第五章机械加工表面质量

加工表面质量及其对使用性能的影响影响表面粗糙度的工艺因素及其改进措施影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施,第五章机械加工表面质量及控制,本章要点,加工表面质量的概念,5.1加工表面质量及其对使用性能的影响,已加工表面质量,表面粗糙度,表面波度,表面物理力学性能的变化,表面微观几何形状特征,表面层冷作硬化,表面层残余应力,表面层金相组织的变化,表面的几何形状误差,表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于50。表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在501000的几何形状误差纹理方向：表面刀纹的方向伤痕：加工表面个别位置出现的缺陷,表面质量对零件使用性能的影响,对耐磨性影响,表面粗糙度值耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性,表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性,表面粗糙度值配合质量,表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度,对耐疲劳性影响,对耐蚀性影响,对配合质量影响,纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好适当硬化可提高耐磨性,直线刃车刀（图a）,圆弧刃车刀（图b）,影响因素：,切削加工表面的粗糙度,5.2影响表面粗糙度的因素及改进措施,切削速度影响最大：v=1050m/min范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。,其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等,砂轮速度vs，Ra工件速度vw，Ra砂轮纵向进给f，Ra磨削深度ap，Ra,磨削加工表面粗糙度影响因素,磨削用量影响,光磨次数，Ra,砂轮粒度，Ra；但要适量砂轮硬度适中，Ra；常取中软砂轮组织适中，Ra；常取中等组织采用超硬砂轮材料，Ra砂轮精细修整，Ra,砂轮影响,其他影响因素,冷却润滑液,磨削加工表面粗糙度影响因素,机械加工中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变、晶粒间产生滑移，表层材料硬度增加的现象冷作硬化,机械加工中力的作用强化、热的作用弱化冷作硬化,冷作硬化程度可用三个指标衡量：,表层金属的显微硬度HV硬化层深度h（微米）硬化程度N,一、表层材料的冷作硬化,5.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,进给量冷硬程度切削速度影响复杂（力与热综合作用结果）切削深度影响不大,切削用量,工件材料,材料塑性冷硬倾向材料强度冷硬倾向,1、切削加工中影响表面冷作硬化的因素,刀具几何参数,2、切削加工中影响表面冷作硬化的因素,冷硬程度后刀面磨损量,冷硬程度变化如图成阶段性后角、主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径对冷作硬化影响不大,磨削速度冷硬程度（弱化作用加强）工件转速冷硬程度纵向进给量影响复杂,磨削深度冷硬程度,磨削用量,砂轮,砂轮粒度冷硬程度砂轮硬度、组织影响不显著,工件材料,材料塑性冷硬倾向材料导热性冷硬倾向,3、磨削加工中影响表面冷作硬化的因素,回火烧伤：磨削温度介于其相变温度723C和马氏体转变温度300C之间马氏体回火转变淬火烧伤：磨削温度超过其相变温度723C+急冷二次淬火退火烧伤：磨削温度超过其相变温度723C+不冷却退火,机械加工过程中加工区域温度达到或超过工件材料相变温度时，金相组织会发生变化（主要指磨削）磨削烧伤（淬火钢）,二、表层金属金相组织变化,烧伤表现：彩色氧化膜残余应力微裂纹,磨削烧伤与磨削裂纹的控制,合理选择砂轮,根据工件材料、磨削性质选择砂轮的硬度、结合剂和组织,合理选择磨削用量,合理选择磨削过程的ap、ft、vw、vs,改善冷却条件,内冷却、喷汽冷却、强制冷却等,磨削烧伤与磨削裂纹的控制,内冷却砂轮,内冷却砂轮,开槽砂轮a）槽均匀分布b）90度内变距开槽,选择开槽砂轮,残余应力产生的原因,三、表层材料的残余应力,表层材料形状变化、体积变化、金相组织变化时将在表层材料与基体间产生相互平衡的残余应力,1)机械加工中表层材料的塑性变形外压内拉2)磨削温度造成表层材料的塑性变形外拉内压,热生残余拉应力的示意图,v残余应力（热应力起主导作用）,切削用量,刀具,前角+，残余拉应力刀具磨损残余应力,工件材料,材料塑性残余应力铸铁等脆性材料易产生残余压应力,磨削用量的影响,背吃刀量ap、砂轮速度vs工件的转速vw和进给f1,工件材料,强度、导热性、塑性残余拉应力,热变形和塑性变形对残余应力影响很大,热因素起主导作用残余拉应力,塑性变形起主导作用残余压应力,淬火烧伤时，金相组织变化起主导作用残余压应力,ap对残余应力的影响,磨削工业铁和T8的残余应力,四、工件最终工序加工方法的选择,各种加工方法在工件表面残余的内应力,利用淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态挤压金属表面，将凸起部分下压下，凹下部分上凸，修正工件表面的微观几何形状,形成压缩残余应力，提高耐疲劳强度,利用珠丸高速打击工件表面,使工件表面产生冷硬层和压应力,提高疲劳