第三章机械加工表面质量上课gq

1、第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 1 教学要求：教学要求： 掌握机械加工表面质量的概念，能分析影响表面掌握机械加工表面质量的概念，能分析影响表面 粗糙度的因素。粗糙度的因素。 第三章第三章 机械加工表面质量机械加工表面质量 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 2 掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的 规律，并应用这些规律控制加工过程，以达到提高加规律，并应用这些规律控制加工过程，以达到提高加 工表面质量、提高产品性能的目的。工表面质量、提高产品性能的

2、目的。 实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。 产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在 很大程度上取决于其主要零件的表面质量。很大程度上取决于其主要零件的表面质量。 研究机械加工表面质量的目的研究机械加工表面质量的目的 机械产品的失效形式机械产品的失效形式 因设计不周而导致强度不够因设计不周而导致强度不够 磨损、腐蚀和疲劳破坏磨损、腐蚀和疲劳破坏 少数少数 多数多数 第三章第三章 机械加工表面质量机械加工表面质量 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课

3、gq 3 表面的几何形状特征表面的几何形状特征 表面层物理力学性能表面层物理力学性能 表面粗糙度表面粗糙度 表面波度表面波度 纹理方向纹理方向 伤痕伤痕 表面层加工硬化表面层加工硬化( (冷作硬化冷作硬化) ) 表面层金相组织变化表面层金相组织变化 表面层产生残余应力表面层产生残余应力 3.1 3.1 机械加工表面质量的概念机械加工表面质量的概念 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 4 3.2.1 3.2.1 零件表面的几何形状特征零件表面的几何形状特征 波距：峰与峰或谷与谷间的距离，波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以以L L表示；表示； 波高：

4、峰与谷间的高度，以波高：峰与谷间的高度，以H H 表示。表示。 波距与波高波距与波高 3.1 3.1 机械加工表面质量的概念机械加工表面质量的概念 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 5 加工表面的形状误差、表面波度与粗糙度加工表面的形状误差、表面波度与粗糙度 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 6 宏观几何形状误差（表面形状误差）：宏观几何形状误差（表面形状误差）： L/H1000L/H1000或或L10mmL10mm时时, , 由影响机械加工精度的各种因素由影响机械加工精度的各种因素 所应起；所

5、应起； 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 7 表面波度：表面波度： 5050L/H L/H 10001000或或1 1 L L 1010mm时时，是介于宏观几何是介于宏观几何 形状误差与微观几何形状误差之间的形状误差与微观几何形状误差之间的 一种周期性几何形状误差。一种周期性几何形状误差。 主要是由机械加工过程中工艺系统低频振动所引起。主要是由机械加工过程中工艺系统低频振动所引起。 表征方法：波幅和波长表征方法：波幅和波长 波纹的轮廓形状，如圆弧形、尖峰形、锯齿形等。波纹的轮廓形状，如圆弧形、尖峰形、锯齿形等。 第第 三三 章章 机机 械械 加

6、加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 8 表面粗糙度（微观几何形状误差）表面粗糙度（微观几何形状误差） ： L/H L/H 5050或或L L 1mm1mm时，是指加工表面上具有的较小距时，是指加工表面上具有的较小距 离的峰谷所组成的微观几何形状特征。一般由加工中切削刀离的峰谷所组成的微观几何形状特征。一般由加工中切削刀 具的运动轨迹、切削刃的形状、切削用量、金属表层的塑性具的运动轨迹、切削刃的形状、切削用量、金属表层的塑性 变形及工艺系统的高频振动等多种因所形成。变形及工艺系统的高频振动等多种因所形成。 大小由表面轮廓算术平均偏差大小由表面轮廓算术平均偏差R Ra a、微观不平

7、度十点高度、微观不平度十点高度 R Rz z和轮廓最大高度和轮廓最大高度R Ry y等参数来评定，其中优选等参数来评定，其中优选R Ra a 。 3.1 3.1 机械加工表面质量的概念机械加工表面质量的概念 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 9 3.1.2 3.1.2 表面层物理、力学性能表面层物理、力学性能 (1) (1) 表面金属层的冷作硬化表面金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，指工件在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形， 使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这使晶格扭曲、畸变，晶粒间产

