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摘要：机械产品的使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工质量密切相关，零件的加工质量是保证产品质量基础。本文通过对零件表面粗糙度、零件表面层的物理力学性能等因素的分析和研究，来提高机械加工表面质量的工艺措施。
关键词：表面质量；工艺；机械加工
1. 机械加工表面质量及其影响因素
机械加工表面的质量，主要体现在两个方面：一是由于加工过程中的产生表面塑性变形，引起的冷作硬化现象，因切削热导致的表面金相组织变化以及残余应力等物理机械性能的变化；二是零件加工表面存在表面粗糙度、波度等表面几何形状误差。
表面粗糙度可以分为纵向粗糙度和横向粗糙度，也即零件表面存在着微观不平度，将沿切削速度方向的粗糙度称为纵向粗糙度，把垂直于切削速度方向的粗糙度称为横向粗糙度。一般说来，横向粗糙度较大，这主要是由刀具几何因素和切削因素两方面共同作用形成的，纵向粗糙度则是由切削因素形成[1]。而工件—刀具—机床系统的振动也常是引起粗糙度的重要因素。
在理想切削状态下，刀具相对于工件作进给运动时，在已加工表面上遗留下来的切削层残留面积，形成理论粗糙度，其最大高度可由刀具形状和进给量的几何关系求得。
在切削速度较低的情况下切削塑性材料时，易于产生刀瘤与鳞刺，而鳞刺与刀瘤会使工件的表面粗糙度严重恶化。在加工塑性材料时，刀瘤与鳞刺是影响粗糙度的主要因素。
刀瘤是切削过冲中底层切屑与刀具前面发生冷焊作用形成的附着于刀尖上切屑堆块。在切屑过程中，刀瘤不断形成，长大，然后粘附在切屑上被带走或留在工件上[2]。刀瘤是不稳定的，它有时会伸出至刀尖之外，且形状不规则，使加工表面上形成深度与宽窄不一样的刀痕，大大增加了表面的粗糙度。
鳞刺是已加工表面上出现的鳞状毛刺般缺陷。切屑与刀具前面之间的摩擦和冷焊作用产生周期性地滞留在刀尖上，代替刀具推挤切削层，使工件和切削层之间产生撕裂现象。如此连续发生，就在加工表面上出现一系列的鳞刺，构成加工表面的纵向粗糙度。
2. 影响加工表面粗糙度的工艺因素及控制措施
2.1 .磨削加工
2.1.1.砂轮
粒度：磨粒越细，单位面积上的磨粒数越多，刻划沟痕越细密，表面粗糙度越小。但磨粒过细，砂轮易堵塞，磨削性能下降，磨削力和温度下降，反而增大表面粗糙度，甚至出现烧伤现象。
硬度：砂轮的硬度要适中，太软，磨粒易脱落，使粗糙度增加；太硬，磨钝了的磨粒又不易脱落，堵塞砂轮，增加工件材料的塑性变形，也会使工件表面变粗糙。
砂轮修整：砂轮磨钝后必须进行认真修整，目的是使砂轮具有正确的几何形状和锐利刀刃。砂轮修整的质量越好，砂轮的表面磨粒的等高性越好，磨削出的表面粗糙度值越小。
2.1.2.磨削用量
砂轮转速：提高砂轮转速，可以减小表面粗糙度
工件转速：增大工件转速，塑性变形增加，表面粗糙度值也增加；
工件材料：若工件的材料硬度太高，磨粒易磨钝，不易提高表面质量；若工件材料的塑性、韧性较大，变形大，易堵塞砂轮，也得不到较小表面粗糙度值。
2.2. 切削加工
2.2.1.切削条件
与切削条件有关的工艺因素，包括冷却润滑、切削用量等情况。中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，所以，提高切削速度，减小零件已加工表面粗糙度值[3]。对于脆性材料，通常不会形成积屑瘤和鳞刺，因而，切削速度对表面粗糙度基本上无影响。正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度影响不大，因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。
2.2.2.刀具的几何参数
在一定条件下，减小刀具的副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径都可以降低表面粗糙度。在同样条件下，硬质合金钢刀具加工的表面粗糙度值低于高速钢刀具。刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度，因此，提高刀具的刃磨质量，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值应低于工件的粗糙度值[4]。
