机械加工工艺对零部件表面完整性的影响分析及提升策略

机械加工工艺对零部件表面完整性的影响分析及提升策略

娄小妍  杨迪

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司）

摘要：表面完整性是影响零部件使用性能是重要指标。如何抑制不良因素对零部件表面完整性的影响一直以来是机械制造行业的核心议题。基于此，对当下机械零部件加工状况进行研究、整理和分析，阐述了机械加工工艺对零部件表面完整性的影响，并从原材料质量、刀具设备、工艺参数、表面光整加工技术等多个方面提出一些提升机械加工零部件表面完整性的有效策略，用以实现更高完整性要求的零部件加工目标，为相关工作人员提供理论参考。

关键词：机械加工工艺；零部件；表面完整性；影响分析；

0引言

推进工业现代化是现代化强国建设的必经路径。随着现代工业的不断发展，各行各业对于机械零部件性能和质量提出了更高的要求。一个机械零部件受损往往起步于表面。表面完整性优劣关系到零部件后续的应用成效以及使用寿命。在机械加工过程中，受高温、高压、冲击等多方面影响，零部件表面完整性极易受损。目前我国关于机械零部件表面完整性的研究尚处于起步阶段，相关产生机理、应对措施等内容空白处较多，亟需进一步完善。部分企业在运用机械加工工艺开展零部件加工时仍存在一些问题如刀具和设备选用不合理、工艺路线偏移、忽视对原材料的控制等，导致零部件表面完整性不佳，影响了零部件的使用性能。为了满足新时期汽车制造、航空航天等领域对高表面完整性零部件的应用需求，应当明晰零部件表面受损原理，以表面完整性提升为目标持续优化机械加工工艺，打开零部件机械加工新局面。

1机械加工工艺对零部件表面完整性的影响分析

零部件表面完整性是指加工表面几何特征、表面纹理、光学性能、表层金相组织、表面粗糙度、表面缺陷情况等。依靠现有的机械加工工艺，通常难以取得最完美的零部件表面完整性加工效果。当加工过程中出现裂痕、皱纹等表面缺陷或零件的纹理、物理力学性能发生变化时，就意味着零部件的表面完整性受损。目前影响零部件表面完整性的主要因素如下，其一是刀具影响。刀具的刀刃在加工过程中时常触碰零部件表面。倘若刀刃形状、前偏移角、材质等与加工材料不契合，就容易造成加工工件塑性形变，影响表面完整性。其二是加工路线影响。工艺路线是产品加工的具体流程，规范了零部件加工的具体方法。充分考虑零部件表面完整性需求，合理拟定工艺路线，方可取得理想的加工效果。其三是切削效果影响。受切削摩擦影响，刀具与零部件容易产生振动，导致刀具切削失准，给零部件表面留下瑕疵。

2提升机械加工零部件表面完整性的有效策略

2.1严格控制原材料质量

原材料的选择是影响零部件表面完整性的重要因素，也是容易被人们忽视的初始环节。它并非一个只追求零部件表面完整性的单向选择，而是需要顾及原材料其他性能、成本和质量，这意味着企业和相关工作人员必须加以慎重考虑。在实际原材料选用时，应当严格执行相关规范选择流程，根据零部件加工的实际需求来选择多种材料种类和结构，综合分析不同适用材料的性能、成本、应用需求等各类要素，追求最优解，从而在保证加工质量、加工效益的前提下获得良好的零部件表面完整性。与此同时，材料的晶体结构、物理性能等金相组织以及塑性也是判断零部件是否适用的重要属性。以表面完整性为目标加工原材料，就需要采取措施严格控制材料塑性，保持材料表面光滑平整。

2.2合理选用加工设备和刀具

刀具和机械设备是开展零部件机械加工的物质基础。针对不同的加工原材料和加工需求，所需选用的机械设备和刀具往往有着一定的差异。为了获得最佳的零部件表面完整性，就必须在加工设备和刀具方面下文章，确保加工设备、模具以及辅助工具与加工材料、加工方案相契合。在机械设备方面，需按照零部件机械加工工序需求选用性能优秀的机械设备和配套工具，同时在使用前开展整体检查，及时排除某个机械设备和加工工具中的故障隐患，保持良好的加工性能，致力于减少因机械设备问题导致的系统误差，以此提高零部件的整体加工精度、质量以及表面完整性。刀具选用方面，刀具是切削零部件表面的工具。当刀具材质、形状以及切割路径选择不到位时，就容易造成零部件表面粗糙、甚至开裂。为了形成良好的零部件表面完整性，就需要结合零部件材料的强度、结构、尺寸等各项参数，认真筛选刀具的半径、副偏角度、刀尖形状等，提高切削效率和质量，减少刀具磨损，确保经刀具切削后的零部件各项参数指标符合理论要求。

2.3优化工艺路线和切削参数

工艺路线的合理性事关零部件表面完整性优劣。工艺路线的拟定需严格遵循零部件加工实际需求，按照光整加工、先面后孔、划分加工、先加工基准面等原则，妥善安排加工工艺和加工顺序。倘若对于材料性能有着特殊要求或需要进行热处理，则应当在材料毛坯阶段便采取措施，避免零部件表面完整性受损。另一方面，作为机械加工的主体环节，切削加工质量控制至关重要。在运用高硬度刀具开展切削作业时，刀具难免会与加工零部件表面产生摩擦，容易留下痕迹，破坏了零部件表面的光滑度和平整度。为了保证零部件表面完整性，就需要根据原材料材质、结构、塑性等特点选择合适的切削方法，优化切削参数，精准控制材料进给速度，保持机床稳定，减少切削摩擦力产生。

2.4加强表面光整加工技术应用

表面光整加工技术的零部件机械加工过程中常用辅助手段，其应用目的在于减少和细化零部件表面粗糙度，修复表面缺陷，改善零件表面应力分布状态，保持零部件表面光亮、光滑、干净、平整，从而提高零部件加工质量。无论是磨压、滚压，还是超精加工、双轮珩磨，都有着各自的适用范围和应用效果，但同时也都包含有几下的特点，其一是光整加工只适用于改善零部件表面粗糙度，不宜开展加工余量较大的加工作业，否则会影响工件原有的精度。其二是光整加工所用的磨具与零部件加工过程中的相对运动应当尽可能复杂，增加磨料与零部件表面的随机性接触，使零部件表面误差在与磨料的一次次切削、挤压、划擦过程中被消除。

3结论

综上所述，提升零部件表面完整性是机械生产加工领域的重要研究方向。加强机械加工工艺对零部件表面完整性的影响机理研究，有助于提升零部件表面完整性，延长零部件的使用寿命。鉴于机械加工中零部件表面完整性研究的重要价值，应健全机械加工零部件表面完整性理论和实践体系，全面梳理影响零部件表面完整性的各类不良因素，深入分析表面完整性受损机理，围绕表面完整性提升目标采取针对性措施，严格控制加工工艺原材料质量，合理选用加工刀具和机械设备，持续优化工艺路线和切线参数，加强表面光整加工技术等先进表面加工技术应用，抓牢每一处工艺和技术细节，从而最大程度地减少零部件表面完整性损伤，保证加工精度和质量。

参考文献

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