第六章机械加工表面质量

1、1 2 3 尺寸精度 形状精度 位置精度 表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 加工精度 表面质量 表面几何形状精度 表面缺陷层 表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力 图6-1-0 加工质量包含的内容 4 5 6 Ra（m） 初始磨损量 重载荷 轻载荷 图6-1 表面粗糙度 与初始磨损量 1、耐磨性 1）表面粗糙度对初期磨损量的影响 在一定条件下，摩擦副表面会有一个最佳粗糙度，表面粗糙度 过大或过小都会使起始磨损量增大。 7 表面冷作硬化提高了表面层的硬度，有利于提高耐磨性 。但过度的冷作硬化会使表面产生疲劳裂纹和剥落，反 而降低耐磨性。 轻载条件下，摩擦副两个表面纹

2、路方向与相对运动方向一致时 磨损量最小。重载条件下，由于压强、分子亲和力和储存润滑 油等因素的变化，摩擦副两个表面的纹路方向相垂直，且运动 方向与下表面纹路方向平行时最小。 8 在交变载荷作用下，零件的应力集中区容易产生疲劳裂纹， 导致疲劳损坏。 （1）表面粗糙度过大会大大降低零件的耐疲劳强度； （2）表面层残余应力对疲劳强度的影响极大。表面拉应力会 导致耐疲劳强度的显著下降，产生疲劳裂纹，表面压应力可提 高零件的耐疲劳强度。 （3）适度的冷作硬化使表面层金属得到强化，可以减小由交变 载荷引起的交变变形的幅值，阻碍疲劳裂纹的扩展，提高零件的 耐疲劳强度。 9 （1）在粗糙表面的凹谷处容易积聚腐

3、蚀性介质而发生化学腐蚀； 在粗糙表面的凸峰容易产生电化学作用而引起电化学腐蚀。 （2）零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，加速腐蚀作用。 对于间隙配合表面，如果表面粗糙度过大，起始磨损就比较严重， 会导致配合间隙增大，配合精度降低。对于过盈配合表面，装配时 表面粗糙度较大部分的凸峰会被挤平，使实际的配合过盈减少，降 低配合表面的结合强度。 10 11 图6-5 车削时残留面积的高度 rr f H ctgctg 2 8 f H r , rr rkkf 刀尖圆弧半径主偏角副偏角进给量 f r Rmax vf r b） Rmax f a） vf r r 12 图6-6-0 切削45钢时切削速度与

4、粗糙度关系 100120 v （m/min） 020406080140 表面粗糙度Rz（m） 4 8 12 16 20 24 28 收缩系数Ks 1.5 2.0 2.5 3.0 积屑瘤高度 h（m） 0 200 400 600 h Ks Rz 13 14 15 16 17 18 19 0 HH N H 20 21 22 23 24 25 图6-16 带空气挡板冷却喷嘴 26 27 加工过程中影响表面质量的因素很多，为了获得所要求的加工加工过程中影响表面质量的因素很多，为了获得所要求的加工 表面质量，必须对加工方法和加工参数进行控制。表面质量，必须对加工方法和加工参数进行控制。 6.4.1 控制

5、磨削参数控制磨削参数 生产中比较可行的方法是通过实验来确定磨削用量。分析生产中比较可行的方法是通过实验来确定磨削用量。分析 磨削用量、磨削热、磨削力与表面质量之间的相互关系，并磨削用量、磨削热、磨削力与表面质量之间的相互关系，并 用图表法表示各种参数的最优组合。采用智能磨削专家系统用图表法表示各种参数的最优组合。采用智能磨削专家系统 进行磨削参数的优化组合。进行磨削参数的优化组合。 28 6.4.2 采用超精加工、珩磨等光整加工方法作采用超精加工、珩磨等光整加工方法作 为最终加工工序为最终加工工序 超精加工和珩磨是以一定的压力将磨条压在工件加工表面，超精加工和珩磨是以一定的压力将磨条压在工件加

6、工表面， 并作相对运动以降低工件表面粗糙度和提高工件加工精度的并作相对运动以降低工件表面粗糙度和提高工件加工精度的 工艺方法，一般用于表面粗糙度小于工艺方法，一般用于表面粗糙度小于0.1 um的表面加工。由的表面加工。由 于切削速度低、磨削压强小，所以加工时产生的热量很少，于切削速度低、磨削压强小，所以加工时产生的热量很少， 不会产生热损伤，并在加工表面形成残余压应力。不会产生热损伤，并在加工表面形成残余压应力。 29 6.4.3 采用喷丸、滚压等表面强化工艺采用喷丸、滚压等表面强化工艺 对于承受高应力、交变载荷的零件，可以采用喷丸、滚压对于承受高应力、交变载荷的零件，可以采用喷丸、滚压 等表

7、面强化工艺使表面层产生残余压应力和冷作硬化，并降等表面强化工艺使表面层产生残余压应力和冷作硬化，并降 低表面粗糙度，消除磨削等工序产生的残余拉应力，从而大低表面粗糙度，消除磨削等工序产生的残余拉应力，从而大 大提高耐疲劳强度和抵抗应力腐蚀性能。但采用表面强化工大提高耐疲劳强度和抵抗应力腐蚀性能。但采用表面强化工 艺应注意不要造成过度硬化，过度硬化会使表面层出现显微艺应注意不要造成过度硬化，过度硬化会使表面层出现显微 裂纹和剥落。裂纹和剥落。 30 图6-19-0 滚压加工原理图 图6-18-0 珠丸挤压引起残余应力 压缩 拉伸 塑性变形区域 31 32 v 影响加工表面粗糙度 v 影响生产效率

8、 加工过程中产生振动，会限制切削用量的 进一步提高，严重时使切削不能继续进行。 v 影响刀具耐用度。 加速刀具磨损，易引起崩刃 v 影响机床、夹具的使用寿命。 切削过程中产生的振动会导 致机床、夹具等零件连接部分松动，间隙增大，刚度和精度 降低。 v 产生噪声污染，危害操作者健康 自由振动 强迫振动 自激振动 33 v 工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系 统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。 v 由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对 加工影响不大。 34 可从机床、刀具、工件三方面进行分析。 机床某些零件的制造精度不高，使机床产生不均匀运动 引起振动。机床外的振源通

9、过地基把振动传给机床等。 刀具方面：多刃、多齿刀具（铣刀）切削时，由于刃口 高度的误差，容易产生振动；断续切削刀具，切削时也很 容易产生振动。 工件方面：表面上有断续表面或表面余量不均、硬度不 均时，都会在加工过程中产生振动。 强迫振动使指由外界周期性的干扰力支持的不衰减振动。 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起 35 v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数 v 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干 扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振 v 相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个 角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。 （1）消振与隔振 （2）消除回转零件的不平衡 （3）提高传动件的