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机械加工质量的影响因素及控制对策分析张正佛

发表时间：2021/6/3 来源：《基层建设》2021年第2期作者：张正佛

[导读] 摘要：产品的机械加工质量是保证机械产品质量的基础，它直接影响产品的可靠性和寿命等质量指标。

        贵州航天天马机电科技有限公司贵州省遵义市 563000
        摘要：产品的机械加工质量是保证机械产品质量的基础，它直接影响产品的可靠性和寿命等质量指标。为了提高产品机械加工质量，需要对影响因素开展合理的对策分析，制定出科学的解决方案，改善机械加工质量。
        关键词：机械加工质量；影响因素；控制对策
        市场竞争的核心是产品，而质量是产品参与市场竞争的重要性因素。为提升产品市场竞争力，就要保证产品的高质量，就需要对影响产品质量的因素进行分析，制定出科学有效的控制对策，掌握影响规律，控制影响因素，提高产品加工质量，满足市场对产品不断增长的需求。
        1研究意义
        随着科技的发展，我国的机械制造业技术水平不断取得突破，产品的质量不断提升，市场竞争力逐渐占据国际高端地位。但受到多种因素的影响，我国生产的产品在加工精度方面与欧美等制造业强国相比还存在一定差距，使得一些高端装备和关键、重要零部件依然依赖进口，受制于国外公司。
        高端装备是是衡量一个国家制造业核心竞争力的重要标志，是关系到国家战略安全和国民经济命脉的基础性、战略性产品。2019年，中国工程院曾对我国制造业做了全面评价，指出高档数控机床与基础制造装备国内产品与发达国家差距大，会有遭受外国“卡脖子”的隐患。习总书记讲过：我们要坚持先进制造业为支撑的战略定位。鉴于此，有必要采取措施提升我国的机械加工质量水平。
        2影响因素分析
        2.1刀具和夹具
        在机械加工过程中，对刀具的使用和调控，是最重要且影响最大的一环。越来越多的自动化车床，已经逐渐取代了传统车床。通过计算机与机械结合的方式，自动化车床有效的提升了刀具切削原料的准确性、高效性。但是在机械加工、磨削加工过程中，刀具与原料的直接接触，反复、高硬度的碰撞，会导致刀具和原料温度的提升，产生切削热、摩擦热、辐射热，使被加工的产品出现微小的形变和软化，使产品与刀具间的相对位置产生变化，造成加工质量误差。虽然在极短的时间内，产品和刀具都能够迅速实现降温，但加工产生的细小废屑依然会依附在被加工的工件表面上，因而加工出来的产品不可能与理想的要求完全符合。
        除此之外，刀具的几何形状对产品加工质量也有一定影响。切削刃钝圆半径越大，径向切削分力越大，产品塑性变形程度加剧，冷硬增大，产品越不容易加工，质量会受到影响。
        2.2机械加工材料
        各种打磨、钻孔和切割设备上，往往没有对被加工材料进行相应的规范和要求。因此在打磨、钻孔和切割的过程中，一些硬度相对较强的材料容易因为加工时内部组织的细微变化，造成表面的裂纹，导致产品机械加工质量偏低。
        此外，产品材料塑性变形越大，冷硬倾向越大，冷硬程度越严重，产品越不容易加工，质量会受到影响；产品材料导热性越好，热越不容易集中，弱化趋势越小，冷硬程度越严重，质量会受到影响。
        2.3机械加工环境
        一般来说，机械加工零件的环境都是相对稳定的。但是在实际工作中，各种环境条件（温度、湿度、大气压）的变化，都会影响机械工件的脆性和本身的硬度，有可能会损坏机械表面加工质量，对机械加工质量造成影响。
        对于打磨类产品的加工，产品表面由于环境因素，可能会造成暂时性的光滑，容易导致打磨效果较差，难以实现设计要求所需要的表面光滑度。在机械加工车间中，由于空气中的废屑、环境当中的水珠，都可能在环境突变下，影响到一些精密机械的加工，不仅可能会造成表面光滑度不符合既定要求，同时也可能会影响到整个机械系统在使用中的精密性。
        2.4 产品热变形
        产品在进行加工的过程中，会产生一定的热能，使得产品发生变形，残余应力会进行重新分布。如不及时对产品进行时效处理，使其残余应力得以释放，稳定产品组织和尺寸，会导致产品形状、尺寸随时间而发生变化，产生塑性变形，产品质量得不到保障。近年来，磨削加工通常作为产品加工的最后一道工序，产生的热变形对产品机械质量影响最大。
        磨削是以砂轮或其他磨具对产品进行加工，是磨粒对产品表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应，它的热变形容易对产品质量产生如下影响：
        1）导致产品表面产生氧化膜，造成产品表面“烧伤”，影响产品质量；
        2）导致产品表面产生残余应力，金相组织、体积发生变化；残余应力超过产品材料强度极限时还会产生裂纹，影响产品质量；
        3）导致产品温升、膨胀不均，影响产品尺寸、形状精度。

