第二章 已加工表面质量

1、1第二章第二章已加工表面质量已加工表面质量2已加工表面质量已加工表面质量包括两方面：包括两方面：1、表面几何学方面、表面几何学方面主要指零件外表面的几何形状方面质主要指零件外表面的几何形状方面质量量2、表面层材质变化、表面层材质变化零件外表面一定深度的组织、力学、零件外表面一定深度的组织、力学、物化性能物化性能3表面几何学方面表面几何学方面评定标志：评定标志： 1、表面粗糙度；、表面粗糙度； （主要指标）（主要指标） （微观方面：以微米单位计量）（微观方面：以微米单位计量） 2. 表面波度：表面波度： （介于微观方面与宏观方面：宏观方面误差通（介于微观方面与宏观方面：宏观方面误差通常是指几何误

2、差，如形状精度、位置精度等）常是指几何误差，如形状精度、位置精度等） 3. 加工纹理方向；加工纹理方向； 4. 加工后表面伤痕。加工后表面伤痕。4表面材质的变化表面材质的变化评定标志：评定标志： 1、表面层的加工硬化程度及硬化层深度；、表面层的加工硬化程度及硬化层深度；（主要指标）（主要指标）加工硬化加工硬化：工件经过切削加工后，已加工表面的硬度将高于工件材：工件经过切削加工后，已加工表面的硬度将高于工件材料的原来的硬度的现象称为加工硬化料的原来的硬度的现象称为加工硬化 2. 表面残余应力的性质、大小；表面残余应力的性质、大小； （主要指标）（主要指标）表面残余应力表面残余应力：工件经过切削加

3、工后，没有外力作用的情况下，已：工件经过切削加工后，没有外力作用的情况下，已加工表面内部保持的平衡而存留的不同应力称为加工表面内部保持的平衡而存留的不同应力称为表面残余应表面残余应力力。 3. 表面层的金相组织表面层的金相组织5已加工表面质量对零件使用性能的影响已加工表面质量对零件使用性能的影响表面粗糙度表面粗糙度对零件使用性能影响：对零件使用性能影响：耐磨性；耐磨性；接触性能；接触性能；抗疲劳强度；抗疲劳强度；抗腐蚀能力；抗腐蚀能力；润滑性能。润滑性能。注意表面粗糙度合理选用问题注意表面粗糙度合理选用问题（加工成本与正常使用要求关系）（加工成本与正常使用要求关系）6已加工表面质量对零件使用性

4、能的影响已加工表面质量对零件使用性能的影响加工硬化加工硬化对零件使用性能影响：对零件使用性能影响：n耐磨性；（会出现硬度不均）耐磨性；（会出现硬度不均）n抗疲劳强度；抗疲劳强度；n加速刀具的磨损；加速刀具的磨损；残余应力残余应力对零件使用性能影响：对零件使用性能影响：n零件变形；零件变形；n抗疲劳能力；抗疲劳能力；n耐腐蚀能力。耐腐蚀能力。7已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程刀刃钝圆部分刀刃钝圆部分OB、VB、及、及CD三部三部 分分构成后刀面上的总构成后刀面上的总接触长度，它的接接触长度，它的接触情况对已加工表触情况对已加工表面质量有很大影响面质量有很大影响。8前刀面应力分布前刀面应力

5、分布用光弹法测得的用光弹法测得的应力分布应力分布9加工变质层概念加工变质层概念被切金属进入第一变形区时，晶粒因压被切金属进入第一变形区时，晶粒因压缩而变长；缩而变长；接近刀刃，晶粒更为伸长成为纤维层；接近刀刃，晶粒更为伸长成为纤维层；已加工表面的金属纤维被拉伸得更细，已加工表面的金属纤维被拉伸得更细，其纤维方向平行于已加工表面，其纤维方向平行于已加工表面，已加工表面表层的金属具有和基体组织已加工表面表层的金属具有和基体组织不同的性质，所以称为不同的性质，所以称为加工变质层加工变质层。10加工变质层概念加工变质层概念11已加工表面粗糙度已加工表面粗糙度表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因： 1、

6、几何因素几何因素所产生的粗糙度，所产生的粗糙度，决定于残留面积高度；决定于残留面积高度； 2、由于、由于切削过程不稳定切削过程不稳定因素所因素所产生的粗糙度产生的粗糙度。12表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因1.残留面积残留面积：切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀：切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀具具 几何形状的关系，有一小部分金属未被切下来而残留几何形状的关系，有一小部分金属未被切下来而残留在已加工表面上，称为在已加工表面上，称为残留面积残留面积。13刀尖圆弧半径不等于零时：刀尖圆弧半径不等于零时：刀尖圆弧半径等于零时：刀尖圆弧半径等于零时：14表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因2

7、.积屑瘤积屑瘤；形成过切：形成过切： 形成鳞片状毛刺形成鳞片状毛刺15表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因3、鳞刺鳞刺；16表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因鳞刺产生原因鳞刺产生原因中低速度切中碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金、中低速度切中碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金、铜合金；铜合金；各种工序（车、刨、钻、拉、滚齿、螺纹切各种工序（车、刨、钻、拉、滚齿、螺纹切削）均会产生；削）均会产生；切削塑性材料是主要原因。切削塑性材料是主要原因。17表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因鳞刺产生过程：鳞刺产生过程：1.抹拭抹拭2.导裂导裂3.层积层积4.切顶切顶18表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因4切削过程中

