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工件经过切削加工后，已加工表面质量的主要标志是：表面的粗糙度、表面层冷作硬化程度、表面层残余应力的性质及其大小。已加工表面质量对工件成为机器零件后的使用性能有很大的影响。

粗糙度大的零件经装配后，实际接触面积小，因而接触刚度低，以致影响机器的工作精度。在某些情况下，由于接触刚度低而产生振动。对于液压油缸及滑阀，粗糙度会影响其密封性，粗糙度太大将发生液压油泄漏。

一般地说，粗糙度大的零件耐磨性差，容易磨损，以致丧失精度。但是，也并不是粗糙度越小越耐磨损。例如机床导轨摩擦面的粗糙度以Ra2.5—0.8μm为最耐磨，粗糙度太小不利于润滑油的储存，反而容易磨损。

粗糙度大的零件容易造成应力集中，因而降低零件的疲劳强度。例如，低碳钢零件的粗糙度为Ra10—2.5μm时，疲劳强度是Rz0.8—0.25μm时的90％。

粗糙度大的零件，容易被腐蚀。因为粗糙度大的零件表面容易吸附和积聚气体和液体，若处于腐蚀性介质之中，就发生腐蚀。

由塑性材料制成的工件，经过切削加工后，已加工表面层的金属会产生冷作硬化现象(简称冷硬)。这是因为已加工表面在表面形成过程中经受了塑性变形。工件表面层的冷作硬化，会降低抗冲击的能力。

工件经过切削加工之后，已加工表面层常常有残余张应力，容易使表面产生微裂纹，降低零件的疲劳强度。

由此可见，零件的表面质量对它的使用性能有很大影响。因而在设计每一个零件时，都要按照使用要求，规定它的表面质量要求，特别是表面粗糙度受到更大的重视。在制造零件时，必须保证零件获得规定的表面质量。因此，有必要掌握已加工表面质量变化的规律。

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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在研究各种因素影响已加工表面质量的规律之前，应该先了解已加工表面形成的过程。下文介绍高速切削钢件时已加工表面的形成过程。

在第三章里已经着重介绍了切削变形过程中三个变形区(图9—1)的第一变形区。在第一变形区里，切削层的金属经受塑性变形而成为切屑。第一变形区扩展到切削层下方的金属，使这部分金属将成为已加工表面表层的一部分。由此可见，第一变形区的塑性变形，对巳加工表面质量是有影响的。但是，第三变形区与加工表面的形成关系更为密切。

实际的切削刃并非一条直线，而是近似于半径为r_n的圆柱表面。高速钢刀具，r_n＝12—15μm，硬质合金刀具r_n＝18—29μm。后刀面毗邻切削刃的那部分，一经切削便被磨损，成为一条后角α_oc＝0º的棱面。

在第三变形区里，后刀面施加法向力F_αN和摩接力F_α于工件。法向力F_αN使工件产生径向的塑性变形和弹性变形。摩擦力F_α使加工表面产生切向的塑性变形和弹性变形。

如果把刀具连同三个变形区看作静止的，那么，切削层将朝着刀具运动，其速度为V_c； 当切削层的金属进入第一变形区时，便开始发生塑性变形，使晶粒伸长。切削刃前方的金属继续运动并逐渐接近切削刃时，它的晶粒伸得更长，成为纤维状，最后成 为包围切削刃的纤维。O点以上的那部分沿前刀面流出，成为切屑的底层。由于构成切屑底层的纤维状金属晶粒沿着前刀面流动，故纤维的方向与前刀面平行，亦即 与切屑底面平行。包围切削刃的金属纤维在0点以下的那部分，将绕过切削刃沿后刀面流出，这条纤维越伸越长，越来越细，最后被扭断，成为已加工表面的表层。 由于这表层的金属纤维曾经沿后刀面流动，因而纤维的方向平行于α。＝0º的棱面，也就是平行于已加工表面。0点可以看作切削层金属的分流点。

