机械加工技术对金属零件加工的影响

朱光霞

（铜陵市中等职业技术教育中心，安徽 铜陵 244000）

目前科技的发展导致各领域对金属零件的需求越来越大，对金属零件的要求越来越高，为此国内研究出了机械加工技术，加工金属零件。机械加工技术是通过溶解、钻削、车削、划线、铣削、磨削等加工方法，将金属加工成金属零件，安装在各个金属器械上。但是在机械加工技术的应用过程中，发现机械加工技术发展的速度，相对于其它加工技术发展的发展速度缓慢，尤其是制造业已经成为金属零件加工的一大锻造商，却未曾大范围地使用机械加工技术，加工金属零件，为此研究机械加工技术对金属零件加工的影响。以期通过此次研究，帮助金属零件锻造商，深入了解机械加工技术，对金属零件加工产生的影响，正确认识机械加工技术，从而推动机械加工技术的发展。

1 机械加工技术对金属零件加工方法的促进

1.1 溶解金属

图1 机械加工技术溶解金属的过程

此次研究金属零件加工方法，采用机械加工技术溶解金属，将金属液化后，再放入模具里，加工成金属零件。其机械加工技术溶解金属的过程如图1所示。

从图1中可以看出，机械加工技术溶解金属，是将金属放置专业的容器当中，在容器中含有阳极和阴极两个电解棒，并在电解棒之间放置大量的电解液，此时，在电解棒上开通电源，在电流作用下，电解棒发挥作用，将电流导向电解液，此时，电解液会与电解棒发生电化学反应，溶解容器中放置的金属[1]。在电解过程中，放在电解容器中的金属为铜、锌、铝等活泼金属时，会在电解液的作用下，放出金属中含有的电子，还原成离子形态，且会持续不断地将电子转移到溶液当中，产生阳极溶解，则有：

在（1）式中，M为金属，e代表电子，n为在电解作用下，电解液电解金属的电子数，Mn+则是在阳极电解棒的作用下，经过电解反应，从金属中溶解下来的金属离子。

当放在电解容器中的金属为金、铂、钯等惰性金属时，会在阳极电解棒的作用下，由电解液本身所具有的负离子放电，在容器中析出某一金属元素中，所含有的其他元素物质，则有：

在（2）式中，Nm-为电解液自身所含有的金属离子，m为在阳极电解棒的作用下，电解液失去的电子数，N为电解液析出的金属物质。

在如图1所示的金属电化学溶解过程中，在阴极电解棒上，会发生与阳极电解棒相反的电解反应。当电解液中的金属离子达到一定浓度时，会吸收放置在容器中金属所含有的电子，并析出金属，则有：

在（3）式中，Pn+为电解液中的金属离子，P为电解液析出的金属。当容器中溶解的金属属于活泼金属和碱土金属时，则有：

在（4）式中，阴极电解棒表面，会析出氢气。经过上述四个反应式，金属已经被电解成金属溶液，并在电解液中析出。

1.2 金属溶液定型

经过1.1节电解的金属，已经熔化成金属溶液，此时，需要将金属溶液倒入所要加工成的零件模具当中，采用机械技工技术，凝固金属溶液，磨削金属，从而将金属加工成金属零件。

在将金属零件定型时，需要将金属溶液置于密闭的零件模具中，让零件模型中具有一定的热度，且让零件模具中的热度均匀分布在模型中的每一个位置，因此产生热能量守恒定律。所以设热量为Q，零件模具中原本的内能为K，增加的内能为U，则有：

经过（5）式的计算，零件模具中各处热度一致，此时已经溶解的金属溶液，会在零件模具中，加热至定型。当金属已经初具零件雏形时，将金属零件雏形从零件模具中取出，此时金属零件雏形的表面存在粗糙、坑洼等加工问题，需要对金属零件表面进行磨削处理。

1.3 金属零件磨削成形

在金属定型，初步具有所要加工零件的雏形时，需要磨削金属零件雏形表面。采用机械加工技术磨削金属零件时，可以分为三个阶段。第一阶段滑擦，此时，刚加工出的金属零件雏形表面，存在许多突出的磨粒，第一阶段的滑擦，可以初步将金属零件雏形表面的磨粒，挤入金属零件里，不断滑擦金属零件，减少金属零件雏形表面的磨粒。因此设金属零件雏形表面磨粒，受到滑擦的压力（N）为F1，压强（MPa）为p，金属零件雏形表面磨粒，挤进金属零件内，所产生的凹坑投影面积（cm2）为a，滑擦金属零件时，所施加的总压力（N）为F，滑擦时，与金属零件的接触面积（cm2）为A，金属零件雏形表面磨粒个数为q，则有：