8、变形切削过程中变形；挤裂切屑形成时挤裂切屑形成时单元切屑形成时单元切屑形成时19表面粗糙度产生原因表面粗糙度产生原因5.刀具的边界磨损刀具的边界磨损；6、刀刃与工件相对位置变动；、刀刃与工件相对位置变动；20影响表面粗糙度因素影响表面粗糙度因素1.刀具方面刀具方面 几何参数几何参数 刀面及刀刃粗糙度刀面及刀刃粗糙度 刀具材料刀具材料 刀具的磨损刀具的磨损21影响表面粗糙度因素影响表面粗糙度因素 2.工件方面：工件方面：材料塑性影响；材料塑性影响；金相组织影响；金相组织影响； 3.切削条件：切削条件：速度影响；速度影响；进给量影响；进给量影响；切削液影响；切削液影响；22表面层加工硬化表面层加工

9、硬化加工硬化形成加工硬化形成塑性变形使晶格扭曲、畸变；塑性变形使晶格扭曲、畸变；晶粒间产生剪切滑移，甚至破碎；晶粒间产生剪切滑移，甚至破碎；晶粒被拉长和纤维化，晶粒被拉长和纤维化，结果：结果：增大金属变形的阻力增大金属变形的阻力 减小金属的塑性减小金属的塑性 金属的物理性质发生变化金属的物理性质发生变化表面层金属的硬度和强度提高这种现象称为表面层金属的硬度和强度提高这种现象称为加工硬加工硬化化( (或称为强化或称为强化) )23加工后表层金属性质加工后表层金属性质取决于强化和弱化综合作用的结果。取决于强化和弱化综合作用的结果。弱化：弱化：被冷作硬化的金属处于高能位的被冷作硬化的金属处于高能位的

10、不稳定状态，金属的不稳定状态向比较稳不稳定状态，金属的不稳定状态向比较稳定的状态转化，定的状态转化，弱化作用的大小取决于温度的高低、时间弱化作用的大小取决于温度的高低、时间的长短和强化程度的大小。的长短和强化程度的大小。24评定冷作硬化指标，评定冷作硬化指标，三项三项表层金属的显微硬度表层金属的显微硬度HV；硬化层深度硬化层深度h；硬化程度硬化程度N。25影响加工硬化的因素：影响加工硬化的因素：1.1.刀具方面刀具方面1、前角愈大，前角愈大，硬化层深度愈小硬化层深度愈小；26影响加工硬化的因素：影响加工硬化的因素：2、钝圆半径越大，加工硬化也越大钝圆半径越大，加工硬化也越大27影响加工硬化的因

11、素：影响加工硬化的因素：3.刀具磨损越大，加工硬化也越大刀具磨损越大，加工硬化也越大；28影响加工硬化的因素：影响加工硬化的因素：2.2.工件方面工件方面工件材料塑性越大，硬化越严重工件材料塑性越大，硬化越严重3.3.切削条件方面切削条件方面切削速度影响切削速度影响29影响加工硬化的因素：影响加工硬化的因素：3.3.切削条件方面切削条件方面进给量影响进给量影响30影响加工硬化的因素：影响加工硬化的因素：3.3.切削条件方面切削条件方面背吃刀量影响背吃刀量影响31影响加工硬化的因素：影响加工硬化的因素：3.3.切削条件方面切削条件方面进给量影响进给量影响32残余应力残余应力 表面残余应力的性质、

12、大小是已加工表面表面残余应力的性质、大小是已加工表面 质量的主要指标之一质量的主要指标之一表面残余应力概念：表面残余应力概念： 工件经过切削加工后，没有外力作用的情况工件经过切削加工后，没有外力作用的情况 下，已加工表面内部保持的平衡而存留的不下，已加工表面内部保持的平衡而存留的不 同应力称为同应力称为表面残余应力表面残余应力。 分类：分类：表面残余应力又分为表面表面残余应力又分为表面残余拉应力残余拉应力表面表面 残余压应力残余压应力33产生残余应力的原因产生残余应力的原因1.机械应力引起塑性变形；机械应力引起塑性变形； 形式较多，但一般产生表面残余拉应力形式较多，但一般产生表面残余拉应力2.

13、热应力引起塑性变形发生；热应力引起塑性变形发生； 一般产生表面层残余拉应力一般产生表面层残余拉应力3.相变引起体积变化；相变引起体积变化； 一般表面金属产生残余拉应力一般表面金属产生残余拉应力34影响残余应力的因素（刀具方面）影响残余应力的因素（刀具方面）1、刀具前角越小，残余拉应力越小刀具前角越小，残余拉应力越小35影响残余应力的因素（刀具方面）影响残余应力的因素（刀具方面）2、刀具磨损量增大，残余拉应力越大刀具磨损量增大，残余拉应力越大36影响残余应力的因素（工件方面）影响残余应力的因素（工件方面）3、工件材料塑性越大，残余拉应力越大工件材料塑性越大，残余拉应力越大；37影响残余应力的因素

14、（加工条件方面）影响残余应力的因素（加工条件方面）4、切削速度越高，切削速度越高，残余拉应力越大，残余拉应力越大，残余应力层却减少残余应力层却减少；38影响残余应力的因素（加工条件方面）影响残余应力的因素（加工条件方面）5、进给量增大，进给量增大，残余拉应力也增大残余拉应力也增大； 39影响残余应力的因素（加工条件方面）影响残余应力的因素（加工条件方面）6、背吃刀量对残余背吃刀量对残余应力的影响不太显著应力的影响不太显著40零件工作表面最终加工方法选择零件工作表面最终加工方法选择最终工序留下的残余应力将直接影响机器最终工序留下的残余应力将直接影响机器 零件使用性能。零件使用性能。选择最终工序加工方法时，须考虑该零件选择最终工序加工方法时，须考虑该零件 主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏 形式。形式。 在交变载荷作用下，从提高抗疲劳角度考在交变载荷作用下，从提高抗疲劳角度考 虑，终工序应选择能在该表面产生残余压虑，终工序应选择能在该表面产生残余压 应力的加工方法应力的加工