前刀面作用于切削层的法向力为F_γN，摩擦力为F_γ，合力为F。 在F的作用下，在第一变形区里，切削层的金属发生塑性变形。在第一变形区外前方的金属发生弹性变形。已经在第一变形区里发生纤维化的金属，有很小的一部分 (分流点0以下的那部分)要进入第三变形区，在进入第三变形区后仍将进一步纤维化。不经第一变形区而直接进入第三变形区的工件金属要在第三变形区里发生塑 性变形，随着进入第三变形区深度的增大，塑性变形也逐渐增大。在第三变形区以外的金属发生弹性变形，这些金属在离开这个弹性变形区以后，弹性变形便恢复。 以上所述是形成已加工表面的全过程。

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切 削刃相对于工件运动，能够形成已加工表面。如果把切削刃看作几何学的线，由相对于工件运动时，应该形成的已加工表面的粗糙度，称为理论粗糙度。它的数值决 定于残留面积的高度。实际上，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料时，已加工表面的粗糙度才比较接近理论组糙度，因为除此之外，还有许多其他因素，诸如鳞 刺、积屑瘤、振动、切削刃不平整、工件材料组织的缺陷等等的影响，使已加工表面难以接近理论粗糙度。

现以外圆车削为例，讨论一下已加工表面的理论粗糙度。设刀尖圆孤半径r_s＝0，进给量为f，主偏角为k_r，副偏角为k_r’，由图9—2，从表面粗糙度的定义得

由于面积abc＝面积cde＝1／2·f／2·R_max／2＝fR_max／8，故

(9—1)

由此可知，如果残留面积是一些相等的三角形，那么，它的粗糙度算术平均偏差值等于残留面积最大高度R_max的1／4。

从几何学得知

(9—2)

代入式9—1得

（9—3）

由式9—2及9—3可以看出f、k_r和k_r’对表面粗糙度的影响。

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一、鳞刺对已加工表面粗糙度的影响

鳞刺就是已加工表面上的鳞片状毛刺(图9—3—图9—7)^[19]。生产实践及科学实验表明^[18][19]，在较低的及中等的切削速度下，用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具，切削一些常用的 塑性金属，如低碳钢、中碳钢、铬钢(40Cr、20Cr)、不锈钢、铝合金、紫铜等，在车、刨、插、钻、拉、滚齿、螺纹车削、板牙铰螺纹等工序中，都可能出现鳞刺。图9—8所示是顺着切削运动方向、垂直于已加工表面的鳞刺的显微剖面。鳞刺对表面粗糙度有严重的影响，使已加工表面变得很粗糙。由此可知，鳞刺的产生是切削加工中获得较小粗糙度的表面的一大障碍。

二、切削速度和切削厚度对鳞刺高度的影响^[118][96]

1.切削速度对鳞刺高度的影响

图9—9表示鳞刺高度h_s和积屑瘤高度h_b与切削速度V_c之间的关系。从图看出：h_b—V_c、h_s—V_c曲线都有驼峰；但它们的最大值对应的速度各不相同，在h_D＝0.19mm的情况下， 积屑瘤高度阶的最大值所对应切削速度V_c＝0.167m／s(10m／min)，而鳞刺高度h_s的最大值所对应的切削速度V_c＝0.367m／s(22m／min)。当V_c＞0.167m/s；积屑瘤高度随切削速度的增大而下降，当V_c增大到0.45m／s(27m／min)后，积屑瘤便消失，但是鳞刺仍然生成；即使切削速度高达1.17m/s(70m／min)，鳞刺仍不消失。由此可见，即使在速度较高、积屑瘤不再生成的情况下，仍然有鳞刺形成，只是这时鳞刺的高度大大减小。

