磨削表面质量包括磨削表面的微观不平度(表 面粗糙度)和磨削表面层的机械物理性能两方面内容。由于磨削点的瞬时温度变化可达1000℃左右，被磨工件表面层的金相组织和硬度将发生某种变化，同时也 将影响表层残余应力的性质和大小。又因为磨粒具有很大的负前角和刃区钝圆半径，且磨削厚度很小，因而磨削的加工硬化程度比其他切削加工方法严重得多，加上 磨粒随机分布的复杂情况等，使磨削表面质量问题成为有别于一般切削加工的特殊问题。
一、磨削表面的微观不平度
磨削表面的微观不平度一般都比普通切削为小，比较容易获得粗粮度小于Ra2—4μm的表面。由于砂轮及其轴承结构的改进、磨削技术的提高，故能进行粗糙度及Rz0.1—0.2μm的镜面加工。
工件磨削后的表面质量问题，关系到工件的耐磨性和使用寿命。而表面的粗糙度是影响耐磨性的重要因素。我们要在对磨削表面粗糙度的理论分析的基础上，来研究减小表面粗糙度的措施。
磨削表面粗糙度可在沿磨削速度方向及与它成90º的方向上来测量。在一般情况下，沿磨削速度方向测得的粗糙度很小，几乎可以略而不计。但在砂轮组织较松或工件速度Vw大时，该值就不可略去了。
如图14—23所示，假定磨粒的切削刃在砂轮表面是均匀分布的，而且高度完全一致，则垂直于磨削方向的理论微观最大不平度Rmax2可下式计算：
（14—16）
式中 Vc、Vw—分别为砂轮和工件的速度；
Rt、Rw—分别为砂轮和工件的半径。
m——单位面积上的磨粒数；：
e—未变形的切屑宽度与未变形的切屑平均厚度的比值。
由上式可知：降低Vw，增加Vc、Rw、Rt及以及采用粒度号数大的砂轮，都可使Rmax2减小。
分析上述理论公式，亦可提出减小磨削表面粗糙度的主要措施：
(1)采用粒度号数大的砂轮，使m值增大，可减小磨削表面粗糙度。
(2)提高砂轮转速，或降低工件转速，使Vc／Vw的比值增大，亦可显著减小磨削表面粗糙度。
(3)采用直径较大的砂轮，有利于减小磨削表面粗糙度；同理，在磨削直径大的工件时表面粗糙度较小。
(4)如前所述，砂轮宽度B大时，同时参加工作的磨粒数增加，分摊在每个磨粒上的磨削量减少，单个磨粒的最大切削厚度hDgmax减小，上式中的e值增大，可减小磨削表面粗糙度。也可以用砂轮宽度B与轴向进给量fa的比值j＝B／fa来表示，j越大，则垂直于磨削方向测量的不平度越小。
(5)磨粒切削刃高度的等高性越好，则垂直于磨削方向所测量的不平度越小。
上述分析结论是在理想情况下得出的。实际上，磨削表面不平度比理论计算值要大得多，因此，这一类理论公式没有定量分析的意义，只能够帮助我们定性地认识磨削表面不平度变化的趋势。
在生产实际中，磨削表面微观不平度大的主要原因，往往是由于磨床主轴振动和磨粒切削刃的高度不一致。改进了磨床主轴轴承的结构、提高砂轮修整质量以及做好砂轮的动平衡之后，加工表面的微观不平度可能逐渐接近于理论值(如镜面磨削)。
二、磨削表面层的机械(物理)性能
磨削表面层的(机械物理)性能，主要是指磨削表面层的显微硬度、局部显微组织与残余应力。
1.磨削表面层金相组织的变化——磨削烧伤
磨削烧伤表面所呈现的颜色是由于磨削热使工件表面产生氧化膜所反映的干涉颜色，即相当于所谓回火颜色。但回火是在较低温度、长时间加热的条件下进行的，而磨削烧伤则是在瞬时高温加热中产生的。
图14—24所 示为淬火高速钢磨削后表面层硬度变化的情况：在离加工表面0.05mm的深度上，硬度很高，这是回火马氏体转变成奥氏体后，由于急冷的作用又转变为白色马 氏体的缘故。再往深处，白色马氏体只在晶界上发展，其他都转为过回火组织，硬度逐渐下降。这种现象在0.1mm左右的深度最为严重。再往深处，过回火组织 逐渐减少，硬度上升。到了0.175mm以后，因这部分金属末受磨削热的影响，金相组织没有变化，保持了原来工件基体的硬度。
其 他钢件磨削烧伤后表层硬度和组织变化情况，与高速钢的硬度变化大体相似，仅仅是它们的表层受磨削热的影响深度不同而已。不同工件材料的烧伤敏感程度各不相 同。材料的碳或合金含量越高，则导热性越差，因此，即使磨削条件相同，但其磨削温度相对要高，容易烧伤；耐高温材料的高温强度高，磨削功率大，产生的磨削 热多，则磨削温度高，故也容易烧伤。含碳量相同的材料，淬火硬度越高的，其马氏件—屈氏体越不稳定，磨削时，表面易变为珠光体。淬火后回火的材料，组织较 稳定，故较不易烧伤(不易产生相变)。
