第七章 机械加工表面质量
第一节 表面质量的概念
第二节 影响表面质量的因素
第三节 控制加工表面质量的措施
第一节 表面质量的概念
一,表面质量的含义,
1,加工表面的几何形状特征,
① 表面粗糙度
指加工表面的微观几何形
状误差 。 波长与波高 (L3/H3)
的比值小于 50。
表面粗糙度的现行标准为：
GB/T131-93。
表示方法,Ra,Rz,Ry。
② 表面波度
介于形状误差与表面粗糙
度之间的周期性形状误差 。
波长与波高 (L2/H2)的比值一
般为,50~1000。
③ 纹理方向
指表面刀纹的方向 。 它取
决于表面形成所采用的机械
加工方法 。
一,表面质量的含义,
2,加工表面的物理力学性能的变化,
① 表面层因塑性变形引起的加工硬化（冷作硬化）；
② 表面层因力或热的作用产生的残余应力；
③ 表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化；
二,表面质量对零件使用性能的影响
1,对零件耐磨性的影响,
① 表面粗糙度对耐磨性的影响
② 刀纹方向对耐磨性的影响
③ 冷作硬化对耐磨性的影响
④ 残余应力对耐磨性的影响
表面为压应力时，耐磨性高。
2,对零件耐疲劳性的影响,
① 表面粗糙度对耐疲劳性的影响
② 残余应力对耐疲劳性的影响
③ 冷作硬化对耐疲劳性的影响
表面为压应力时，耐疲劳性好。
冷作硬化程度 ↗ → 耐疲劳性 ↗
二,表面质量对零件使用性能的影响
3,对零件耐腐蚀性的影响,
Ra值 ↗ 耐腐蚀性 ↙
表面压应力 表面致密 耐腐蚀性 ↗
4,对零件配合精度的影响,
实验研究表明,
零件尺寸大于 50mm时，推荐,Ra=(0.1~0.15)T
零件尺寸在 18~50mm时，推荐,Ra=(0.15~0.20)T
零件尺寸小于 18mm时，推荐,Ra=(0.20~0.25)T
一定的精度应有相应的表面粗糙度！
一定的尺寸公差要有相应的表面粗糙度！
第二节 影响表面质量的因素
一,切削加工中影响表面粗糙度的因素
1,几何因素,
'm a x
rr c t gc t g
fR
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?
考虑刀尖圆弧角,
r
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8
2
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一,切削加工中影响表面粗糙度的因素
2,物理因素,
① 切削速度,
v↗→ Ra↙
② 工件材料性质,
③ 刀具几何形状、材料,
前角 ↗ Ra值 ↙
④ 冷却润滑,
3,工艺系统的振动,
二,磨削加工中影响表面粗糙度的因素
1,磨削用量
2,砂轮的特性
① 粒度,
粒度号 ↗ Ra值 ↙
② 砂轮的硬度,
硬度 ↗ 难脱落 Ra值 ↗
硬度 ↙ 易脱落 不易保持形状 精度 ↙
③ 砂轮的修整,
3,冷却
三,影响表面层物理、力学性能变化的因素
1,表面层的加工硬化
机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，
晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和
硬度都提高的现象，称加工硬化。
评定指标,
① 表面层的显微硬度 HV
② 硬化层深度 h
③ 硬化程度 N
%1 0 0
HV
HVHV
N
0
0 ???
