機械加工表面質(zhì)量的影響因素與改善措施

王 軍

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

隨著機械加工產(chǎn)業(yè)對社會的重要性逐步提升，開展機械加工的質(zhì)量成為行業(yè)發(fā)展的重要研究議題，尤其是機械加工表面質(zhì)量的影響因素，對產(chǎn)品零部件影響極為深遠，成為行業(yè)重點的公關(guān)議題，引發(fā)一系列的討論和熱議。

1 機械加工表面質(zhì)量對產(chǎn)品的影響

1.1 耐磨性對產(chǎn)品的影響

產(chǎn)品的耐磨性是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要影響因素，在產(chǎn)品進行加工過程中，其表面的粗糙程度會影響最終的加工成效。通常產(chǎn)品在磨損過程中分為三個階段，包括初期磨損階段、正常磨損階段、劇烈磨損階段。表面粗糙程度是產(chǎn)品磨損的重要原因，表面粗糙度越低，其磨損程度越低，同時其使用壽命也會同步提升。但是當(dāng)產(chǎn)品表面粗糙度過低時，極有可能產(chǎn)生潤滑油無法儲存導(dǎo)致產(chǎn)品在運行過程中，與其他零部件的接觸面積增加，最終反而降低其磨損程度，元件在制造過程中需要利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)進行相關(guān)產(chǎn)業(yè)的設(shè)計與分析，從而確保產(chǎn)品的耐磨性符合產(chǎn)品的設(shè)計需求。耐磨性受產(chǎn)品外部表面結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品材質(zhì)、產(chǎn)品安裝部位等多種因素影響，需要進行多種角度的研究和計算，保障產(chǎn)品在磨損值符合相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 抗疲勞性對產(chǎn)品的影響

受產(chǎn)品金屬材質(zhì)種類的影響，結(jié)合產(chǎn)品應(yīng)用的環(huán)境以及多種外在荷載的作用，導(dǎo)致產(chǎn)品會產(chǎn)生不同程度的變形，另外受外界溫度的影響，產(chǎn)品經(jīng)受冷熱交替進一步加劇材質(zhì)金屬的疲勞程度。因此，產(chǎn)品的抗疲勞性影響產(chǎn)品的質(zhì)量。受當(dāng)前機械加工工藝的影響，產(chǎn)品表面粗糙程度越高，對應(yīng)的抗疲勞問題也會愈加明顯，當(dāng)產(chǎn)品的抗疲勞性到達極限時，產(chǎn)品會發(fā)生不同程度的損毀，嚴(yán)重時還會造成產(chǎn)品彎折，影響產(chǎn)品使用。不少產(chǎn)品的抗疲勞性較低，無法承受較大的外部荷載，導(dǎo)致產(chǎn)品的使用期限以及使用環(huán)境較為固定。

1.3 耐腐蝕性對產(chǎn)品的影響

受產(chǎn)品金屬材質(zhì)的影響，不少產(chǎn)品在使用一段時期后會產(chǎn)生金屬腐蝕，同時在產(chǎn)品所在的位置，還會產(chǎn)生連帶影響效應(yīng)，例如對產(chǎn)品外邊面會形成腐蝕性氧化物，進而造成產(chǎn)品一系列的問題和影響。產(chǎn)品耐腐蝕性同樣與產(chǎn)品表面質(zhì)量存在一定的關(guān)系，表面越粗糙的產(chǎn)品，其抗腐蝕性越低。一方面，由于產(chǎn)品表面存在不同程度的粗糙面，導(dǎo)致產(chǎn)品粗糙面會存有大量的水和空氣，長時間未能有效蒸發(fā)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品外表面的粗糙區(qū)域形成腐蝕問題，導(dǎo)致引發(fā)產(chǎn)品一系列連鎖反應(yīng)。

1.4 配合質(zhì)量對產(chǎn)品的影響

產(chǎn)品表面粗糙值的大小，對產(chǎn)品表面配合質(zhì)量的影響較大，一方面，粗糙值較大會加大產(chǎn)品的磨損程度，另一方面，間隙過大會造成產(chǎn)品配合性降低，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)過盈配合，會進一步擠壓內(nèi)部的凸面，導(dǎo)致產(chǎn)品的在連接過程中出現(xiàn)不同程度的磨損問題。產(chǎn)品配合質(zhì)量的影響，涉及到產(chǎn)品的實際使用成效。因此具有極為重要的價值和意義。

2 影響加工表面質(zhì)量的因素

2.1 削切技術(shù)

