二、磨削过程中表面粗糙度的形成
1、形成因素

几何原因 塑性变形
砂轮的粒度和砂轮的修整情况
切削用量
机械加工振动
(1) 几何原因 1）切削用量对表面粗糙度的影响
砂轮的速度↑ ，单位时间内的磨削量↑ ，粗糙度↓ ；
工件的速度↑ ，单位时间内的磨削量↓ ，粗糙度↑ ； 砂轮纵向进给速度↑ ，每部位重复磨削次数 ↑ ，粗糙度↓。
2．表面质量对零件疲劳强度的影响 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在 零件表面或表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲 劳强度影响较大。
表面粗糙度的影响
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。表面粗糙度值越大，表面的裂纹越深， 纹底半径越小，抗疲劳破坏的能力越差。零件上易产生应力集 中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。
强度极限就会产生表面裂纹。
二、机械加工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
磨损规律
零件的磨 损可分为 三个阶段

第一阶段 初期磨损阶段
第二阶段 正常磨损阶段 第三阶段 急剧磨损阶段
Ⅰ：磨损快、时间较短。 Ⅱ：随着表面粗糙度峰部不断被碾平和被剪切，实际接触面积不断加大， 单位压力也逐渐减小，摩擦副即进入正常磨损阶段。正常磨损阶段经历的 时间较长。 Ⅲ：随着表面粗糙度的峰部不断被碾平和被剪切，接触面积越大，零件间的 金属分子亲和力增大，表面间机械咬合作用增大，磨损急剧增加。Ⅲ区是剧 烈磨损区，此时摩擦副不能正常工作。
应控制在一定范围内。
3．表面质量对零件耐腐蚀性的影响 表面粗糙 表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质； 度的影响 波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。 零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度 表面残余应力对零件耐腐蚀性影响

残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，
可增强零件的耐腐蚀性；
表面残余应力对疲劳强度的影响 影响极大
残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲劳强度提高。
表面层的加工硬化对疲劳强度影响 适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生，有助于
拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；
提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产生裂纹，故加工硬化程度
等）也有所变化。这种现象称为加工硬化，又称作冷作硬化或强化。 加工表面除受力变形外，还受到机械加工中产生的切削热的影响。切 削热在一定条件下会使金属在塑性变形中产生回复现象，使金属失去加工 硬化中所得到的物理力学性能，这种现象称为软化。 因此，金属在加工过程中最后的加工硬化，取决于硬化速度与软化速 度的比率。
由于加工硬化提高了表面层的强度，减少了表面进一步塑
性变形和咬焊的可能。一般能提高耐磨性0.5 ～ 1倍。
过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现疲劳裂纹和
产生剥落现象，从而使耐磨性下降。
90 80
磨损量 m
70
60 50 320 340 360 380 400 420 HB 440
硬化层应控制在一定的范围内。 残余应力对耐磨性的影响目前无定性结论。 一般地，加工精度要求↑ ，加工成本↑ ，生产效率↓ 。
H 100% H0
其中： H——加工后表面层的显微硬度 H0——材料原有的显微硬度
(2)表面层金相组织变化
指的是加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织 发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面 层的物理机械性能。 (3)表面层产生残余应力 指的是加工中，由于切削变形 和切削热的作用，工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料
波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以L表示； 波距与波高 波高：峰与谷间的高度，以H 表示。
L/H>1000时，属于宏观几何形状误差；
L/H<50时，属于微观形状误差，称作表面粗糙度； L/H=50～ 1000时，称作表面波度；
主要是由机械加工过程中工 艺系统低频振动所引起。
纹理方向 是指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采用 的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。
2．加工硬化的衡量指标