2.切厚度对鳞刺高度的影响

图9—l0a表示鳞刺高度h_s和积屑瘤高度h_b与切削厚度h_D之间的关系；从实验中得知，当h_D＜0.3mm时，切屑为带状，有积屑瘤形成，它的高度h_b随h_D的增大而增大。这时鳞刺也随h_D的增大而增大，但是增大得比较缓慢。由于切削速度比较低(V_c＝0.073m／s)，所以当h_D＞0.3mm时，切屑便由带状转变为节状，积屑瘤即行消失，如图9—l0b、c所示。图9—10b、c都是用快速落刀法取得的切屑根部的显微金相照片。图b说明h_D＝0.304mm时切屑根部有积屑瘤形成，图c说明h_D＝0.380mM时积屑瘤不再形成。可是从图9—10a中h_s—a。曲线看出，在积屑瘤消失之后，鳞刺高度仍然随着h_D的增大而增大，而且增大得比较迅速。由此可见，在形成节状切屑助情况下，也能形成鳞刺。

三、鳞刺的形成过程

从上文得知，鳞刺可以在下述三种情况下形成：

(1)形成节状切屑或单元切屑时；

(2)形成伴有积屑瘤的带状切屑时；

(3)形成无积屑瘤的带状切屑时。

在前两种情况下形成的鳞刺对己加工表面粗糙度影响较大，现将在前两种情况下鳞刺的形成过程分述如下：

1.在形成节状切屑的情况下鳞刺的形成过程^[152]

在形成节状切屑的情况下，鳞刺的形成过程可分为四个阶段。

(1)抹拭阶段Ⅰ

鳞刺形成的第一阶段是抹拭阶段。这时，前一鳞刺已经形成，新鳞刺还未出现，而切屑沿着前刀面流出，切屑以刚切离的新鲜表面抹拭刀—屑摩擦面，将摩擦面上有润滑作用的吸附膜逐渐拭净，使冷焊面积增大，从而增大摩擦力，为切屑由前刀面上的停留创造条件。如图9—11a所示。

(2)导裂阶段Ⅱ

鳞 刺形成的第二阶段是导裂阶段。由于在第一阶段里，切屑逐渐将前刀面上的摩擦面抹拭干净，增大了冷焊面积，因而使摩擦力逐渐增大。当摩擦力增大到能抵御切削 力推动切屑沿前刀面流出的切向分力时，切屑便停留在前刀面上，暂时不再沿前刀面流出。这时切屑代替前刀面挤压切削层，刀具只起支持切屑的作用。这一阶段的 特征是：在切削刃前下方，切屑与已加工表面之间出现一裂口，即所谓导裂，如图9—11b所示。第二阶段历时远比第一阶段短。

(3)层积阶段Ⅲ

鳞 刺形成的第三阶段是层积阶段。当第二阶段一结束，随即进入鳞刺形成过程的第三阶段。由于切削运动的连续性，切屑一旦停留在前刀面上，便代替刀具继续挤压切 削层，使切削层中受到挤压的金属转变为切屑。而这部分新成为切屑的金属，只好逐层地积聚在起挤压作用的那部分切屑的下方。这些金属一旦积聚并转化为切屑， 便立即参加挤压切削层的工作；同时，随着层积过程的发展，切削厚度将逐渐增大，切削力也随之增大。层积阶段如图9—11c所示。

(4)切顶阶段Ⅳ

鳞刺形成过程的第四阶段是切顶阶段。由于切削厚度逐渐增大，切削抗力也随之增大，推动切屑沿前刀面流出的分力Fγ也增大。当层积金属达到一定厚度后，Fγ力便也随之增大到能够推动切屑重新流出的程度，于是切屑又重新开始沿前刀面流出，同时切削刃便切出鳞刺的顶部，如图9—11d。至此，一个鳞刺的形成过程便告结束。紧接着，又开始另一个新鳞刺的形成过程。如此周而复始，在工件加工表面上便不断地生成一系列鳞刺。

在鳞刺形成过程的四个阶段里，切屑在导裂和层积阶段，是停留在刀具前刀面上的；在抹拭和刮成阶段里，切屑是沿着前刀面流出的。在形成鳞刺的过程中，切屑流出和停留是交替地进行的，而且交替的频率很高。

上述是鳞刺形成的典型过程，通常是在形成节状切屑或粒状切屑时见到。在典型过程里，当切屑每形成一个切屑单元体(一节或一粒单元切屑)时，就出现一个鳞刺。当然并不是节状切屑的鳞刺的形成只有典型过程，相反，除典型过程外，还经常混杂着非典型过程(图9—12)。