8、生剪切滑移，晶粒被拉长，这 些都会使表面层金属的强度和硬度有所增加，塑性减小的现些都会使表面层金属的强度和硬度有所增加，塑性减小的现 象。象。 3.1 3.1 机械加工表面质量的概念机械加工表面质量的概念 冷硬层深度冷硬层深度 h h 硬化程度硬化程度 N N 表示方法表示方法 冷硬厚度一般为冷硬厚度一般为0.050.20mm0.050.20mm。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 10 硬化程度：硬化程度：%100 0 H H N HH: : 加工后表面层的显微硬度加工后表面层的显微硬度 HH0 0: :材料原有的显微硬度材料原有的显微硬度

9、机械加工过程中，由于切削热的作用在工件的加工机械加工过程中，由于切削热的作用在工件的加工 区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金 相组织变化的临界点时，引起表层金属金相组织发生变相组织变化的临界点时，引起表层金属金相组织发生变 化（如烧伤化（如烧伤）的现象，将严重影响零件的使用性能。）的现象，将严重影响零件的使用性能。 如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面层的物理如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面层的物理 机械性能。机械性能。 (2)(2)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 3.1 3.1 机械加工表面质量的概念机械加工表面质量

10、的概念 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 11 (3)(3)表面层产生残余应力表面层产生残余应力 由于加工过程中，切削层金属在力与热的作用下，由于加工过程中，切削层金属在力与热的作用下， 工件表面层材料中产生的内应力称为表面产生残余应力。工件表面层材料中产生的内应力称为表面产生残余应力。 3.1 3.1 机械加工表面质量的概念机械加工表面质量的概念 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 12 加工表面层沿深度方向的变化加工表面层沿深度方向的变化 压缩层（塑性变形区）压缩层（塑性变形区） 几十至几百微

11、米几十至几百微米 吸附层：吸附层：8nm8nm 加工变质层加工变质层 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 13 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 3.2.13.2.1表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响 第一阶段第一阶段 初期磨损阶段初期磨损阶段 第二阶段第二阶段 正常磨损阶段正常磨损阶段 第三阶段第三阶段 急剧磨损阶段急剧磨损阶段 零件的磨损可零件的磨损可 分为三个阶段分为三个阶段 （有润滑的条件）（有润滑的条件） 磨损过程磨损过程 表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度对耐磨性的影响

12、 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 14 不是表面粗糙度值不是表面粗糙度值 越小越耐磨，在一定工越小越耐磨，在一定工 作条件下，摩擦副表面作条件下，摩擦副表面 总是存在一个最佳表面总是存在一个最佳表面 粗糙度值，表面粗糙度粗糙度值，表面粗糙度 RaRa值约为值约为0.040.04 0.08m0.08m较好。较好。 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 15 表面纹理方向对耐磨性的影响表面纹理方向对耐磨性的影响 3.2

13、加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 16 表面纹理方向对耐磨性的影响表面纹理方向对耐磨性的影响 表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积和润滑液表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积和润滑液 的存留情况。的存留情况。 轻载时，两表面的纹理方向与相对运动方向一致时，轻载时，两表面的纹理方向与相对运动方向一致时， 磨损最小；当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时，磨磨损最小；当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时，磨 损最大。损最大。 重载情况下，由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等

14、重载情况下，由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等 因素的变化，其规律与上述有所不同。因素的变化，其规律与上述有所不同。 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 17 表面层的加工硬化对耐磨性的影响表面层的加工硬化对耐磨性的影响 由于加工硬化提高了表面层的强度，减少了表面进一由于加工硬化提高了表面层的强度，减少了表面进一 步塑性变形和咬焊的可能。一般能提高耐磨性步塑性变形和咬焊的可能。一般能提高耐磨性0.5 0.5 1 1倍。倍。 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现

15、疲劳裂纹和过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现疲劳裂纹和 产生剥落现象，从而使耐磨性下降。产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 车削、刨削时残留面积的高度车削、刨削时残留面积的高度 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 18 冷作硬化对耐磨性的影响冷作硬化对耐磨性的影响 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 19 3.2.23.2.2表面质量

16、对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，零件表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷在交变载荷作用下，零件表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷 容易形成应力集中，并发展成疲劳裂纹，导致零件疲劳破坏。容易形成应力集中，并发展成疲劳裂纹，导致零件疲劳破坏。 因此，对于重要零件表面如连杆、曲轴等，应进行光整加工，因此，对于重要零件表面如连杆、曲轴等，应进行光整加工， 减小表面粗糙度值，提高其疲劳强度。减小表面粗糙度值，提高其疲劳强度。 表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工

