机械加工表面质量的影响要素及控制策略
机械加工表面质量的影响要素及控制策略
机械零件的加工质量，除加工精度外，表面质量也是极其重要的一个方面。加工表面质量，是
指机器零件在加工后的表面层状态.一台机器在正常的使用过程中，由于其零件的工作性能逐渐
变坏，以致不能继续使用，有时甚至会突然损坏，其原因除少数是因为设计不周而强度不够，
或偶然事故引起了超负荷以外，大多数是由于磨损或受到外界介质的腐蚀以及疲劳损坏。磨
损、腐蚀和疲劳损坏，都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的。因此，加工表面质量
将直接影响到零件的工作性能，尤其是它的可靠性和寿命.随着工业技术的飞速发展，对机器使
用的要求越来越高，一些重要零件在高压、高速、高温等高要求条件下工作，表面层的任何缺
陷，不仅直接影响零件的工作性能，而且还可能引起应力集中和应力腐蚀等现象，将进一步加
速零件的失效.这一切，都与加工表面质量有很大关系，因而表面质量问题越来越受到各方面的
重视。
1 表面质量的含义
任何机械加工所得的表面，实际上不可能是理想的光滑表面，总是存在一定的微观几何形状误
差.另外，表面材料在加工时受切削力、切削热的影响，也会使原有的物理-机械性能发生变
化。因此，加工表面质量应包括：
（1）加工表面粗糙度。是指加工表面的较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。它主要是
由于切削加工过程中的刀痕、切削分离时的塑性变形、刀具与被加工表面的摩擦、工艺系统的
高频振动等原因造成的。
（2）表面层的物理---机械性能变化。表面层的材料在加工时，物理-机械性能变化主要有以下
三个方面的内容：
1）表面层的冷作硬化。工件在机械加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变化，使表层的
强度和硬度都有所提高，这种现象称表面冷作硬化.
2）表面层残余应力.在切削加工过程中，由于切削变形和切削热的影响，在加工表面会产生残
余应力，如果残余应力超过材料的屈服强度，就会产生表面裂纹，表面的微观裂纹将给零件带
来严重的隐患。
3）表面层金相组织的变化。工件表面经磨削精加工时，磨削产生的高温，一般可达 800~1000
℃，高的磨削温度会烧坏工作表面，使淬火钢件表面退火，引起表层金属发生相变,将大大降低
表面层的物理-机械性能。
2 机械加工表面质量对机器使用性能的影响
2.1 对耐磨性的影响
一个刚加工好的两个接触表面之间，最初阶段只在表面粗糙的峰部接触，实际接触面积远小于
理论接触面积，在相互接触的峰部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹
性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。零件磨损一般可分为三个阶段：初期磨损阶
段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段。
（1）表面粗糙度对零件表面磨损的影响。一般来说，表面粗糙度值愈小，其耐磨损性愈好.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，
接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增
大，表面粗糙度最佳值也加大。
（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响。加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提
高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，这是因为过分的冷
作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降.
2.2 对疲劳强度的影响
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和表面冷硬层下面，因此零件的
表面质量对疲劳强度影响很大.
（1）表面粗糙度对疲劳强度的影响.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.表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力
就愈差。
（2）残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响。表面层残余拉应力，将使疲劳裂纹扩大，加速
疲劳破坏；而表面层残余压应力，能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生；表面冷硬
化一般伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有
利。
2.3 对耐蚀性的影响
零件的耐蚀性，在很大程度上取决于表面粗糙度.表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质
就愈多，抗蚀性就愈差；表面层的残余拉应力，会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而
残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。
2.4 对配合质量的影响
表面粗糙度值的大小，将影响配合表面的配合质量.对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，
间隙增大，破坏了要求的配合性质；对于过盈配合,装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过
盈量减小，降低了配合件间的连接强度.
3 影响表面粗糙度的因素
（1）切削加工影响表面粗糙度的因素。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. 减小进给量 vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的
高度.此外，适当增大刀具的前角，以减小切削时的塑性变形的程度，合理选择润滑液和提高刀
具刃磨质量，以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有
效措施。
（2）工件材料的性质。加工塑性材料时，由于刀具对金属的挤压，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，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。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，使表面粗糙度增大.
（3）磨削加工影响表面粗糙度的因素。如同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，也是由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的
主要因素有：
1）砂轮的粒度与硬度。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。
2）砂轮的修整。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.
3）磨削速度、径向进给量、光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量.减小磨削用量和提高
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）,
以降低工件表面粗糙度。
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机械加工表面质量的影响要素及控制策略机械零件的加工质量，除加工精度外，表面质量也是极其重要的一个方面。加工表面质量，是指机器零件在加工后的表面层状态.一台机器在正常的使用过程中，由于其零件的工作性能逐渐变坏，以致不能继续使用，有时甚至会突然损坏，其原因除少数是因为设计不周而强度不够，或偶然事故引起了超负荷以外，大多数是由于磨损或受到外界介质的腐蚀以及疲劳损坏。磨损、腐蚀和疲劳损坏，都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的。因此，加工表面质量将直接影响到零件的工作性能，尤其是它的可靠性和寿命.随着工业技术的飞速发展，对机器使用的要求越来越高，一些重要零件在高压、高速、高温等高要求条件下工作，表...
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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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