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        3机械加工质量的控制措施
        3.1根据产品表面要求选择正确刀具，减少刀具误差
        产品在进行机械加工时，由于刀具刃口不能实现理论上的绝对锋利，会留有10～20μm圆角。产生塑性区的产品表面会在切削力作用下产生蠕动，形成毛刺，影响产品质量。为了减少毛刺对产品质量的影响，在产品加工前要确认产品表面要求，根据实际的情况来选择刀具：
        1）立铣刀-平面零件周边轮廓；
        2）硬质合金刀片铣刀-平面铣削；
        3）高速钢立铣刀-凸台、凹槽；
        4）镶硬质合金刀片的玉米铣刀-毛坯表面或粗加工孔；
        5）球头铣刀、环形铣刀等-立体型面和变斜角。
        3.2根据产品材料选择正确处理方式，减少热变形误差
        在产品机械加工中，产品质量受到材料的影响较大。对于那些塑性相对较大的工件材料，比如低合金钢加工产品材料，可以让其接受正火锻造处理，确保在实际操作过程中，加工工件塑形能够得到较为明显地降低，保证材料实际的表面光滑程度。
        此外，将淬火后的产品金属工件置于室温或较高温度下保持适当时间，以提高金属强度（时效处理），使过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒（一般是金属化合物，也可能是过饱和固溶体中的溶质原子在许多微小地区聚集），形成一些体积很小的溶质原子富集区，造成材料的屈服强度提高，对塑性变形的抗力也愈大，强度能够得到明显提高，使产品加工质量得到提高。
        3.3根据产品加工精度选择正确切削用量，减少加工误差
        切削用量包括切削的速度、进给量以及背吃刀量等要素，在机械加工中也有重要的作用。选择切削用量的主要因素是被加工材料、切削的用具以及切削的条件。切削速度的选择与刀具的直径相关，如果所选用的刀具直径较大，车床的刚性较大，就可以选择较快的切削速度。其切削深度的增大，将减少走刀的次数，缩短走刀的时间，减少刀具的碰撞，提高产品机械加工质量。进给量的确定要根据加工的精度等条件来判断，在保证工件质量的前提下可以加大进给量。在切削深孔等排屑困难的工作中要降低进给量。而背吃刀量和侧吃刀量一致的情况下，可以减少次数，缩短切削时间，提高生产的效率。
        3.4根据产品类型选择正确装夹器具，减少定位误差
        在机械加工过程中，装夹是非常重要的环节。夹具在选择时，要根据产品类型的不同来选择：
        1）万能通用夹具：如机用虎钳、卡盘，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，结构、尺寸、规格已系列化；
        2）专用性夹具：如机床夹具、钻镗模，为产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一；
        3）可调夹具：如可调虎钳、可调三爪自定心卡盘，可以更换或调整元件，能适用多种工件加工的夹具；
        4）组合夹具：是由可反复使用的标准夹具零部件（或专用零部件）组装成易于连接和拆卸的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。
        最后，在加强产品加工过程中各种引起误差原因控制的同时，更要注重人的素质，需要设计、工艺人员严格审核零部件设计图纸，明确产品几何形状及尺寸大小等参数信息，科学编制加工工艺流程，明确加工过程的工序及设备、刀具使用，合理分类精加工及粗加工工序，基于机器设备的科学选择，确保合理有效地安排各工序加工时间，保证加工精度；操作人员技术能力需要不断提高，掌握操作技能，工作中尽职尽责减少人为因素带来的误差。
        结束语
        影响机械加工质量的因素有很多，刀具、产品材料、产品加工精度以及装夹器具等就是较为明显、重要的。因此，了解其影响的原理和范围，从而制定出相应的控制方案，能够促使产品机械加工质量得到有效的保持提高，从而收获相对理想的加工成果。
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