加工表面粗糙度和物理力学性能的影响因素研究
加工表面粗糙度和物理力学性能的影响因素研
究
机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很
大程度上取决于零件表面层的质量。表面面质量对零件耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、配合质量
都有严重的影响。机械机械加工表面质量的内容主要包括：表面粗糙度、表面层的物理力学性
能和表面波度等。本文主要以影响加工表面粗糙度和加工表面物理力学性能变化的因素进行分
析研究。
1 影响表面粗糙度的因素
1.1 切削加工影响表面粗糙度的因素
从几何因素方面分析，刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其
形状是刀具几何形状的复映。残留面积的大小与进给量、刀尖圆弧半径及刀具的主偏角、副偏
角有关。对于宽刃刀具、定尺寸刀具和成形刀具等，其切削刃本身的表面粗糙度对加工表面粗
糙度的影响也很大。
从物理因素方面分析，主要是切削过程中刀具刃口钝圆半径及后刀面对工件的挤压、摩擦作用
使金属材料发生塑性变形，使表面粗糙度恶化。当低速切削塑性材料（如低碳钢和不锈钢等）
时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，产生积
屑瘤和鳞刺，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈
粗糙。当加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使
表面粗糙。精加工时，因切削深度小，刀刃容易打滑，也影响表面粗糙度。
综上所述，在切削加工中影响表面粗糙度的工艺因素主要有：
1）切削用量
切削速度 v在一定的范围内容易产生积屑瘤和鳞刺；减少进给量 f可降低残留面积高度。因些
合理选择切削用量是降低粗糙度的重要条件。
2）刀具材料和几何参数
实践表明，在切削条件相同时，用硬质合金刀具加工的工作表面粗糙度比用高速钢刀具加工的
低。用金钢石车刀加工因不易形成积屑瘤，故可获得粗糙度很低的表面。
刀类圆弧半径 rE、主偏角 KC 和副偏角 kcC 均影响残留面积的大小。因些适当减小 rE、KC 和
kcC 可使表面粗糙度变低。前角 C1 增大可抑制积屑瘤和鳞刺的生长，帮有利于降低表面粗糙
度。
3）切削液
切削液对加工过程起冷却和润滑作用，能降低切削区的温度，减少刀刃与工件的摩擦，从而减
少切削过程的塑性变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，对降低表面粗糙度有很大作用。
1.2 磨削加工影响表面粗糙度的因素
磨削加工表面是由砂轮表面上磨粒的切削运动所刻划和滑擦出的沟痕所形成的表面，单位面积
上的刻痕愈多，刻痕的细密越均匀，则表面粗糙度愈低。正像切削加工时表面粗糙度的形成过
程一样，磨削加工表面粗糙度的形成，不仅有几何因素，而且还有表面金属的塑性变形等物理
”因素的影响。因为磨粒大多数呈负前角，切削刃又不锋利，切削深度仅 .2 左右，所以大多数
磨粒经滑擦-耕犁两阶段后才起切削作用。加工表面在多次挤压下，反复出现塑性变形，又由
于磨削区温度高，使塑性变形加快，从而进一步提高表面粗糙度。
综上所述，磨削加工中影响磨削表面粗糙度的工艺因素主要有：
1）砂轮的粒度、硬度、修整
砂轮的粒度愈细，即单位面积上的磨粒数愈多，则加工表面的刻痕愈细密，表面粗糙度愈低。
但若粒度过细，则容易堵塞砂轮而使工件表面塑性变形增加，从而影响表面粗糙度的降低。
“砂轮硬度应适当，应使磨粒钝后会及时脱落，露出新的磨粒来继续切削，即具有良好的 自砺
”性.砂轮应及时修整，以去除已钝化的磨粒，保证砂轮具有微刃性和等高性。用金刚石修整砂
“ ”轮相当于在砂轮上 车削 外圆，纵向和横向的进给量愈小，修整出来的砂轮表面的微刃性和等
高性就愈好，磨出工件表面的粗糙度也愈低。
2）磨削用量
提高砂轮速度，可以增加工件单位面积上的刻痕数，同时可降低因塑性变形造成的表面粗糙
度。因为在高速磨削下磨削表面来不及塑性变形，因而提高砂轮速度有利于降低表面粗糙度。
增大磨削深度和提高工件速度会使塑性变形加剧，从而增高粗糙度。为了提高磨削效率，通常
在开始磨削时采用较大的磨削深度，而在磨削后期采用小的磨削深度或进行无进给磨削（光
磨），以降低表面粗糙度。
3）工件材料
工件材料的硬度、塑性、韧性和导热性能等对表面粗糙度有显着的影响。工件材料太硬时，磨
粒易钝化；太软时砂轮易堵塞；韧性大和导热性能差的材料，使磨粒早期崩落而破坏了微刃的
等高性，因而均使表面粗糙度增高。
4）磨削液及其它
磨削液对减小磨削力、降低磨削温度及减少砂轮磨损等都有良好的效果。磨削工艺系统的刚
度、主轴的回转精度及砂轮的平衡等都影响砂轮与工件的瞬时接触状态，从而影响表面粗糙
度。
2 影响加工表面层物理力学性能的因素
在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变
化，最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生。由于磨
削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三
项物理机械性能的变化会很大。
2.1 表面层冷作硬化
1）加工表面冷作硬化
机械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶
粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作
硬化（或称为强化）。表面层金属强化的结果，会增大金属变形的阻力，减小金属的塑性，金
属的物理性质也会发生变化。
被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只有一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳
定的状态转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、温度持续时间的长短
和强化程度的大小。由于金属在机械加工过程中同时受到力和热的作用，因此，加工后表层金
属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。
2）影响冷作硬化的主要因素
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加工表面粗糙度和物理力学性能的影响因素研究机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取决于零件表面层的质量。表面面质量对零件耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、配合质量都有严重的影响。机械机械加工表面质量的内容主要包括：表面粗糙度、表面层的物理力学性能和表面波度等。本文主要以影响加工表面粗糙度和加工表面物理力学性能变化的因素进行分析研究。 1 影响表面粗糙度的因素1.1切削加工影响表面粗糙度的因素从几何因素方面分析，刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。残留面积的大小与进给量、刀尖圆弧半径及刀具的主偏角、副...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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