2.3. 减小机械加工表面粗糙度的加工方法
2.3.1.超精密切削
超精密切削指的是加工精度高于亚微米级，表面粗糙度值在0.025微米以下的切削加工方法。单晶金刚石车刀是目前应用最广泛的超精密切削刀具材料。
2.3.2.超精加工
超精加工是一种由切削过冲过渡到摩擦抛光过冲的加工方法，能获得较高加工表面粗糙度。目前，超精加工广泛用于轴承、精密量仪及电子仪器等精密零件。
2.3.3.研磨
研磨是用研磨工具盒研磨剂从工件表面上研去一层极薄金属的精加工方法，能获得很高表面质量和加工精度。
3. 影响零件表面层物理力学性能的工艺因素及控制措施
机械加工过程中，在切削力和切削热的作用下，工件表面一定深度内的表面层材料沿径向产生剪切滑移，品格扭曲，品粒拉长并纤维化，金相组织发生变化，导致材料物理、机械性能不同于基体材料，形成变质层，从而影响零件表面质量。
3.1. 表面残余应力
机械加工后，工件表面的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用结果。切削加工时主要由冷态塑性变形引起的残余应力、磨削加工时主要是热态塑性变形和金相组织变化引起体积变化而产生的残余应力[5]。总之，只要是能减小塑性变形和降低切削和磨削温度的因素，都可以减小零件表层残余应力。
3.2. 表面层的加工硬化
表面层的加工硬化程度取决于产生塑性变形是力、变形速度和变形温度。试验证明，力越大，塑性变形越大，产生的加工硬化也就越大，变形速度越大，塑性变形就越不充分，产生硬化程度相应减小；变形温度高，则硬化程度减小。因此，提高切削速度、减小进给量和背吃刀量，都可以减小切削变形和切削力，减轻加工硬化；增大刀具前角和后角、减小刃口钝圆半径，提高刀具的锋利性，可以减小挤压变形和切削力，从而减轻加工硬化。
4. 结语
只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。
参考文献：
[1]陈彦华. 机械加工表面质量的影响因素[J]. 中国新技术新产品，2009（24）.
[2]郑玉皎. 机械加工表面质量及影响因素探析[J]. 装备制造技术，2009（4）.
[3]刘瑞芬. 对机械加工表面质量的分析[J]. 河北冶金，2006（8）.
[4]高波. 机械制造基础[M]. 大连理工大学出版社，2006.
[5]朱鹏超. 数控加工技术[M]. 高等教育出版社，2007.
关键词：表面质量；工艺；机械加工
1. 机械加工表面质量及其影响因素
机械加工表面的质量，主要体现在两个方面：一是由于加工过程中的产生表面塑性变形，引起的冷作硬化现象，因切削热导致的表面金相组织变化以及残余应力等物理机械性能的变化；二是零件加工表面存在表面粗糙度、波度等表面几何形状误差。
表面粗糙度可以分为纵向粗糙度和横向粗糙度，也即零件表面存在着微观不平度，将沿切削速度方向的粗糙度称为纵向粗糙度，把垂直于切削速度方向的粗糙度称为横向粗糙度。一般说来，横向粗糙度较大，这主要是由刀具几何因素和切削因素两方面共同作用形成的，纵向粗糙度则是由切削因素形成[1]。而工件—刀具—机床系统的振动也常是引起粗糙度的重要因素。
在理想切削状态下，刀具相对于工件作进给运动时，在已加工表面上遗留下来的切削层残留面积，形成理论粗糙度，其最大高度可由刀具形状和进给量的几何关系求得。
在切削速度较低的情况下切削塑性材料时，易于产生刀瘤与鳞刺，而鳞刺与刀瘤会使工件的表面粗糙度严重恶化。在加工塑性材料时，刀瘤与鳞刺是影响粗糙度的主要因素。
刀瘤是切削过冲中底层切屑与刀具前面发生冷焊作用形成的附着于刀尖上切屑堆块。在切屑过程中，刀瘤不断形成，长大，然后粘附在切屑上被带走或留在工件上[2]。刀瘤是不稳定的，它有时会伸出至刀尖之外，且形状不规则，使加工表面上形成深度与宽窄不一样的刀痕，大大增加了表面的粗糙度。
鳞刺是已加工表面上出现的鳞状毛刺般缺陷。切屑与刀具前面之间的摩擦和冷焊作用产生周期性地滞留在刀尖上，代替刀具推挤切削层，使工件和切削层之间产生撕裂现象。如此连续发生，就在加工表面上出现一系列的鳞刺，构成加工表面的纵向粗糙度。
2. 影响加工表面粗糙度的工艺因素及控制措施
2.1 .磨削加工
2.1.1.砂轮
粒度：磨粒越细，单位面积上的磨粒数越多，刻划沟痕越细密，表面粗糙度越小。但磨粒过细，砂轮易堵塞，磨削性能下降，磨削力和温度下降，反而增大表面粗糙度，甚至出现烧伤现象。