產(chǎn)品在加工過程中，利用刀具模型將產(chǎn)品進行多種設(shè)計的深加工，在產(chǎn)品表面會形成切削層殘留面積，其形狀與刀具的幾何形狀相似。因此，通過減小進給量，調(diào)整主偏角，控制副偏角減小切削時的塑性形變，可以有效降低殘留面積的高度。另外，不少工藝采用增大刀具的前角以及減小切削時的塑性變形，結(jié)合潤滑劑以及提高刀具刃磨質(zhì)量，實現(xiàn)對產(chǎn)品塑性變形的有效控制。削切技術(shù)的升級和改善，是確保產(chǎn)品質(zhì)量提升的重要舉措。近年來，隨著智能AI 技術(shù)的應(yīng)用，將削切技術(shù)進一步升級和優(yōu)化，已經(jīng)可以實現(xiàn)納米級的產(chǎn)品切割，另外對切割的精度和精準(zhǔn)度也有了質(zhì)的提升。一方面，機械領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品構(gòu)建的尺寸和要求更為精確化，利用削切技術(shù)保障產(chǎn)品的設(shè)計尺寸得以實現(xiàn)，另一方面，借助對削切工藝的改善和升級，提升產(chǎn)品的良品率，保障產(chǎn)品得以批量生產(chǎn)。

2.2 工件材料質(zhì)量

工件材料質(zhì)量，是影響產(chǎn)品最終成效的核心影響因素，一方面，工件在加工過程中，受材質(zhì)自身的質(zhì)量影響，極有可能發(fā)生工件的塑性變形，同時在不同刀具進行切削工作時，對應(yīng)的機械加工，會造成工件結(jié)構(gòu)的分離和擠壓，造成表面粗糙值的進一步擴大，另一方面，工件材料質(zhì)量還會影響材料的塑性，不少材料塑性形變較低，以脆性材料為例，在進行工件加工過程時，極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品碎裂，進一步降低產(chǎn)品的加工質(zhì)量。另外產(chǎn)品屬于脆性材料時，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品碎屑飛濺到產(chǎn)品的外表面，進而造成產(chǎn)品外表面存在大量的粗糙坑點，進而引起產(chǎn)品氧化、腐蝕等問題。因此在加工過程中，為了避免產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要結(jié)合產(chǎn)品材料特性，合理制定相應(yīng)的加工方式。同時在產(chǎn)品出現(xiàn)材料形變或者脆性反應(yīng)時，需要及時對產(chǎn)品的碎屑進行清理和處理，降低產(chǎn)品的后續(xù)表面問題。

2.3 磨削加工技術(shù)

磨削加工技術(shù)，是現(xiàn)代化產(chǎn)品機械加工的常見手段，通過磨削加工，可以減少材料表面的粗糙程度，從而降低產(chǎn)品腐蝕和形變的可能性。磨削加工技術(shù)對產(chǎn)品的外邊面處理程度，受產(chǎn)品材質(zhì)以及產(chǎn)品金屬特性影響較大。在實際加工過程中，主要的影響因素還有砂輪粒度、砂輪硬度、砂輪修整消磨速度以及磨削徑向進給量等。磨削加工技術(shù)，受加工流程的影響，其對應(yīng)的生產(chǎn)速度較慢，但是可以有效降低產(chǎn)品的塑性形變，對脆性材料同樣具有明顯的改善作用。

2.4 表面層材料的影響

機械加工產(chǎn)品的表面層材質(zhì)，會影響材料的加工成效。其中冷熱硬化以及評定參數(shù)是較為常見的影響因素，在產(chǎn)品進行機械加工時，產(chǎn)品受到各種外界荷載的作用，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)扭曲、變形，產(chǎn)品中材質(zhì)結(jié)構(gòu)受到各種的影響，部分品粒被拉長和纖維化，甚至材料會發(fā)生破碎，最終導(dǎo)致材料表面層的金屬硬度以及強度得到提升，通常將這種反應(yīng)稱為冷作硬化反應(yīng)。產(chǎn)品的表面層進行金屬強化，不僅會進一步加大金屬變形的阻力，同時還能夠減少金屬的變形趨勢，當(dāng)冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)時，金屬的不穩(wěn)定性得到改善和提升，該反應(yīng)現(xiàn)象被稱為弱化反應(yīng)。弱化反應(yīng)大多是材料的外在溫度所影響，同時隨著溫度的持續(xù)而持續(xù)，不少金屬在加工過程中，受到外部荷載以及熱能效應(yīng)，因此加工完畢后對應(yīng)的金屬強度取決于冷作硬化與弱化反應(yīng)綜合的反應(yīng)。機械領(lǐng)域中，評價冷作硬化的指標(biāo)包括金屬的顯微硬度、硬化層深度、硬化程度等。