影响因素,
① 刀具
② 切削用量
③ 工件材料
三,影响表面层物理、力学性能变化的因素
2,表面层的金相变化
加工中 产生 θ℃ 达到相变温度 产生相变
① 烧伤的形式,
退火烧伤
回火烧伤
淬火烧伤
工件表面温度超过相变温度 AC3，但
无冷却液，工件表面被退火。
工件干磨时易发生这种烧伤。
工件表面温度未达到相变温度 AC3，
但超过马氏体的转变温度, 工件表
层组织为回火屈氏体或索氏体 。
工件表面温度超过相变温度 AC3,冷
却充分, 工件表面被二次淬火 。 但
淬透层很薄, 其下层仍为回火屈氏
体或索氏体 。
2,表面层的金相变化
② 影响磨削烧伤的因素,
a) 磨削用量
aP↗ 工件表层温度 ↗↗ 烧伤 ↗ ↗
V砂轮 ↗ 工件表层温度 ↗ 烧伤 ↗
f↗ 工件表层温度 ↙ 烧伤 ↙
V工件 ↗ 工件表层温度 ↗ 热源作用时间 ↙ 烧伤 ↙
b) 工件材料
c) 砂轮特性
d) 冷却
三,影响表面层物理、力学性能变化的因素
3,表面层的残余应力
冷态塑性变形
热态塑性变形
局部金相组织变化
在切削力的作用下，已加工面受后刀面的挤压，使
晶格扭曲，表层金属比容积增大，体积膨胀，而内
层金属又阻止其伸长。故加工后表面层残余应力为
压应力 (-)，里层为拉应力 (+)。
在切削热的作用下，已加工面产生热膨胀，此时表
层产生热压应力。加工后，表层已产生的热塑性变
形收缩受到内层金属的阻碍。故加工后表面层残余
应力为拉应力 (+),里层为压应力 (-) 。
不同的金相组织有不同的密度，如 ρ M=7.75g/cm3
ρ A=7.96g/cm3,ρ P=7.78g/cm3,ρ F=7.88g/cm3
当金相组织变化时，由于密度不同，体积会发生变
化。如果表层金属膨胀则残余应力为压应力 (-)，反
之,如果表层金属体积缩小则产生残余 拉应力 (+)。
例如：淬火钢表面回火，表层金属由马氏体转变成屈氏体或索氏体，密度由
7.75变为 7.78g/cm3
78.7
75.7
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第三节 控制加工表面质量的措施
一,采用光整加工方法降低表面粗糙度
二,表面强化工艺改善物理力学性能
1,渗氮、渗碳等化学热处理
2,激光表面处理技术
3,机械强化工艺,
① 滚压加工；
② 喷丸强化；
③ 液体磨料强化；
第一节 表面质量的概念
第二节 影响表面质量的因素
第三节 控制加工表面质量的措施
第一节 表面质量的概念
一,表面质量的含义,
1,加工表面的几何形状特征,
① 表面粗糙度
指加工表面的微观几何形
状误差 。 波长与波高 (L3/H3)
的比值小于 50。
表面粗糙度的现行标准为：
GB/T131-93。
表示方法,Ra,Rz,Ry。
② 表面波度
介于形状误差与表面粗糙
度之间的周期性形状误差 。
波长与波高 (L2/H2)的比值一
般为,50~1000。
③ 纹理方向
指表面刀纹的方向 。 它取
决于表面形成所采用的机械
加工方法 。
一,表面质量的含义,
2,加工表面的物理力学性能的变化,
① 表面层因塑性变形引起的加工硬化（冷作硬化）；
② 表面层因力或热的作用产生的残余应力；
③ 表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化；
二,表面质量对零件使用性能的影响
1,对零件耐磨性的影响,
① 表面粗糙度对耐磨性的影响
② 刀纹方向对耐磨性的影响
③ 冷作硬化对耐磨性的影响
④ 残余应力对耐磨性的影响
表面为压应力时，耐磨性高。
2,对零件耐疲劳性的影响,
① 表面粗糙度对耐疲劳性的影响
② 残余应力对耐疲劳性的影响
③ 冷作硬化对耐疲劳性的影响
表面为压应力时，耐疲劳性好。
冷作硬化程度 ↗ → 耐疲劳性 ↗
二,表面质量对零件使用性能的影响
3,对零件耐腐蚀性的影响,
Ra值 ↗ 耐腐蚀性 ↙
表面压应力 表面致密 耐腐蚀性 ↗
4,对零件配合精度的影响,
实验研究表明,
零件尺寸大于 50mm时，推荐,Ra=(0.1~0.15)T