硬度：砂轮的硬度要适中，太软，磨粒易脱落，使粗糙度增加；太硬，磨钝了的磨粒又不易脱落，堵塞砂轮，增加工件材料的塑性变形，也会使工件表面变粗糙。
砂轮修整：砂轮磨钝后必须进行认真修整，目的是使砂轮具有正确的几何形状和锐利刀刃。砂轮修整的质量越好，砂轮的表面磨粒的等高性越好，磨削出的表面粗糙度值越小。
2.1.2.磨削用量
砂轮转速：提高砂轮转速，可以减小表面粗糙度
工件转速：增大工件转速，塑性变形增加，表面粗糙度值也增加；
工件材料：若工件的材料硬度太高，磨粒易磨钝，不易提高表面质量；若工件材料的塑性、韧性较大，变形大，易堵塞砂轮，也得不到较小表面粗糙度值。
2.2. 切削加工
2.2.1.切削条件
与切削条件有关的工艺因素，包括冷却润滑、切削用量等情况。中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，所以，提高切削速度，减小零件已加工表面粗糙度值[3]。对于脆性材料，通常不会形成积屑瘤和鳞刺，因而，切削速度对表面粗糙度基本上无影响。正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度影响不大，因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。
2.2.2.刀具的几何参数
在一定条件下，减小刀具的副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径都可以降低表面粗糙度。在同样条件下，硬质合金钢刀具加工的表面粗糙度值低于高速钢刀具。刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度，因此，提高刀具的刃磨质量，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值应低于工件的粗糙度值[4]。
2.3. 减小机械加工表面粗糙度的加工方法
2.3.1.超精密切削
超精密切削指的是加工精度高于亚微米级，表面粗糙度值在0.025微米以下的切削加工方法。单晶金刚石车刀是目前应用最广泛的超精密切削刀具材料。
2.3.2.超精加工
超精加工是一种由切削过冲过渡到摩擦抛光过冲的加工方法，能获得较高加工表面粗糙度。目前，超精加工广泛用于轴承、精密量仪及电子仪器等精密零件。
2.3.3.研磨
研磨是用研磨工具盒研磨剂从工件表面上研去一层极薄金属的精加工方法，能获得很高表面质量和加工精度。
3. 影响零件表面层物理力学性能的工艺因素及控制措施
机械加工过程中，在切削力和切削热的作用下，工件表面一定深度内的表面层材料沿径向产生剪切滑移，品格扭曲，品粒拉长并纤维化，金相组织发生变化，导致材料物理、机械性能不同于基体材料，形成变质层，从而影响零件表面质量。
3.1. 表面残余应力
机械加工后，工件表面的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用结果。切削加工时主要由冷态塑性变形引起的残余应力、磨削加工时主要是热态塑性变形和金相组织变化引起体积变化而产生的残余应力[5]。总之，只要是能减小塑性变形和降低切削和磨削温度的因素，都可以减小零件表层残余应力。
3.2. 表面层的加工硬化
表面层的加工硬化程度取决于产生塑性变形是力、变形速度和变形温度。试验证明，力越大，塑性变形越大，产生的加工硬化也就越大，变形速度越大，塑性变形就越不充分，产生硬化程度相应减小；变形温度高，则硬化程度减小。因此，提高切削速度、减小进给量和背吃刀量，都可以减小切削变形和切削力，减轻加工硬化；增大刀具前角和后角、减小刃口钝圆半径，提高刀具的锋利性，可以减小挤压变形和切削力，从而减轻加工硬化。
4. 结语
只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。
参考文献：
[1]陈彦华. 机械加工表面质量的影响因素[J]. 中国新技术新产品，2009（24）.
[2]郑玉皎. 机械加工表面质量及影响因素探析[J]. 装备制造技术，2009（4）.
[3]刘瑞芬. 对机械加工表面质量的分析[J]. 河北冶金，2006（8）.
[4]高波. 机械制造基础[M]. 大连理工大学出版社，2006.
[5]朱鹏超. 数控加工技术[M]. 高等教育出版社，2007.