经过（6）式的计算，可以得到金属零件雏形表面磨粒，初步被摩擦的结果，此时，需要进行第二阶段的耕犁作用。第二阶段耕犁，是在第一阶段滑擦的基础上，增加挤压金属零件雏形表面磨粒的深度，从而促使金属零件雏形表面产生塑性变形，让金属零件雏形表面磨粒，在两侧和前段堆高隆起形成沟槽。因此设耕犁设备的振幅为，耕犁振摆角为，振摆角速度为φ，金属回转速度为vφ，耕犁振摆振幅为A，耕犁振摆频率为f，耕犁振摆与金属回转构成的切削角为β，所要制成的金属零件直径为d，则有：

在（7）式中，当耕犁振摆角φ= 0o时，则耕犁振摆与金属回转构成的切削角β最大，且。此时则可以根据βmax进行第三阶段，磨削金属零件雏形，促使金属零件雏形成形。在此时磨削金属表面，可以产生较大的实际压强，与金属零件雏形具有较小的实际接触面积。随着耕犁摩擦的时间的增加，与耕犁实际接触面积增大，与βmax越来越接近，实际压强逐渐减小，此时，金属表面磨粒已经被挤推至金属零件雏形的两侧和前段，耕犁也逐渐钝化，则表明金属零件在耕犁的作用下，金属零件雏形可以进行第三阶段的切削。第三阶段切削，是在第二阶段耕犁作用下，将推至金属零件雏形两侧和前段的磨粒，进行切削作用，将金属零件雏形中不合格、不达标、多余的部分切削掉，并将金属零件雏形磨削成形。因此设金属零件雏形密度（g·cm-3）为ρ，切削的转速（r/min-1）为l，旋转半径（mm）为r，切削的时间（min）为t，切削时产生的压力（N）为F2，金属零件雏形质量（cm3）为m，则有：

（8）式中，k为常数。经过（8）式计算，第三阶段的切削作用，已经将金属零件雏形中不合格、不达标、多余的部分切削掉，此时，只需对切削后的金属零件雏形，进行整体磨削处理，即可完成金属零件的加工。因此设磨削了i次后，金属零件雏形的去除体积（cm3）为V，切削的长度（cm）为L，有效磨削次数为S，磨削系数为j，则有：

当（8）式中，磨削系数为0＜j＜1时，金属零件表明已经没有磨粒。经过上述三个步骤，金属零件已经加工成形，且金属零件的表面，光整度高，不存在凹痕、颗粒等影响金属零件的质量问题，可以装入金属设备当中。

2 实验论证分析

为保证此次分析机械加工技术对金属零件加工的影响结果的有效性，进行实验论证分析。选择同一家锻造厂，提供此次加工的金属毛坯，用于此次实验毛坯共10件。此次实验设备需要尺寸坐标加工尺，三维坐标测量仪，制作工艺零件专用的夹具、测具。在加工金属零件的过程中，采用同一张金属零件三维实体造型图，依据零件设计的实际工程图，采用同一金属零件加工过程，加工成同一金属零件样式。在加工的过程中，五个金属毛坯使用传统加工技术，将金属加工成零件；五个金属毛坯采用机械加工技术，将金属加工成零件。对比两组金属加工成的零件光整度。

采用传统加工技术，加工的金属零件光整度呈弧形，所加工出的零件表面光整度不稳定，随着加工次数的增加，金属零件的光整度虽然也在增加，但在第五次加工中，可以发现传统加工技术，加工的金属零件光整度趋势，存在下降的可能；而机械加工技术，加工的金属零件光整度波动稳定，在80%～90%之间，且明显高于传统加工技术，加工的金属零件。由此可见，机械加工技术，在加工金属零件的过程中，可以明显增加金属零件的光整度，提高金属零件的性能。

3 结语

综上所述，机械加工技术，可以增加金属的溶解效率，提高金属加工成的零件表面的光整度，加快金属零件的加工效率。因此机械加工技术对金属零件加工具有积极影响。但是本文只从机械加工技术中，溶解金属、磨削金属、零件成形等三个方面，研究了机械加工技术对金属零件加工的影响，未曾分析机械加工技术对金属零件加工的划线、钻削、车削、铣削等方面的影响。因此在今后的研究中，还需深入研究机械加工技术，对金属零件划线、钻削、车削、铣削等加工的影响，从而提高金属零件加工的效率，和金属零件的实用性。