非典型过程也同样有四个阶段。典型过程和非典型过程之间的差别仅在于第四阶段，而第一、二、三阶段都是相同的。非典型过程的第四阶段有若干种形式，常遇到的图9—12所示的Ⅳ₂、Ⅳ₃、Ⅳ₄三种^[19]。按照Ⅳ₂形式进行时，每形成一个切屑单元就有两个或几个鳞刺产生；按照Ⅳ₃形式进行时，鳞刺的顶面凹陷，在已加工表面上造成一个锅底形凹洼，在凹洼底面有一道鳞刺，例如用板牙切螺纹时形成的麻点(图9—13)^[19]。按照Ⅳ₄形式进行时，只形成凹进；也是麻点的一种。

2.在形成伴有积屑瘤的带状切屑时鳞刺的形成过程

在积屑瘤前方形成鳞刺的过程同样有四个阶段：抹拭、导裂、层积和切顶阶段，如图9—14—图9—16所示。

上 文讲过的节状切屑前方鳞刺形成过程各阶段的涵义和这里讲的积屑瘤前方鳞刺形成过程各阶段的涵义略有不同。前者所谓抹拭指的是切屑抹拭前刀面，后者指的是切 屑抹拭积屑瘤的前端。前者的导裂只在已加工表面上出现，后者在已加工表面和切屑底面同时出现。在前者的层积阶段里经过塑性变形的切削层金属全部在切屑单元 体前方层积，而在后者的层积阶段里只有很小的一部分切削层金属层积在积屑瘤前端，而很大的一部分仍然连续地沿着积屑瘤的顶面流出。前者的切顶阶段只切出一 个鳞刺，而后者却同时切出两个鳞刺的顶面，分别在已加工表面和切屑底面各形成一个鳞刺。

四、鳞刺的成因和抑制

综上所述得知，鳞刺的成因是：切削层金属周期地在节状切屑单元体前方或在积屑瘤前方层积，并周期地被切顶而形成鳞刺。

抑制鳞刺的措施有：

(1)减小切削厚度h_D；

(2)采用润滑性能良好的极压切削油或极压乳化液，同时适当降低切削速度，以保持切削液的润滑性能。

上述这两项措施可以同时采用。

(3)采用硬质合金或高硬度的刀具，进行高速切削。

(4)如果提高切削速度受到限制，可以采用人工加热切削区的措施，如：电热切削，等离子炬加热等。切钢时，只要把温度提高到500℃以上，鳞刺高度便大大降低，甚至消失。

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一、积屑瘤切出犁沟

在很多情况下，积屑瘤形成后，便相当稳定地冷焊在前刀面上，包裹着切削刃，代替切削刃切削；而且积屑瘤伸出切削刃之外，增大了切削厚度，增大量为⊿h_D，恰与伸出量相等，如图9—17a、b所示。但是，切削刃上不同位置的各点，积屑瘤的伸出量是不一致的^[20](如图9—17b所示)，因此，积屑瘤前端代替切削刃切削的“伪刃”切出的表面是不平整的。“伪刃”好像轮廓极不规则的“成形刀”。在这种情况下切出已加工表面，就是“伪刃”“成形刀”切出的“成形”表面（如图9—17b所示）。由于积屑瘤的轮廓是非常不规则的，因而，在已加工表面上，沿着切削刃相对于工件运动的方向，切出一道道平行的深浅和宽窄不同的犁沟(参看图9—18)。

积屑瘤在加工表面上切出犁沟的现象是很普遍的，只要有积屑瘤生成就有犁沟。拉削圆孔、键槽等时，已加工表面上常常有平行于轴线的犁沟。铰孔时，只要条件合适，积屑瘤便在铰刀主切削刃和副切削刃连接的地方（相当于车刀的刀尖）生成，如图9—19所示。在这种情况下，积屑瘤在孔壁上切出螺旋形的犁沟。非高速切削螺纹时，积屑瘤也常常在螺纹两侧面切出犁沟。类似的情况还可以举出很多。