17、表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 20 3.2.23.2.2表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响 残余拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；残余拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展； 残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲 劳强度提高。劳强度提高。 表面残余应力对疲劳强度的影响表面残余应力对疲劳强度的影响 影响极影响极 大大 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 21 适当的加工硬化能阻碍已

18、有裂纹的继续扩大和新裂纹的适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的 产生，有助于提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产产生，有助于提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产 生裂纹，故加工硬化程度应控制在一定范围内。生裂纹，故加工硬化程度应控制在一定范围内。 表面层的加工硬化对疲劳强度影响表面层的加工硬化对疲劳强度影响 表面纹理方向对疲劳强度的影响表面纹理方向对疲劳强度的影响 加工纹理方向对疲劳强度影响更大，在纹理方向和相对运加工纹理方向对疲劳强度影响更大，在纹理方向和相对运 动方向垂直时，疲劳强度将明显降低。动方向垂直时，疲劳强度将明显降低。 3.2 加工表面质量对机器零件使用性

19、能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 22 表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质；波谷越深，表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质；波谷越深， 渗透与腐蚀作用越强烈。渗透与腐蚀作用越强烈。 零件的耐腐蚀性零件的耐腐蚀性 在很大程度上取在很大程度上取 决于表面粗糙度决于表面粗糙度 表面腐蚀过程示意图表面腐蚀过程示意图 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 3.2.3 3.2.3 表面质量对零件耐腐蚀性的影响表面质量对零件耐腐蚀

20、性的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 23 残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可 增强零件的耐腐蚀性；拉应力则降低耐腐蚀性。增强零件的耐腐蚀性；拉应力则降低耐腐蚀性。 对某些敏感金属或合金，在静拉应力和特定环境共同作对某些敏感金属或合金，在静拉应力和特定环境共同作 用下，会导致脆性断裂，从而加速腐蚀作用，为应力腐蚀。用下，会导致脆性断裂，从而加速腐蚀作用，为应力腐蚀。 表面残余应力对零件耐腐蚀性影响表面残余应力对零件耐腐蚀性影响 表面产生冷作硬化或金相组织变化时也常常会表面产生冷

21、作硬化或金相组织变化时也常常会 降低抗腐蚀能力。降低抗腐蚀能力。 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 24 3.2.4 3.2.4表面质量对配合性质的影响表面质量对配合性质的影响 表面残余应力会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生表面残余应力会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生 变化，因此对配合性质有一定的影响。变化，因此对配合性质有一定的影响。 表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 对间隙配合而言，表面粗糙度值太大，初期磨损量大，会对间隙配合而言，表面粗糙度值太大，初期

22、磨损量大，会 使配合表面很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配使配合表面很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配 合精度；对过盈配合而言，装配时配合表面的波峰被挤平，减合精度；对过盈配合而言，装配时配合表面的波峰被挤平，减 小实际过盈量，降低了连接强度，影响了配合的可靠性。小实际过盈量，降低了连接强度，影响了配合的可靠性。 表面残余应力的影响表面残余应力的影响 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 25 3.2.5 3.2.5 其他影响其他影响 表面质量对零

23、件的使用性能还有其他影响，如：表面质量对零件的使用性能还有其他影响，如： u 对没有密封件的液压油缸、滑阀，降低粗糙度可以减少泄对没有密封件的液压油缸、滑阀，降低粗糙度可以减少泄 漏，提高密封性能；漏，提高密封性能； u 较低的表面粗糙度可使零件具有较高的接触刚度；较低的表面粗糙度可使零件具有较高的接触刚度； u 对于滑动零件，降低表面粗糙度能使摩擦系数降低、运动对于滑动零件，降低表面粗糙度能使摩擦系数降低、运动 灵活性增高，并减少发热和功率损失；灵活性增高，并减少发热和功率损失； u 表面残余应力会使零件在使用过程中继续变形，失去原来表面残余应力会使零件在使用过程中继续变形，失去原来 的精度

24、，降低机器的工作质量等。的精度，降低机器的工作质量等。 3.2 加工表面质量对机器零件使用性能的影响加工表面质量对机器零件使用性能的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 26 刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径 主偏角主偏角 副偏角副偏角 进给量进给量 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.1 影响零件表面粗糙度的因素影响零件表面粗糙度的因素 几何因素几何因素 3.3.1.1 切削加工对表面粗糙度的影响因素切削加工对表面粗糙度的影响因素 切削残留面积切削残留面积 物理因素物理因素 塑性变形

