哲.影响机械加工表面质量的因素分析［J］.甘肃科技，2007（7）：110-111.

［2］孙文元，杨小文.数控金属切削工艺分析［J］.科技风，2011（23）：33-35.

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