在不生成积屑瘤时，切削刃的不平整也可以在已加工表面上切出犁沟来，但是这种犁沟和积屑瘤导致的犁沟是有区别的，积屑瘤切出的犁沟比较深，深度可达100μm，而切削刃不平整导致的犁沟深度通常在10μm左右(刀面粗糙度①相当于R_a10μm)，根据犁沟的深度就可以鉴别已加工表面上犁沟的成因是积屑瘤还是切削刃不平度。

二、积屑瘤导致鳞刺

积屑瘤除了切出犁沟从而增大已加工表面粗糙度之外，它还在已加工表面上导致鳞刺的形成，进一步增大粗糙度。在这种情况下，鳞刺是在犁沟的底面或侧面生成，见图9—18、图9—17a及图9—20。

在切削过程中，积屑瘤的前端受到冲击或遇到材料中的硬点，均能导致积屑瘤前端局部脱落。这种脱落物，称为积屑瘤碎片。当积屑瘤前端局部脱落时，犁沟便中断，积屑瘤碎片便镶嵌在犁沟的终点(参看图9—20)， 而成为已加工表面上的一个硬点。应该指出，这种情况下的硬点才是镶嵌在已加工表面上的积屑瘤碎片。镶嵌在已加工表面的积屑瘤碎片和鳞刺之间有着明显的差 别。在有积屑瘤生成的情况下，鳞刺通常是在犁沟底部生成，它的形体比较小，而积屑瘤碎片是在犁沟的一端镶嵌着的，形体比较大。鳞刺的生成频率比较高，而且 有明显的周期性，积屑瘤的脱落碎片则是偶然的，带有随机性的。

三、切削条件对犁沟深度的影响

1.切削速度对犁沟深度的影响：

图9—21中用实线绘制的曲线表示切削速度V_c对犁沟深度的影响。从曲线看出：当V_c＜0.083m／s(5m／min)时，犁沟深度h_p是比较小的，而且切削厚度越小则犁沟深度越小。h_p随着V_c增大而增大，至最大值之后，h_p便随着V_c增大而减小。在积屑瘤消失之后，犁沟仍然存在，但h_p值大大降低，而且降低到最小值后保持恒定。这种犁沟是切削刃不平整造成的。

图中用虚线绘制的曲线表示积屑瘤伸出量⊿h_D与V_c的关系。虚曲线和对应的实曲线很是接近；因此，实验结果说明，在有积屑瘤生成的情况下，犁沟是积屑瘤切出的。

2.切削厚度对犁沟深度的影响

图9—22中用实线绘制的曲线表示切削厚度h_D对犁沟深度hp的影响。从图看出：当切削速度较低时(V_c=0.073m／s)，h_p—h_D曲线(曲线1)只有上升的一段，原因是当h_D＞0.3时，切屑变为节状，不再生成积屑瘤，因而不再出现积屑瘤切出的犁沟。当切削速度V_c＝0.235m／s时，h_p—h_D曲线(曲线2)有驼峰，最大值在h_D＝0.13毫米处。当V_c＝0.733m／s时，h_p—h_D曲线(实线3)随着h_D增大而急剧下降。从这三条曲线可以看出：低切削速度配以小切削 厚度，或高切削速度配以较大的切削厚度都能获得较浅的犁沟。

3.切削宽度对犁沟深度的影响

图9—23中用实线绘制的曲线表示切削宽度b_D对犁沟深度h_p的影响。从图看出：犁沟深度h_p随着切削宽度b_D的增大而增大，但增大得比较缓慢。

4.刀具前角对犁沟深度的影响

图9—24中用实线绘制的曲线表示刀具前角γ。对犁沟深度h_p的影响。从图看出：当刀 具前角γ。＜0º时，用低切削速度切削(V_c＝0.073m／s)时，所得到的犁沟深度是比较小的；用中等切削速度(V_c＝0.235m／s)切削时，犁沟深度最大。但是，在前角γ。＞0º的情况下，犁沟的深度却随着切削速度的提高而增大。