25、塑性变形 摩擦摩擦 积屑瘤积屑瘤 鳞刺鳞刺 高频振动等高频振动等 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 27 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.1 影响零件表面粗糙度的因素影响零件表面粗糙度的因素 （1）刀刃几何形状及切削运动的影响）刀刃几何形状及切削运动的影响 3.3.1.1 切削加工对表面粗糙度的影响因素切削加工对表面粗糙度的影响因素 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 28 f-f-工件每转的进给量工件每转的进给量 Kr-Kr-

26、车刀的主偏角车刀的主偏角 Kr-Kr-车刀的副偏角车刀的副偏角 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 29 l 不变时，减小刀具的主偏角不变时，减小刀具的主偏角KrKr、副偏角、副偏角KrKr，就可以减小，就可以减小 表面残留面积的高度值表面残留面积的高度值HH； l进给量进给量 的影响是比较明显地，切削速度越高时，进给量的影响是比较明显地，切削速度越高时，进给量 越小，表面粗糙度值越小。越小，表面粗糙度值越小。 rr ctgkctgk f H . 8 ) 4 (2: , 22 sin, 4 sin 2 sin 2 1 , 4 sin2) 2 co

27、s1 ( 2 2 2 r f r f rH r f rrH 故得 且代替可用很小中心角 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 30 l刀具：刀具： 几何形状：增大刀具前角几何形状：增大刀具前角 可以减小刀具前刀面挤压切削可以减小刀具前刀面挤压切削 层金属的塑性变形；增大刃倾角层金属的塑性变形；增大刃倾角s s 可以使刀具实际的前角可以使刀具实际的前角 加大，因而，也可以降低表面粗糙度。加大，因而，也可以降低表面粗糙度。 刀具材料与刃磨质量：对产生刀瘤、鳞刺

28、等现象影响很大，刀具材料与刃磨质量：对产生刀瘤、鳞刺等现象影响很大， 如用金刚石车刀精车铝合金时，由于摩擦系数较小，刀面如用金刚石车刀精车铝合金时，由于摩擦系数较小，刀面 上就不会产生切屑的粘附、冷焊现象，因此可降低表面粗上就不会产生切屑的粘附、冷焊现象，因此可降低表面粗 糙度。糙度。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 31 l冷却润滑液具有降温减摩作用，合理选择冷却润滑液，提冷却润滑液具有降温减摩作用，合理选择冷却润滑液，提 高冷却润滑效果，常能抑制

29、刀瘤、鳞刺的生成，减小切削高冷却润滑效果，常能抑制刀瘤、鳞刺的生成，减小切削 时的塑性变形，有利于降低表面粗糙度；时的塑性变形，有利于降低表面粗糙度； l工艺系统振动对表面粗糙度也有一定的影响。减弱或消除工艺系统振动对表面粗糙度也有一定的影响。减弱或消除 工艺系统振动可有效降低表面粗糙度。工艺系统振动可有效降低表面粗糙度。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 32 （2 2）工件材料的影响）工件材料的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改

30、善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 一般来说，韧性较大的塑性材料，加工后粗糙度愈大，一般来说，韧性较大的塑性材料，加工后粗糙度愈大， 而脆性材料的加工粗糙度较接近理论粗糙度，当切削速度而脆性材料的加工粗糙度较接近理论粗糙度，当切削速度 较小时，切削脆性材料，切屑呈碎粒状，加工表面往往会出较小时，切削脆性材料，切屑呈碎粒状，加工表面往往会出 现微粒崩碎痕迹，留下许多麻点，增大了表面粗糙度；现微粒崩碎痕迹，留下许多麻点，增大了表面粗糙度； 对于同样的材料，晶粒组织愈粗大，加工后的粗糙度对于同样的材料，晶粒组织愈粗大，加工后的粗糙度 也愈大。因此，为减小加工后的表面粗糙度，常在切削加工也愈

31、大。因此，为减小加工后的表面粗糙度，常在切削加工 前进行调质或正常化处理，以得到均匀细密的晶粒组织和较前进行调质或正常化处理，以得到均匀细密的晶粒组织和较 高的硬度。高的硬度。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 33 积屑瘤对工件表面质量的影响积屑瘤对工件表面质量的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 在切削过程中出现刀瘤与鳞刺，会使表面粗糙度严重地在切削过程中出现刀瘤与鳞刺，会使表面粗糙度严重地 恶化。在塑性材料加工中，常是影响表面粗糙度的主要因恶化。在塑性材料加工中，常是影响表面