在產(chǎn)品進行切削工藝時，產(chǎn)品的表面溫度超過了變溫溫度后，極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品表層金屬屬性發(fā)生變化，以消磨燒傷為例，當(dāng)機械進行產(chǎn)品磨削工藝時，其表層金屬受到溫度的影響，會產(chǎn)生不同程度的強度和硬度的降低，并且還會產(chǎn)生多余應(yīng)力，進而引發(fā)產(chǎn)品微觀裂紋產(chǎn)生。

3 機械加工表面質(zhì)量的改善措施

3.1 強化加工設(shè)備的精準(zhǔn)性

提升機械加工表面質(zhì)量的有效措施，務(wù)必要進一步提升加工設(shè)備的精準(zhǔn)度，尤其是在實際加工過程中，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)預(yù)測的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品材質(zhì)的使用特點，按照科學(xué)的加工模式以及加工標(biāo)準(zhǔn)，可以保障產(chǎn)品的加工質(zhì)量。其加工設(shè)備的精準(zhǔn)度會影響產(chǎn)品的加工成效。一方面，產(chǎn)品精度的提升需要從加工設(shè)備的刀具、加工力度、加工設(shè)備速度等眾多方面體現(xiàn)，其中包含機械加工工藝的精準(zhǔn)度等方面內(nèi)容，通過對刀具設(shè)備進行改良和提升，進一步減少加工過程中的殘留面積，從而減少產(chǎn)品表面的粗糙程度[1]。

3.2 強化加工材料的質(zhì)量

強化產(chǎn)品的材料質(zhì)量，需要結(jié)合材料的塑性與脆性要求進行設(shè)定，同時還有根據(jù)材料的生產(chǎn)工藝進行設(shè)計和分析。一方面，提升產(chǎn)品的純度以相關(guān)組成元素的比例，優(yōu)化材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，另一方面，對傳統(tǒng)材料的處理模式繼續(xù)二次加工，如部分材料的熱處理工作，可以進一步降低材料的塑性，同時還能夠切削后降低材料表面的粗糙程度，從而提升材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。

3.3 強化加工工藝的先進性

加工工藝的先進性會影響產(chǎn)品的機械加工程度。一方面，以美國、日本為代表的機械加工企業(yè)，其材料加工設(shè)備極為先進，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)的切削和磨削，最終確保產(chǎn)品的加工質(zhì)量。另外產(chǎn)品加工工藝的改進方式較為多樣化，一方面，可以從設(shè)備加工能力進行著手，對現(xiàn)有加工產(chǎn)業(yè)線的設(shè)備進行替換或者升級，提升設(shè)備的加工能力，另一方面，對加工設(shè)備的系統(tǒng)進行升級，確保產(chǎn)品加工的軟件部分，可以實現(xiàn)應(yīng)有的技術(shù)水準(zhǔn)。加工工藝升級和改良，不僅可以促進產(chǎn)品加工質(zhì)量得到改善和提升，同時還會將加工生產(chǎn)線的加工范圍進一步擴大，實現(xiàn)多種產(chǎn)品的有效加工，拓展加工空間以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間[3]。

3.4 強化加工人員的職業(yè)素養(yǎng)

加工人員的職業(yè)素養(yǎng)，是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要影響因素之一。一方面，加工人員對產(chǎn)品加工設(shè)備的熟練程度以及對自動化操作的水平，極有可能影響整個機械加工生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率；另一方面，隨著產(chǎn)品機械加工智能化的發(fā)展趨勢，對于傳統(tǒng)的加工人員，其技能水平以及管理水平，需要進一步的提升和強化。因此，對于傳統(tǒng)的機械加工人員，需要從技能培訓(xùn)、技術(shù)考核等方面中進一步強化，針對職業(yè)技能有限的人員，要進行多元化的培養(yǎng)和提升，以當(dāng)前機械產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量為前提，不斷開展多種類的技能教學(xué)，確保機械加工工人的真實水平與機械加工生產(chǎn)線的需求相得益彰。需要注意的是，在開展人員培訓(xùn)時，要結(jié)合當(dāng)前機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，進行合理化的升級和改造[4]。

4 結(jié)論

綜上所述，機械加工產(chǎn)業(yè)是社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)技術(shù)，也是借助新時代的產(chǎn)業(yè)升級、技術(shù)升級，不斷革新自我的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在機械設(shè)備加工過程中，通過對常見問題進行有效地控制和規(guī)避，最大限度降低產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量問題，確保機械加工表面質(zhì)量，得到巨大的飛躍和改善。