零件尺寸在 18~50mm时，推荐,Ra=(0.15~0.20)T
零件尺寸小于 18mm时，推荐,Ra=(0.20~0.25)T
一定的精度应有相应的表面粗糙度！
一定的尺寸公差要有相应的表面粗糙度！
第二节 影响表面质量的因素
一,切削加工中影响表面粗糙度的因素
1,几何因素,
'm a x
rr c t gc t g
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考虑刀尖圆弧角,
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一,切削加工中影响表面粗糙度的因素
2,物理因素,
① 切削速度,
v↗→ Ra↙
② 工件材料性质,
③ 刀具几何形状、材料,
前角 ↗ Ra值 ↙
④ 冷却润滑,
3,工艺系统的振动,
二,磨削加工中影响表面粗糙度的因素
1,磨削用量
2,砂轮的特性
① 粒度,
粒度号 ↗ Ra值 ↙
② 砂轮的硬度,
硬度 ↗ 难脱落 Ra值 ↗
硬度 ↙ 易脱落 不易保持形状 精度 ↙
③ 砂轮的修整,
3,冷却
三,影响表面层物理、力学性能变化的因素
1,表面层的加工硬化
机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，
晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和
硬度都提高的现象，称加工硬化。
评定指标,
① 表面层的显微硬度 HV
② 硬化层深度 h
③ 硬化程度 N
%1 0 0
HV
HVHV
N
0
0 ???
影响因素,
① 刀具
② 切削用量
③ 工件材料
三,影响表面层物理、力学性能变化的因素
2,表面层的金相变化
加工中 产生 θ℃ 达到相变温度 产生相变
① 烧伤的形式,
退火烧伤
回火烧伤
淬火烧伤
工件表面温度超过相变温度 AC3，但
无冷却液，工件表面被退火。
工件干磨时易发生这种烧伤。
工件表面温度未达到相变温度 AC3，
但超过马氏体的转变温度, 工件表
层组织为回火屈氏体或索氏体 。
工件表面温度超过相变温度 AC3,冷
却充分, 工件表面被二次淬火 。 但
淬透层很薄, 其下层仍为回火屈氏
体或索氏体 。
2,表面层的金相变化
② 影响磨削烧伤的因素,
a) 磨削用量
aP↗ 工件表层温度 ↗↗ 烧伤 ↗ ↗
V砂轮 ↗ 工件表层温度 ↗ 烧伤 ↗
f↗ 工件表层温度 ↙ 烧伤 ↙
V工件 ↗ 工件表层温度 ↗ 热源作用时间 ↙ 烧伤 ↙
b) 工件材料
c) 砂轮特性
d) 冷却
三,影响表面层物理、力学性能变化的因素
3,表面层的残余应力
冷态塑性变形
热态塑性变形
局部金相组织变化
在切削力的作用下，已加工面受后刀面的挤压，使
晶格扭曲，表层金属比容积增大，体积膨胀，而内
层金属又阻止其伸长。故加工后表面层残余应力为
压应力 (-)，里层为拉应力 (+)。
在切削热的作用下，已加工面产生热膨胀，此时表
层产生热压应力。加工后，表层已产生的热塑性变
形收缩受到内层金属的阻碍。故加工后表面层残余
应力为拉应力 (+),里层为压应力 (-) 。
不同的金相组织有不同的密度，如 ρ M=7.75g/cm3
ρ A=7.96g/cm3,ρ P=7.78g/cm3,ρ F=7.88g/cm3
当金相组织变化时，由于密度不同，体积会发生变
化。如果表层金属膨胀则残余应力为压应力 (-)，反
之,如果表层金属体积缩小则产生残余 拉应力 (+)。
例如：淬火钢表面回火，表层金属由马氏体转变成屈氏体或索氏体，密度由
7.75变为 7.78g/cm3
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第三节 控制加工表面质量的措施
一,采用光整加工方法降低表面粗糙度
二,表面强化工艺改善物理力学性能
1,渗氮、渗碳等化学热处理
2,激光表面处理技术
3,机械强化工艺,
① 滚压加工；
② 喷丸强化；
③ 液体磨料强化；