32、粗糙度的主要因 素。精加工时应避免或减小积屑瘤素。精加工时应避免或减小积屑瘤 （3 3）积屑瘤和鳞刺的影响）积屑瘤和鳞刺的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 34 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 切屑类型 a)a)带状切屑带状切屑 b)b)挤裂切屑挤裂切屑 c)c)单元切屑单元切屑 d)d)崩碎切屑崩碎切屑 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 35 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其

33、改善措施 积屑瘤现象 在切削速度不高而又能形在切削速度不高而又能形 成连续切屑的情况下，加工成连续切屑的情况下，加工 一般钢料或其它塑性材料时，一般钢料或其它塑性材料时， 常常在前刀面处粘着一块剖常常在前刀面处粘着一块剖 面有时呈三角状的硬块。它面有时呈三角状的硬块。它 的硬度很高，通常是工件材的硬度很高，通常是工件材 料的料的2-32-3倍，在处于比较稳倍，在处于比较稳 定的状态时，能够代替切削定的状态时，能够代替切削 刃进行切削。这块冷焊在前刃进行切削。这块冷焊在前 刀面上的金属称为积屑瘤或刀面上的金属称为积屑瘤或 刀瘤。刀瘤。 积屑瘤现象 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表

34、面面 质质 量量 上上 课课 gq 36 切削速度切削速度 对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响 切削塑性材料时，切削速度很低或很高，不易产生积屑切削塑性材料时，切削速度很低或很高，不易产生积屑 瘤；切削速度愈高，切削中的切屑、加工表面的塑性变形程瘤；切削速度愈高，切削中的切屑、加工表面的塑性变形程 度度 也就愈小。因此，表面粗糙度值就减小。也就愈小。因此，表面粗糙度值就减小。 切削脆性材料时，由于塑性变形很小，主要形成崩碎切切削脆性材料时，由于塑性变形很小，主要形成崩碎切 屑，切削速度的变化，对脆性材料的表面粗糙度影响较小。屑，切削速度的变化，对脆性材料的表面粗糙度影响较小。 （4 4）切削

35、用量的影响）切削用量的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 37 当当 =0.161.3m/s =0.161.3m/s时，时， 容易产生积屑瘤，表面较容易产生积屑瘤，表面较 为粗糙。切削脆性材料时，为粗糙。切削脆性材料时， 不产生积屑瘤，故切削速不产生积屑瘤，故切削速 度对表面粗糙度值影响很度对表面粗糙度值影响很 小，但增大小，但增大时，切屑与已时，切屑与已 加工表面分离处的崩碎范围加工表面分离处的崩碎范围 会减小，因而表面粗糙度值会减小，因而表面粗

36、糙度值 也会相应减小。也会相应减小。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 38 进给量进给量 对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响 （4 4）切削用量的影响）切削用量的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 . 8 ) 4 (2: , 22 sin, 4 sin 2 sin 2 1 , 4 sin2) 2 cos1 ( 2 2 2 r f r f rH r f rrH 故得 且代替可用很小中心角

37、 背吃刀量背吃刀量 p对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响 背吃刀量对表面粗糙度影响不明显，一般可以忽略背吃刀量对表面粗糙度影响不明显，一般可以忽略 不计，但在精密加工中，过小的背吃刀量将使切削刃圆不计，但在精密加工中，过小的背吃刀量将使切削刃圆 弧对加工表面产生强烈的挤压和摩擦，引起附加的塑性弧对加工表面产生强烈的挤压和摩擦，引起附加的塑性 变形，增大了表面粗糙度值。变形，增大了表面粗糙度值。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 39 （5 5）其他因素的影响）其他因素的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质

38、量的工艺因素及其改善措施 冷却润滑液具有降温减摩作用，有利于降低表面粗糙度；冷却润滑液具有降温减摩作用，有利于降低表面粗糙度； 工艺系统振动对表面粗糙度也有一定的影响。减弱或消除工艺系统振动对表面粗糙度也有一定的影响。减弱或消除 工艺系统振动可有效降低表面粗糙度。工艺系统振动可有效降低表面粗糙度。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 40 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.1 影响零件表面粗糙度的因素影响零件表面粗糙度的因素 （1）砂轮的粒度）砂轮的粒度 3.3.1.2 磨削加工

39、对表面粗糙度的影响因素磨削加工对表面粗糙度的影响因素 砂轮的粒度砂轮的粒度 磨粒的大小磨粒的大小 磨粒间的距离磨粒间的距离 砂轮的粒度号越大，砂轮的粒度号越大， 磨粒和磨粒间离越小磨粒和磨粒间离越小 砂轮的粒度号砂轮的粒度号 ，参与磨削的磨粒，参与磨削的磨粒 ，粗糙度，粗糙度 ； 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 41 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 42 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及