四、关于积屑瘤和鳞刺的一些学术观点

关于积屑瘤是否高频地产生和破碎，以及鳞刺是否积屑瘤的碎片，目前国内外有两种不同的观点。1931年德国人施威尔德^[124]用高频摄影机从切削区侧面拍摄积屑瘤的动态图象。他根据拍摄得的照片，提出了由图9—25所表示的观点，认为积屑瘤的前端是周期地破碎和再生复出的，鳞刺就是嵌入已加工表面的积屑瘤碎片。后来有人根据他的观点，把已加工表面上出现鳞刺的频率作为积屑瘤破碎的频率，从而得出这样的结论：积屑瘤破碎和再生复出的频率是很高的，每秒钟30—200多次。50年代罗拉吉^[131]提 出和施威尔德所述大同小异的另一种观点。相同之处是两者都认为积屑瘤是高频地破碎和生成，都认为鳞刺是积屑瘤嵌在已加工表面上的碎片；不同之点仅在于罗拉 吉认为是积屑瘤整个地破坏和再生的，而施威尔德则认为积屑瘤头部是周期地破坏和再生的，为了讨论方便，突出核心问题，可以把这两种观点纳入一派之列，对其 观点提出下列质疑：

(1)如果说磷刺是积屑瘤的碎片。那么，为什么在不形成积屑瘤的情况下，仍然有鳞刺形成呢?

(2)如果说鳞刺是积屑瘤嵌入已加工表面的碎片，为什么从金相组织看鳞刺和工件之间没有分界线，而是晶粒纤维互相交错的呢?

(3)如果说积屑瘤是高频地生成和脱落的，为什么积屑瘤前端在已加工表面上切出的犁沟都有较大的长度，而且在这长度上保持截形不变呢?

此外，还有一种和施威尔德观点类似的观点，这种观点把在积屑瘤前方层积的、行将被切顶成为鳞刺的那部分金属称为积屑瘤的帽部层或状部，把积屑瘤称为积屑瘤的基部，同时认为鳞刺是积屑瘤帽部周期地脱落所形成的。这种观点也同样难以解释“为什么在不形成积屑瘤的情况下，仍然有鳞刺形成”的问题。

