三、5 表面质量控制

1、l零件的加工质量包括加工精度和表面质量l零件的表面质量包括表面粗糙度和表层材料的物理力学性能的变化l掌握加工硬化和表面残余应力的概念及其对零件使用性能的影响；l了解磨削表面烧伤、磨削表面裂纹的产生原因及控制措施。 机械加工表面质量的内涵机械加工表面质量的内涵相组织变化）变质层（力学性能及金材料性能方面表面粗糙度微观相互位置误差形状误差尺寸误差加工误差宏观几何方面加工质量机械加工机械加工表面质量表面质量/加工表面加工表面完整性完整性一、表面粗糙度的控制一、表面粗糙度的控制1、切削加工的表面粗糙度形成与控制表面粗糙度： 零件加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何特性。切削加工表面粗糙度的控制

2、：1）改进刀具几何形状2）改善材料切削工艺性能3）选择合适的切削用量4）抑制加工过程中的振动，包括自由振动、强迫振动和自激振动2、磨削加工的表面粗糙度形成与控制（1）磨削加工的表面粗糙度形成 三个原因：A、锋利磨粒形成磨屑； B、磨钝的磨粒形成刻痕； C、磨粒形成滑擦；主要影响因素：主要影响因素：砂轮的几何形状 磨料的粒度 磨削用量（2）磨削加工的表面粗糙度控制 1）合理选择砂轮 A、选择合适的磨料粒度：4060号 B、选择合适的砂轮硬度：通常采用中软砂轮 C、选择合适的砂轮材料： 氧化物（刚玉）砂轮：钢类零件 碳化物（碳化硅、碳化硼）砂轮：铸铁、硬质合金 高硬磨料沙轮：表面粗糙度小，成本高

3、D、及时修整砂轮2）改进工艺方法A、采用纵磨法B、如有必要，采用精密磨削（模块七）C、采用切削液冷却、润滑、清洗加工表面变质层 机械加工后，零件一定深度表面层的物理力学性质等方面的质量与基体相比发生的变化变质层构成厚度成因吸附层污染层、化合物层、物理化学吸附层、异物嵌入层（积屑瘤碎片、磨粒嵌入）8m外界因素结晶组织变化层（压缩层）非晶体层、微细结晶层、位错密度升高层、孪晶层、便面合金化层、纤维化层、相变层、再结晶层几十至几百微米切削力引起塑性变形应力变质层残余应力层加工硬化、残余应力二、表层材料物理力学性能的变化与控制二、表层材料物理力学性能的变化与控制加工硬化 概念 经切削加工过的表面，其硬

4、度往往比基体硬度高出12倍，硬化层深度可达几十微米至几百微米。这种不经热处理造成的表面硬化现象称为加工硬化 对零件使用性能的影响 硬度提高使耐磨性提高； 脆性增加使冲击耐性降低； 硬度提高增加刀具磨损，减少刀具寿命；残余应力 概念：切削加工后，表面层体积发生变化，使表层产生膨胀或收缩，但受基体阻碍，从而在表面存在残余应力 常温下金属产生塑性变形时比容增大 金属在高温下产生塑性变形，冷却到常温时表面收缩，体积缩小 表层产生金相组织变化，由于多相比容不同，使其体积变化 对零件使用性能的影响 压应力：避免或延缓疲劳裂纹产生，提高抗腐蚀性能 拉应力：疲劳强度和抗腐蚀性能下降采用表面强化工艺：滚压、喷丸

5、等，采用表面强化工艺：滚压、喷丸等，获得表面残余压应力获得表面残余压应力磨削烧伤与磨削裂纹 磨削烧伤 磨削工件时，当工件表层温度达到或超过金属材料的相变温度时，表层金属材料的金相组织发生变化，表层显微硬度也相应变化，并伴随残余应力，甚至出现微裂纹，同时出现彩色氧化膜（浅黄、浅褐、褐色），这种现象称磨削烧伤。 磨削淬火钢时磨削烧伤的三种类型 回火烧伤：磨削区温度超过250300C，超过马氏体的转变温度而未达到相变温度，表层金相组织的马氏体组织转变为硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），即为回火烧伤 淬火烧伤：磨削区温度超过700C，超过相变温度，若又马上受到冷却液的急冷，最外层二次淬火，形成二次

6、淬火层（马氏体组织，硬度比原来高，厚度46mm）；但该层以下由于冷却缓慢形成回火组织（硬度比原马氏体低），即为淬火烧伤。 退火烧伤：磨削不用切削液，磨削温度超过相变温度，由于工件冷却缓慢，磨后表面硬度大大降低，即为退火烧伤。 磨削裂纹 由于磨削温度很高，磨削表面的残余应力常常由于磨削温度引起的热应力和金相组织相变引起的体积应力占主导地位而产生，多呈残余拉应力。磨削淬火钢、渗碳钢及硬质合金钢时，往往在垂直于磨削方向上产生微小龟裂，严重时发展成龟壳状微裂纹。 微裂纹不仅出现在工件外表面，而且会出现在在表面层以下，肉眼无法发现。 裂纹方向常与磨削方向垂直或呈网状，并且与磨削烧伤同时出现。 危害是降低零件疲劳强度，甚至出现早期低应力断裂。 磨削烧伤与磨削裂纹控制措施 控制热量产生并加强热量传递 合理选择切削用量 提高冷却效果 正确选择砂轮：粒度4660#，不大于80 # 选择新工艺与新结构：新结构的开槽砂轮、用砂轮粗修整工艺等提高冷却效果 高压大流量冷却液 安装带空气挡板的喷嘴，使冷却液进入磨削区 采用磨削液雾化法或内冷却法本任务学习重点1、磨削加工表面质量问题、降低粗糙度措施、磨削烧伤（概念、常见烧伤形式、后果）与磨削裂纹（概