40、其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.1 影响零件表面粗糙度的因素影响零件表面粗糙度的因素 （2）砂轮的硬度）砂轮的硬度 3.3.1.2 磨削加工对表面粗糙度的影响因素磨削加工对表面粗糙度的影响因素 砂轮太硬，磨粒磨损后不易脱落，使工件表面受到强烈的摩砂轮太硬，磨粒磨损后不易脱落，使工件表面受到强烈的摩 擦和挤压，增加了塑性变形，表面粗糙度值增大，同时还容易擦和挤压，增加了塑性变形，表面粗糙度值增大，同时还容易 引起烧伤；引起烧伤； 砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会增大砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会增大 表面粗糙度值。表面粗糙度值。 砂轮的硬度是指磨粒受磨

41、削力后从砂轮上脱落的难易程度。砂轮的硬度是指磨粒受磨削力后从砂轮上脱落的难易程度。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 43 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 （3）砂轮的修整）砂轮的修整 3.3.1.2 磨削加工对表面粗糙度的影响因素磨削加工对表面粗糙度的影响因素 砂轮修整质量越高，磨削表面质量越好。砂轮修整质量越高，磨削表面质量越好。 修整砂轮时，纵向进给量对表面粗糙度的影响甚大；修整砂轮时，纵向进给量对表面粗糙度的影响甚大； 纵向进给量纵向进给量 ，砂轮表面的等高性越好，砂轮表面的

42、等高性越好 ，粗糙度，粗糙度 ； 砂轮工作表面修整后的砂粒微刃砂轮工作表面修整后的砂粒微刃 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 44 （4 4）磨削用量对表面粗糙度的影响）磨削用量对表面粗糙度的影响 砂轮的速度砂轮的速度 ，单位时间内的磨削量，单位时间内的磨削量 ，粗糙度，粗糙度 ； 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.1.2 磨削加工对表面粗糙度的影响因素磨削加工对表面粗糙度的影响因素 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 45 工件

43、的速度工件的速度 ，单位时间内的磨削量，单位时间内的磨削量 ，粗糙度，粗糙度 ； 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 46 砂轮相对于工件的进给量砂轮相对于工件的进给量f f 表面粗糙度表面粗糙度Ra Ra 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 47 磨削深度磨削深度a ap p 表面粗糙度表面粗糙度Ra Ra 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 48 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 磨削用量

44、对表面粗糙度的影响磨削用量对表面粗糙度的影响 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 49 铝、铜合金等软材料易堵塞砂轮，铝、铜合金等软材料易堵塞砂轮， 比较难磨。塑性大、导热性差的耐热合金易使比较难磨。塑性大、导热性差的耐热合金易使 砂粒早期崩落，导致磨削表面粗糙度值增大。砂粒早期崩落，导致磨削表面粗糙度值增大。 包括材料的硬度、塑性、导热性等。包括材料的硬度、塑性、导热性等。 对表面粗糙度对表面粗糙度 有显著影响有显著影响 （5 5）工件材料的影响）工件材料的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及

45、其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 50 砂轮磨削时温度高，热的作用占主导地位。采用切削液可砂轮磨削时温度高，热的作用占主导地位。采用切削液可 以降低磨削区温度，减少烧伤，冲去脱落的砂粒和切屑，以免以降低磨削区温度，减少烧伤，冲去脱落的砂粒和切屑，以免 划伤工件，从而降低表面粗糙度度值。但必须选择适当的冷却划伤工件，从而降低表面粗糙度度值。但必须选择适当的冷却 方法和切削液。方法和切削液。 （6 6）切削液的影响）切削液的影响 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.1.2

46、 磨削加工对表面粗糙度的影响因素磨削加工对表面粗糙度的影响因素 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 51 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.2 影响零件表面层物理力学性能的因素影响零件表面层物理力学性能的因素 3.3.2.1 影响表面冷硬程度和冷硬深度的因素影响表面冷硬程度和冷硬深度的因素 （1）刀具）刀具 刀具刃口圆角的增大及后刀面的磨损增加，都会增加切刀具刃口圆角的增大及后刀面的磨损增加，都会增加切 削层金属的塑性变形，因而会增大表面冷硬程度和冷硬深削层金属的塑性变形，因而会