随着研究工作的发展和深入，又形成了一种新的学术观点。新观点认为：

(1)鳞刺是切削过程中产生的一种独特的现象，它是由切削层金属转化而来，并且始终和工件相连。鳞刺不是嵌入已加工表面的积屑瘤碎片。

(2)积屑瘤在切削过程中不是高频破坏的，它具有明确的边界和相当稳定的外形。

这种新观点的建立是以实验为基础，并已由重复实验结果证实。本教材中关于积屑瘤和鳞刺的内容，按照这种新观点撰写。

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一、残余应力的成因
由于受到工艺过程的影响，在没有外力作用的情况下，在零件内部所残存的应力叫做残余应力。由于外力为零，所以零件内各部分的残余应力，必须彼此保持平衡。
已加工表面层常有残余应力，有残余张应力和残余压应力之别。残余张应力会降低零件的疲劳强度，有时甚至在切削加工之后，就会使零件表面产生微裂纹；而残余 压应力有时却能提高零件的疲劳强度。各部分的残余应力由于分布不均匀，会使工件发生变形，影响工件的形状和尺寸精度。
残余应力产生的原因有以下三个方面：
1.热塑变形效应
从§9—1得知，在已加工表面第一变形区里，金属已经发生塑性变形；进入第三变形区之后，进一步发生强烈的塑性变形。在第一变形区里产生变形热，温度约为 300℃。后刀面与加工表面之间的摩擦面(以下简称刀—工摩擦面)，除了生成变形热之外，还有摩擦热生成。高速切削时，刀—工摩擦面的温度约为刀—屑摩擦 面的60％—80％。高速切削碳钢时，刀—工摩擦面的温度高达600—800℃。无论是在第一变形区里，还是在第三变形区里，已加工表面的金属的塑性变 形，都是在受热之后的热膨胀的情况下发生的。已加工表面表层的温度比较高，深处的温度较低。当切削过后，表层和里层的温度都下降到相同的数值(室温)。因 此，表层收缩多，里层收缩少。表层的收缩受里层的牵制，因而表层存在张应力，里层存在压引力。
2.里层金属弹性的恢复
已加工表面形成时，表层金属经受强烈的塑性变形。表层塑性变形的过程是在里层金属处于弹性变形的情况下进行的。已加工表面形成之后，因刀具的作用力消失， 弹性变形便趋向复原，但受到表层金属的牵制，因而在表层造成应力状态。如果里层的弹性变形是压缩变形，则在表层造成张应力；如果里层的弹性变形是拉伸变 形，则在表层造成压应力。
3.表层金属在切削热的作用下发生相变
在高速切削时，刀—工摩擦面的温度可达到600—800℃，表层金属有可能发生相变(碳 钢的相变温度为720℃)而形成奥氏体，冷却后变为马氏体。而马氏体的体积比奥氏体大，因而表层金属膨胀，但受里层金属牵制。结果，使表层出现压应力，而里层存在张应力。
已加工表面呈现的残余应力，是由上述各成因导致的残余应力的合成。倘若热塑变形效应占优势，那末，已加工表面呈现的合应力是残余张应力；例如车削，见图9—26。
如果弹性恢复的作用占优势，而且弹性变形是拉伸变形，那末，已加工表面呈现残余压应力；例如用镶有硬质合金刀片的端铣刀铣削高强度钢D6AC，见图9— 27拉削圆孔时，已加工表面残余应力沿着主运动方向是张应力，沿着孔的圆周方向是压应力。这是由于前者热塑变形效应占优势，后者拉伸弹性恢复作用占优势。 为了减小主运动方向的残余应力，可以增加一次反方向的拉削。
二、已加工表面残余应力的调整与控制
一个机器零件的已加工表面如果存在残余张应力，那么零件的疲劳强度便会比存在残余压应力时低很多。要提高这类零件的疲劳强度，就得调整零件的表面残余应 力，也就是将残余张应力减小或将残余张应力变为残余压应力。调整的方法目前最常用的是喷丸法，使高压压缩空气通过一个喷嘴，将小钢球连续地喷射出去，冲击 零件表面，使其发生塑性延展，于是在零件的表面层就产生了残余压应力。这种方法虽然应用较广，但是仍然存在以下一些缺点：第一，需要一套昂贵的喷丸设备。 第二，被喷丸处理过的表面在发生塑性延展的同时还会产生加工硬化，而且硬化程度不易控制，也难得均匀。过度的硬化或局部的过度硬化都能降低零件的抗冲击强 度。第三，对形状复杂(如螺纹)的表面喷丸无能为力。
针对上述喷丸法的一些缺点，作者提出一种被称为“预应力加工”的方法。这种方法是在切削前给 工件预先施加张应力，并在切削时保持这个预应力，加工完了将预应力撤去，结果能在已加工表面上获得残余压应力。预应力加工的原理是：当给工件施加张应力 时，工件的表层同时伸长，切削时表面层由于发生了塑性变形，丧失了弹性恢复的能力，而里层金属因未发生塑性交形，仍然保有弹性恢复的能力。加工后应力释放 时，表层便不会收缩，而里层却要收缩，因而在表面层造成残余压应力。这个残余压应力的大小与预加的张应力大小有关。实验结果表明，施加的预应力越大(不能 大于工件材料的弹性极限)，获得的已加工表面的残余压应力的绝对值越大。这个预应力加工法提出后，已引起一些人的兴趣，已经有人将这种方法扩展到磨削加工 中去。将预应力加工法应用于螺纹加工，可以显著地提高螺纹的疲劳强度。研究结果表明，如果预应力选择恰当，疲劳强度可提高到2倍多。
三、加工硬化的成因
工件表层加工硬化的成因是表层金属在形成已加工表面的过程中经受强烈的塑性变形。在切削的过程中，切削刃前方的金属朝着切削刃运动，同时这部分金属的晶粒 伸长，成为纤维状，继而包围着切削刃。正如图9—28所示，切削层金属以0点为分流点，在0点以上的金属流向前刀面，成为切屑；0点以下的金属流向后刀 面，成为已加工表面。因为0O’线所在的位置比已加工表面的位置为高，所以当00’线以下的金属流过后刀面时受到压缩，好像将00’线以下的金属压缩到 mm’以下一样。所以切削刃和后刀面与工件之间存在很大的压力，因而也就产生很大的摩擦力，使得流过的金属发生很大的塑性变形。这就是第三变形区的变形。 跟后刀面接触和摩擦的已加工表面下的极薄一层金属的变形最大，它的晶粒受到破坏，成为非晶质层；因此这一薄层金属的冷作硬化最为强烈。从表面层往下，塑性 变形逐渐减小，因而硬化程度从表层向深处也就逐渐减小。图9—29表示切削层剖面的显微照片，图中最上面的极薄一层是表层，即非晶质层，往下一层是纤维组 织层，再往下是母体金属。图9—30表示各层显微硬度的分布。从图看出：非晶质层硬度最大，塑性变形层硬度次之，母体金属的硬度最小。塑性变形层的硬度可 以达到母体硬度的二倍，或更高。车削碳钢时，加工硬化的深度可达十分之几毫米，有时可能更深些。
图9—3l表示用高速钢刀具车削低碳钢外圆柱面时加工硬化的情况。