1)表面层的显微硬度HV 2)硬化层深度h0
HV0 ——金属原来的显微硬度
3)硬化程度N
4．影响加工硬化的因素
1)切削力↑，塑性变形↑ ，硬化程度和硬化层深度↑ 。如： 切削时进给量↑ ，切削力↑ ，塑性变形程度↑ ，硬化程度↑ ； 磨削时，磨削深度和纵向 进给速度↑ ，磨削力↑ ，塑性 变形加剧，表面冷硬趋向↑ 。 刀具的刃口圆角和后刀面 的磨损量增大，塑性变形↑ ， 冷硬层深度和硬化程度随之↑ 。ຫໍສະໝຸດ 表面纹理方向对耐磨性的影响
表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。 轻载时，两表面的纹理方向与相对运动方向一致时，磨损 最小；当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时，磨损最大。 重载情况下，由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等因
素的变化，其规律与上述有所不同。
表面层的加工硬化对耐磨性的影响
(1)与磨削砂轮有关的因素 主要是砂轮的粒度、硬度以及对砂轮的修整等。
砂轮的粒度要适度
砂轮的粒度越细，则砂轮单位面积上
的磨粒数越多，磨削表面的刻痕越细，表 面粗糙度值越小；但较度过细，砂轮易堵 塞，使表面组糙度值增大，同时还易产生 波纹和引起烧伤。 砂轮硬度要合适 砂轮的硬度是指磨粒受磨削力后从砂轮上脱落的难易程度。 砂轮太硬，磨粒磨损后不易脱落，使工件表面受到强烈的摩擦和挤压，
砂轮修正
影响磨削加工表 面粗糙度的因素
砂轮硬度
磨削用量
工件材料性质
§3.3 影响零件表面层物理力学性能的因素及其改善措施
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
表 现 形 式
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
第三章 机械加工表面质量
零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。
机械产品的失效形式 磨损、腐蚀和疲劳破坏。
因设计不周而导致强度不够；
少数
多数
实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的工作性能，尤
其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量。
研究机械加工表面质量的目的 掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，并 应用这些规律控制加工过程，以达到提高加工表面质量、提高 产品性能的目的。
伤痕 是指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气 孔、裂痕等。
2、表面层物理力学、化学性能 (1)表面金属层的冷作硬化
指工件在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形（晶粒拉长、细
化），使工件加工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。
冷硬层深度 h 表示方法 硬化程度 N
硬化程度： N
§2.1 机械加工表面质量对零件使用性能的影响
一、机械加工表面质量的含义
1．表面的几何特征

2．表面层物理 力学、化学性能
(1)表面粗糙度
(2)表面波度 (3)纹理方向

(1)表面层加工硬化(冷作硬化)。 (2)表面层金相组织变化。 (3)表面层产生残余应力。
1、表面的几何形状特征 加工后表面形状，总是以 “峰”、“谷”的形式偏离其 理想光滑表面。按偏离程度有 宏观和微观之分。
增加了塑性变形，表面粗糙度值增大，同时还容易引起烧伤；
砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会增大表面粗糙度值。
砂轮的修整质量 砂轮的修整是用金刚石除去砂轮外层己钝化的磨粒，使磨粒切削刃锋 利，降低磨削表面的表面粗糙度值。
砂轮的修整质量

修整工具 修整砂轮的纵向进给量
与这两者有密切关系
(2)与工件树质有关的因素
表面粗糙度对摩擦副的影响
表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说来，表面 粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，润滑油 不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因 此，接触面的表面粗糙度有一个最佳值——一般由试验确定。
不是表面粗糙度值越小越耐磨， 在一定工作条件下，摩擦副表面总是 存在一个最佳表面粗糙度值，表面粗 糙度Ra值约为0.32～0.25μm较好。
切削深度↑ ，工件材料塑性变形↑ ，粗糙度↑ ； 另外： 合理选用砂轮和切削液 ，有利于减少塑性变形 ，精度粗糙度 ；
3．加工时的振动
对磨削表面粗糙度来说，振动是主要影响因素。振动产 生的原因很多，将在后面讲述。
二、影响表面粗糙度的因素及其改进措施
影响表面粗 糙度的因素

第一类是与磨削砂轮有关的因素 第二类是与工件材质有关的因素 第三类是与加工条件有关的因素

切削热
冷作硬化 金相组织变化 残余应力
影响表面层物理力学性能的主要因素
一、表面层的加工硬化 1．加工硬化的产生
机械加工过程中，工件表面后金属受切削力作用，产生强烈的塑性 变形、使金属的晶格扭曲，晶粒被拉长、纤维化甚至破碎而引起的表面
层的强度和硬度增加，塑性降低，物理性能（如密度、导电性、导热性
主偏角
副偏角 进给量
物理因素
金相组织越大，粗糙度也越大；
切削液的选用及刀具刃磨质量
切削加工为例
切削残留面积的高度
f H cot K r cot K r'
f2 H 8r ε
•刀尖圆弧半径rε •主偏角kr、副偏角kr′ •进给量f
(2)物理力学因素
被加工材料的性能——塑性变形的影响 切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生 塑性变形，形成了表面粗糙度。 与切削机理有关的物理因素——刀瘤和鳞刺的影响