❖ 脆性材料：加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，
由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表 面粗糙。
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（2）切削速度的影响 （3）进给量的影响
加工塑性材料时，切削速度对
表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞 刺的影响）见如图4-41所示。
此外，切削速度越高，塑性变 形越不充分，表面粗糙度值越小
（1）磨削用量
▪ 砂轮的转速↑ →材料塑性变形↓ → 表面粗
糙度值↓ ；
▪磨削深度↑、工件速度↑ → 塑性变形↑ →表
面粗糙度值↑ ； 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采
用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较 小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表 面粗糙度值。
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（2）工件材料
•太硬易使磨粒磨钝 →Ra ↑ ； •太软容易堵塞砂轮→Ra ↑ ； •韧性太大，热导率差会使磨
影响显微硬度因素
•塑变引起的冷硬
•金相组织变化引起 的硬度变化
表面物理力学 性能
影响残余应力因素
•冷塑性变形 •热塑性变形 •金相组织变化
影响金相组织变化 因素
•切削热
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1. 表面层的冷作硬化
（1） 表面层加工硬化的产生
定义：机械加工时，工件表面层金属受到 切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶 格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉 长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强 度和硬度增加，这种现象称为加工硬化， 又称冷作硬化和强化。
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三、表面层金相组织变化与磨削烧伤
1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生
切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加 工区及其邻近区域产生了一定的温升。
定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当 温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织 变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现 微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。
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2．表面质量对零件疲劳强度的影响
（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交
变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力 集中，产生疲劳裂纹。
表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳 性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深， 纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。
❖砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越 多，表面粗糙度值就越小。 ❖工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影 响相反。工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少， 因此表面粗糙度值增大。 ❖砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被 重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。
对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损
失。
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表面质量对零件使用性能的影响
对耐磨性影响
粗糙度太大、太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性
零件表面质量Байду номын сангаас
对疲劳强度的 影响
粗糙度越大，疲劳强度越差
适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度
对工作精度的 影响
粗糙度越大、工作精度降低 残余应力越大，工作精度降低
粒早期崩落→Ra ↑ 。
（2）砂轮粒度与硬度
•磨粒太细，砂轮易被磨屑
堵塞，使表面粗糙度值增大， 若导热情况不好，还会烧伤 工件表面。
•砂轮太硬，使表面粗糙度增
大；
•砂轮选得太软，使表面粗糙
度值增大。
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影响磨削加工表面粗糙度的因素
影响磨削加工表面 粗糙度的因素
砂轮粒度 砂轮修正 砂轮硬度 磨削用量 工件材料性质
（1）砂轮的磨粒
磨粒在砂轮上的分布越 均匀、磨粒越细，刃口的等 高性越好。则砂轮单位面积 上参加磨削的磨粒越多，磨 削表面上的刻痕就越细密均 匀，表面粗糙度值就越小。
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（2）砂轮修整 （3）磨削用量
砂轮修整除了使砂轮具
有正确的几何形状外，更重 要的是使砂轮工作表面形成 排列整齐而又锐利的微刃 （图4－47）。因此，砂轮修 整的质量对磨削表面的粗糙 度影响很大。
•粒度↓→Ra↓
• 金刚石笔锋利↑，修正导程、
径向进给量↓→ Ra↓
•磨粒等高性↑→Ra↓
•硬度↑→钝化磨粒脱落↓→ Ra↑ •硬度↓→磨粒脱落↑→Ra↑ •硬度合适、自励性好↑→Ra↓
•砂轮V↑→ Ra↓ •ap、工件V↑→ 塑变↑→ Ra↑ •粗磨ap↑→生产率↑ •精磨ap↓→ Ra↓(ap=0光磨)
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图 切削热在表层金属产生残余拉应力的示意图
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（2）磨削裂纹的产生
磨削裂纹和残余应力有着十分密切的关系。在磨削 过程中，当工件表面层产生的残余应力超过工件材料的强 度极限时，工件表面就会产生裂纹。磨削裂纹常与烧伤同 时出现。
（3）影响表面残余应力的主要因素
机械加工后工件表面层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的综合结果。切削加工时起主要 作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。 磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变 化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。
刀具材料、刃磨质量
•刀具材料强度↑→ Ra↓ •刃磨质量↑→ Ra↓ •冷却、润滑↑→ Ra↓
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（二）磨削加工表面粗糙度
1、 磨削中影响粗糙度的几何因素
工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细 的刻痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻 痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。
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（1）表面层残余应力的产生
1） 冷态塑变
工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑 变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产 生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。
2） 热态塑变
表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压 应力(其原理见图)
3） 金相组织变化
比容大的组织→比容小的组织→体积收缩，产生 拉应力，反之，产生压应力。（密度小，比容大）
切削刃 rε↑、前角↓、后面磨损量VB↑ →表层金属的塑变加剧→冷硬↑
⑵切削用量的影响
切削速度v↑→塑变↓→冷硬↓ f↑→切削力↑→塑变↑→冷硬↑
⑶工件材料性能的影响
材料塑性↑→冷硬↑
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2. 表面层残余应力
定义： 机械加工中工件表面层组织发生 变化时，在表面层及其与基体材料的交 界处会产生互相平衡的弹性力。这种应 力即为表面层的残余应力。
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影响切削加工表面粗糙度的因
素
刀具几何形状
•残留面积↓ →Ra↓ •前角↑→ Ra↓ •后角↑→摩擦↓→Ra↓ •刃倾角会影响实际工作前角
影响切削加工表面 粗糙度的因素
切削用量
• v↑→ Ra↓
•f↑→ Ra↑ •ap对Ra影响不大，太小会 打滑，划伤已加工表面
工件材料
•材料塑性↑→ Ra↑ •同样材料晶粒组织大↑→ Ra↑ ，常用正火、调质处理
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图4－47 砂轮上的磨粒
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2、 磨削中影响粗糙度的物理因素
磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多数是负前角，切
削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工表面挤压， 没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟槽与隆起，又由于磨 削时的高温更加剧了塑性变形，故表面粗糙度值增大。
淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的 磨削烧伤有三种形式。
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2. 磨削烧伤的三种形式
(8-1) (8-2)
•刀尖圆弧半径rε •主偏角kr、副偏角kr′ •进给量f（图4－40）
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图4－40 车削、刨削时残留面积高度
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2、物理力学因素
（1）工件材料的影响
❖韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈
大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的 工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗 加工或精加工前安排正火或调质处理。
#2 BORE Matrix
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缸体缸孔Honing加工表面发生的缺陷分析 (SEM)
#3BORE
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缸体缸孔Honing加工表面发生的缺陷分析 (SEM)
#4 BORE
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四、 影响表面层物理力学性能的 主要因素及其控制
影响表面层物理力学性能的主要因素
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图4－38 表面粗糙度与初期磨损量的关系
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（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响
➢加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨 性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高， 塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和 塑性变形。 ➢并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是 因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏 松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接 触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。
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2020/11/18
机械加工表面加工质量
表面质量的含义（内容）
零件表面质量
表面微观几何 形状特征
表面物理力学 性能的变化
表面粗糙度 表面波度
表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织的变化
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二、表面质量对零件使用性能的影响
1．表面质量对零件耐磨性的影响
（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 ❖ 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如图4-38所示。 ❖表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平 的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧； ❖表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑， 存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘 结而加剧磨损。 ❖表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷 加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也 随之右移。