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1 关于机械加工的表面质量

机械零部件的表面质量是机械加工质量的重要组成部分。经机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。产生的缺陷虽然极小，但对产品的使用性能有着极大的影响。尤其是现代化工业生产使机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械零件，表面层的任何缺陷都会加速零件的失效。因此，必须重视机械加工表面质量。

1.1 含义：机器零件的加工质量既包括零部件的加工精度，还包括零部件的加工表面质量，它是零件加工后表面层状态完整性的表征。机械加工后的表面，总存在一定的微观几何形状的偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。因此，机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面层物理力学性能两个方面的内容。

1.2 加工质量的有关方面

1.2.1 机械：表面粗糙度主要是由于加工机械的刀具的形状以及切削过程中部件变形和振动等因素引起的，是已加工完成的部件表面的微观几何形状误差。任何零部件的加工都会与设想的形状产生误差。

1.2.2 表面波度主要是在物件加工过程中工艺系统的不停振动引起的周期性形状误差。

1.2.3 零部件的有关物理力学性能：部件表面的物理力学性能包括零件表面的加工硬化、残余应力和表面的金属组织变化。机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面金属的物理力学性能相对于基本金属的物理力学性能发生了变化。需要注意的是，切削产生的热作用也会使工件表面层材料产生相应的变化。

1.2.4 对于机械零件的破坏，通常是从部件表面开始的。产品的性能，特别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。机械加工表面质量的目的就是为了了解机械加工中各种工艺因素对加工表面质量产生的影响，并且运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。

2 机械加工表面质量对机器使用性能的影响

2.1 表面质量对耐磨性的影响

2.1.1 部件表面粗糙度对完成后的产品耐磨性的影响：当刚加工好的产品之间表面接触时，最初只在表面粗糙的部分接触，接触面之间有很大的应力，使得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。

2.1.2 加工表面的冷硬化使得部件表面金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高但是过分的冷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。

2.1.3 部件表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。所以，接触面的粗糙度有一个最佳范围，这有利于减少摩擦带来的损失。

2.2 零部件表面质量对疲劳强度的影响：零件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，抗疲劳破坏底能力就愈差。

2.3 残余应力对疲劳强度的影响：表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏。但同时表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。

2.4 零部件表面质量对耐蚀性的影响：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。

2.5 表面质量对配合质量的影响：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，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。

3 影响表面粗糙度的因素

3.1 切削加工影响表面粗糙度的因素

切削过程中刀具的形状：刀具在切割工件时，会在加工表面留下切削残留面积。减小主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。

3.2 影响加工表面层物理机械性能的因素

在切削加工中，工件由于受到切削力和切削产生的热作用，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和残余应力的产生。

3.3 表面层冷硬化

3.3.1 机械加工过程中因切削力作用产生塑性变形，使得物体扭曲、畸变、甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷硬化。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。

3.3.2 影响冷作硬化的主要因素：切削刃钝圆半径的大小；切削速度快慢；部件材料的可塑性。

4 其它方面

4.1 表面层材料金相组织变化

磨削烧伤。当被磨工件表面层温度高于相变温度时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，有残余应力产生，这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时，可能产生：一是回火烧伤。如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过马氏体的转变温度，工件表层金属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织，这种烧伤称为回火烧伤。二是淬火烧伤。如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，使表层金属出现二次淬火马氏体组织，其硬度比原来的回火马氏体的高，在它的下层，因冷却较慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤。

4.2 表面层残余应力

表面残余应力产生的原因。一是切削时在加工表面金属层内有变形发生，使表面金属的比容加大，不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止，因此就在表面金属层产生了残余应力。二是不同金相组织具有不同的密度，如果表面层金属产生了金相组织的变化，表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍，因而就有残余应力产生。

选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。在交变载荷作用下，机器零件表面上的局部微观裂纹，会因拉应力的作用使原生裂纹扩大，最后导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。

4.3 提高加工表面质量的措施

通过前面的分析，我们知道影响表面粗糙度的因素有切削条件（切削速度、进给量、切削液）、刀具（几何参数、切削刃形状、刀具材料、磨损情况）、工件材料及热处理、工艺系统刚度和机床精度等几个方面。

结语

在了解了影响表面粗糙度的因素之后，我们必须根据需要降低加工表面的粗糙度，改善机械加工的表面质量。保证生活和工作质量。

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