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目 前精密切削是在超精密车床上使用金刚石或超硬材料如立方氮化硼之类刀具来实现的。机床主轴转速通常在10000r／min以上，切削速度是很高的，切削时 不会形成鳞刺和积屑瘤，因而，所获得的已加工表面粗糙度可小至Rz0.1—0.05μm，如果再采取下文讲的熨平方法，所获得的粗糙度小至 Rz0.01μm，使已加工表面成为镜面。
影响超精密切削时已加工表面质量的主要因素有：
一、切削刃的不平整
用不平整的切削刃切削时在已加工表面上会切出许多深浅不一，互相平行的犁沟。这是在§9—5中讲过的现象。犁沟的深浅决定于切削刃的锯齿形高度，但是，由于已加工表面弹性恢复的原因，犁沟的深度有可能小于切削刃上的锯齿高度。
二、工件材料中的空穴
由 于工件材料中含有杂质，而形成一些空穴。例如易切钢中含有添加物MnS，在MnS与Fe之间常常有空穴存在，这是已经由电子显微镜观察结果所证实了的。当 切削刃恰好从空穴中间切过，在已加工表面上使出现一个黑色的小坑。如果空穴很多，小坑就密，就会增大已加工表面粗糙度。图9—32表示黑小坑的形成过程。
三、晶体的各向异性
机械制造用的金属都是多晶体的；而且这些晶体的取向都是随机的。可是晶体的滑移。面和滑移方向则是有限的(见§3—9)，因此，不可能期望所有晶粒都沿着 最大剪应力的方向滑移，而是只能沿着各自的滑移系统中最接近最大剪应力方向的滑移面和滑移方向滑移，因此，这些晶粒的滑移方向也都是随机的，不可能都沿着 同一方向滑移。由沿着不同方向进行滑移后得到的晶粒表面所构成的已加工表面是不平整的，从而影响到已加工表面的粗糙度。
针对上述主要影响因素，在超精密切削时，采取下述措施，可以减小已加工表面粗糙度。
(1)选择刚性好的超精密机床，以防止切削时发生振动。
(2)减小刀具前后刀面的粗糙度，以便提高切削刃的平整度。如欲获得粗糙度很小的已加工表面，最好把前后刀面抛光成镜面。
(3)在后刀面上作出一个后角为零度的烫平面棱带，将已加工表面上的犁沟、黑小坑和不平的晶粒表面熨平。目前超精密切削多采用这个方法来获得镜面，采用熨平法，粗糙度可减小到Rz0.015μm。

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