磨削烧伤会破坏工件表层组织，严重时也会产生裂纹，而使工件表面的质量恶化，严重地影响工件的耐磨性和使用寿命。因此，必须避免磨削烧伤。
2.磨削表面层的残余应力
残余张应力是零件在磨削后发生挠曲和形状时效变化的原因，并会因此而产生磨削裂纹，降低零件的疲劳强度，故应引起重视。
产生磨削表面残余应力的主要原因是：
(1)相变引起金相组织的体积变化；
(2)温度引起的热胀冷缩和塑性变形的综合结果。
磨削高碳钢时，容易出现残余张应力。减小轴向进给量，一般可以减少残余张应力。精磨时，径向进给量小于0.025—0.03mm的情况下，径向进给量越小，则残余张应力越小。
对HRC59的淬火并回火的合金钢(1.0％C，1.25％Cr，0.19％V)的试样进行试验，得到如下结果：径向进给量增加，则残余张应力也增加(图14—25)。
残余应力与光磨次数有关。光磨10次后，表层内残余应力减少2—3倍；光磨15次，残余应力减少4—5倍(均是与光磨1次相比)。
由上可知，在精磨时，减少进给量和适当的光磨，对减少残余应力是行之有效的。
对淬火45钢所进行的磨削残余应力的研究表明：淬火45钢若进行低温回火，并在磨削时注意使用切削液，则可获得残余压应力，但回火温度不宜太高，以免降低零件的耐磨性
3.磨削裂纹
在 磨削淬火钢、渗碳钢、硬质合金等工件时，常常在与磨削速度垂直的方向上发生微小龟裂，在严重的情况下发展成为龟壳状的裂纹。原因是磨削表面局部瞬时高温和 随即又急剧冷却造成的热应力导致裂纹出现。很明显，工件表面裂纹尖端应力的奇异性和缺口的锐度效应，将降低零件的疲劳强度，甚至早期出现低应力脆性断裂。 因此，一方面要设法避免裂纹产生，另一方面也应有适宜的检验方法(如采用铁粉法、荧光物质法等无损检阅技术以及稀硝酸腐蚀法)来检查工件已加工表面质量。
4.改善磨削表面层机械物理性能变化的途径
由以上的分析可知：磨削时影响磨削表面质量的因素是多方面的，但影响磨削表面质量的主要因素是：磨削过程中的塑性变形和磨削热。因此，要提高磨削表面质量，就必须采取措施解决上述两个问题。主要应采取两方面的措施：一是减少磨削热的产生，二是加速磨削热的传出。
减少磨削热的办法是：减小径向进给量fr(生产中常常是一开始采用较大的fr， 最后几次进给量减小，并进行光磨)；选取较软的砂轮；减少工件和砂轮的接触面积(例如在端面磨时。将砂轮轴略微倾斜，使砂轮端面只有一部分与工件接触)； 根据磨削要求合理选择砂轮的粒度；经常保持砂轮在锋利条件下磨削，并选择适宜的润滑性能较好的切削液，以减小磨粒与工件间摩擦等。
加速磨削热传出的措施是：除了适当提高工件速度和轴向进给量外，主要是采用有效的冷却方法。为了提高冷却效果，可采用喷雾冷却、高压冷却和内冷却等。如果用内冷却方法，切削液应仔细过滤，以免堵塞砂轮。
三、磨削精度
凡是影响磨削加工中砂轮和工件相对位置变化的因素，都会影响磨削精度。主要有：
(1)由磨削力引起的磨床及工件的弹性变形；
(2)磨床和工件的热变形；
(3)砂轮磨损引起砂轮形状及尺寸的变化；
(4)磨床及工件的振动等。
在这些因素中最重要的是工艺系统的弹性变形。
如前所述，由于径向磨削力很大，它所造成的弹性变形而引起砂轮切削深度的变化量，相对于原有的微小的切削深度(机床调整量)来说是不能忽视的。图14—26所示为砂轮架径向进给量fr与工件半径减小值的关系。这就说明，即使磨床确保了正确的径向进给量，也不能直接加工出所期望的工件尺寸。因此，在生产中不能不多次反复做。“无火花”磨削，即不再有径向进给量fr，只做反复纵磨，利用工艺系统的弹性恢复来实现越来越小的实际进给fr△。
热 变形问题也是影响磨削精度的重要因素。工件受热膨胀，由于温度分布未必均匀，膨胀也就是不均匀的，如果在这种状态下进行磨削，冷却后就会产生形状误差。越 是热容量小而温度分布不容易均一的小型工件，上述影响越显著。薄板等工件磨削后容易产生挠曲。解决办法是，大量使用冷却性能好的磨削液来控制温升和防止温 度不均；采取将成为热源的液压系统油箱及磨削液油箱同床身分离的措施以减小磨床的热变形等。
砂轮磨损当然对工件的形状和尺寸精度有影响，据估算，在一分钟的磨削中，砂轮在半径方向上就减少4—10μm。在成形磨削中，由于砂轮各点的磨削深度不同，尖角处容易崩坏等原因，很容易造成形状误差。
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