47、增大表面冷硬程度和冷硬深 度。度。 （2 2）切削用量）切削用量 切削用量中以切削速度和进给量影响最大。当增大切削切削用量中以切削速度和进给量影响最大。当增大切削 速度时，刀具与工件的接触时间短，加工表面层金属来不及速度时，刀具与工件的接触时间短，加工表面层金属来不及 充分的塑性变形，所以变形程度减小。同时增大切削速度，充分的塑性变形，所以变形程度减小。同时增大切削速度， 工件的温度升高，这有助于冷硬的恢复。冷硬程度和冷硬深工件的温度升高，这有助于冷硬的恢复。冷硬程度和冷硬深 度都有所减小。度都有所减小。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 52

48、 进给量增加时，切削力增大，塑性变形也增大，冷硬现象加进给量增加时，切削力增大，塑性变形也增大，冷硬现象加 重。当进给量小到一定数值时（如车削重。当进给量小到一定数值时（如车削=0.030.06mm/r=0.030.06mm/r） 进给量愈小冷硬现象反而愈严重。进给量愈小冷硬现象反而愈严重。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 53 （3 3）工件材料）工件材料 被加工材料的塑性愈好，硬度愈低，则加被加工材料的塑性愈好，硬度愈低，则加 工后的冷硬现象越严

49、重。工后的冷硬现象越严重。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 54 磨削比切削产生的热量大得多，因此。磨削是影响表面磨削比切削产生的热量大得多，因此。磨削是影响表面 层金相组织变化的主要因素。层金相组织变化的主要因素。 （1 1）磨削用量）磨削用量 由实验可知，磨削深度增加时，无论是工件表面的温度由实验可知，磨削深度增加时，无论是工件表面的温度 还是表面层不同深度的温度，都会随之升高，使烧伤加剧。还是表面层不同深度的温度，都会随之升高，使烧伤加剧。 在

50、纵向磨削时在纵向磨削时 ，纵向进给量增加，工件表面层和表面层，纵向进给量增加，工件表面层和表面层 下不同深度的温度将降低，使烧伤减轻。为弥补因纵向进给下不同深度的温度将降低，使烧伤减轻。为弥补因纵向进给 量增加使工件表面粗糙度增加的缺陷，可采用较宽的砂轮磨量增加使工件表面粗糙度增加的缺陷，可采用较宽的砂轮磨 削。削。 3.3.2.2 影响表面层金相组织变化的因素影响表面层金相组织变化的因素 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 55 当工件速度增加时，磨削

51、区的温度会上升，但随工件速度当工件速度增加时，磨削区的温度会上升，但随工件速度 的提高，相当于磨削热源在工件表面上移动速度加快，从而减的提高，相当于磨削热源在工件表面上移动速度加快，从而减 少了热源的作用时间，使磨削表面的温度下降。因此，它的影少了热源的作用时间，使磨削表面的温度下降。因此，它的影 响比磨削深度的影响要小得多。提高工件速度又会导致工件表响比磨削深度的影响要小得多。提高工件速度又会导致工件表 面粗糙度增加。为弥补这一缺陷，一般可提高砂轮速度。面粗糙度增加。为弥补这一缺陷，一般可提高砂轮速度。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善

52、措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 56 （2 2）冷却方法）冷却方法 有效的冷却方法是降低磨削区温度减少磨削烧有效的冷却方法是降低磨削区温度减少磨削烧 伤的最佳措施。目前通用的冷却方法，实际上冷却伤的最佳措施。目前通用的冷却方法，实际上冷却 液不易进入磨削区，而是大量注入已加工表面，不液不易进入磨削区，而是大量注入已加工表面，不 易避免磨削区的烧伤。目前已从砂轮结构上采取措易避免磨削区的烧伤。目前已从砂轮结构上采取措 施，使冷却液直接进入磨削区，以充分发挥冷却作施，使冷却液直接进入磨削区，以充分发挥冷却作 用。用。 3.3 3.3 影响加

53、工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 57 （1 1）冷塑性变形的影响）冷塑性变形的影响 在切削力的作用下，表面层金属产生塑性变形，比容在切削力的作用下，表面层金属产生塑性变形，比容 增大，体积膨胀，受到四周金属基体的阻碍，因而产生压增大，体积膨胀，受到四周金属基体的阻碍，因而产生压 应力，而里层则产生拉应力。应力，而里层则产生拉应力。 3.3.2.2 影响表面残余应力的因素影响表面残余应力的因素 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素

54、及其改善措施 （2 2）热塑性变形的影响）热塑性变形的影响 加工中，切削区的温度很高，使工件表面层受热膨胀，由加工中，切削区的温度很高，使工件表面层受热膨胀，由 于受到温度较低的金属基体的阻碍，结果产生热压缩应力。当表于受到温度较低的金属基体的阻碍，结果产生热压缩应力。当表 面层的温度超过相变温度时，就会产生热塑性压缩变形。切削结面层的温度超过相变温度时，就会产生热塑性压缩变形。切削结 束后，温度逐渐下降到与金属基体一致时，因为表面层已产生的束后，温度逐渐下降到与金属基体一致时，因为表面层已产生的 热塑性变形受到基体的限制，从而在表面层产生拉应力。热塑性变形受到基体的限制，从而在表面层产生拉应

55、力。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 58 （3 3）金相组织的影响）金相组织的影响 机械加工时，工件受热和受冷的过程中，表面层机械加工时，工件受热和受冷的过程中，表面层 金相组织发生变化，由于各种不同的金相组织的比重金相组织发生变化，由于各种不同的金相组织的比重 和比容不同（马氏体组织比重最小为和比容不同（马氏体组织比重最小为7.55,7.55,比容最大；比容最大； 奥氏体比比重最大为奥氏体比比重最大为7.867.86，比容最小），所以表面层，比容最小），所以表面层 金相组织的变化，会引起体积的变化。金相组织的变化，会引起体积的变化。 3.

56、3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 59 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 3.3.3 提高机械加工表面质量的方法提高机械加工表面质量的方法 3.3.2.1 精密加工精密加工 精密车削精密车削 高速精镗高速精镗 宽刀精刨宽刀精刨 高精度磨削高精度磨削 3.3.2.2 光整加工光整加工 超精研、研磨、珩磨、抛光超精研、研磨、珩磨、抛光 加工的共同特点是：加工的共同特点是： 1 1、不选择切削用量，只限

57、定压强和加工时间、不选择切削用量，只限定压强和加工时间 2 2、无需精密机床、无需精密机床 3 3、降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显、降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显 4 4、加工余量小、加工余量小 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 60 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 u超精研超精研 （1 1）工作原理：采用细粒度的磨条在一定压力和切削速度下）工作原理：采用细粒度的磨条在一定压力和切削速度下 往复运动，对表面进行光整加工。往复运动，对表面进行光整加工。 加工运动：加工运

58、动：A A、工件低速回转运动；、工件低速回转运动；B B、磨条轴向进给运动：、磨条轴向进给运动： C C、磨条高速往复振动。、磨条高速往复振动。 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 61 （2 2）切削过程：可分为四个阶段）切削过程：可分为四个阶段 a a 强烈切削阶段：少数波峰上压强很大，切削作用剧烈。强烈切削阶段：少数波峰上压强很大，切削作用剧烈。 b b 正常切削阶段：接触面积增大，接触压强减小，切削正常切削阶段：接触面积增大，接触压强减小，切削 作用减弱。作用减弱。 c c 微弱切削阶段：接触面积进一步增大，接触压强进一微弱切削阶段：接触

59、面积进一步增大，接触压强进一 步减小，磨条起抛光作用。步减小，磨条起抛光作用。 d d 停止切削阶段：工件被研平，接触压强很小，磨条与停止切削阶段：工件被研平，接触压强很小，磨条与 工件之间形成油膜，切削停止。工件之间形成油膜，切削停止。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 62 u研磨研磨 研磨可以达到很高的精度和表面质量。研磨可以达到很高的精度和表面质量。 基本原理：通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研磨基本原理：通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研

60、磨 的的 流动产生机械摩擦和化学作用去除微小加工余量。流动产生机械摩擦和化学作用去除微小加工余量。 3.3 3.3 影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施影响加工表面质量的工艺因素及其改善措施 第第 三三 章章 机机 械械 加加 工工 表表 面面 质质 量量 上上 课课 gq 63 （1 1）研磨特点：）研磨特点： 研具较软，以铸铁、塑料、硬木制成。研具较软，以铸铁、塑料、硬木制成。 磨料中混有化学物质，机械与化学作用同时进行，磨粒运磨料中混有化学物质，机械与化学作用同时进行，磨粒运 动轨迹复杂，保证均匀性。动轨迹复杂，保证均匀性。 加工表面质量高。加工表面质量高。 （2 2）研具：磨具应软硬