机械制造工艺学第5章：机械加工表面质量

1、 机械制造工艺学 第五章第五章 机械加工的表面质量机械加工的表面质量 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 影响机械加工表面粗糙度的因素影响机械加工表面粗糙度的因素 第三节第三节 影响表面物理力学性能的工艺因素影响表面物理力学性能的工艺因素 第四节第四节 机械加工中的振动机械加工中的振动 第五节第五节 控制表面质量的工艺途径控制表面质量的工艺途径第一节 概述 机械加工表面质量是指零件加工后的表面层状态，这是判定零件质量的主要依据之一。一、机械加工表面质量的含义一、机械加工表面质量的含义 表面质量的含义有以下两方面的内容：表面层的几何形状特征表面层的几何形状特征 表面粗糙度 波度表面层物理力学性

2、能的变化表面层物理力学性能的变化 表面层的加工硬化； 表面层金相组织的变化； 表面层残余应力。二、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件耐磨性的影响零件表面质量对零件疲劳强度的影响零件表面质量对零件耐腐蚀性能的影响零件表面质量对配合性质及其它性能的影响第二节 影响机械加工表面粗糙度的因素一、影响机械加工表面粗糙度的几何因素一、影响机械加工表面粗糙度的几何因素 切削加工过程中，刀具相对于工件作进给运动时，在被加工表面上残留的面积愈大，所获得表面将愈粗糙。 尖刀切削时 带圆角半径的刀切削时rrfHcotcot028rfH 由公式可知，减小进给量f，减小主、副偏角，

3、增大刀尖圆角半径，都能减小残留面积的高度H，也就减小了零件的表面粗糙度。二、影响机械加工表面粗糙的物理因素二、影响机械加工表面粗糙的物理因素切削力和磨擦力的影响积悄瘤的影响鳞刺的影响三、影响磨削加工表面粗糙度的因素、影响磨削加工表面粗糙度的因素磨削加工的特点磨削加工的特点 磨削过程比金属切削刀具的切削过程要复杂得多 砂轮的磨削速度高 磨削时砂轮的线速度高，参与切削的磨粒，所以，单位时间内切除金属的量大影响磨削加工表面粗糙度的因素影响磨削加工表面粗糙度的因素磨削用量的影响磨削用量的影响 砂轮速度 工件速度 磨削深度和光磨次数砂轮的影响砂轮的影响 砂轮的粒度 砂轮的硬度 砂轮的修整 砂轮材料被加工

4、材料的影响被加工材料的影响第三节 影响表面物理力学性能的工艺因素一、表面残余应力一、表面残余应力 切削过程中金属材料的表层组织发生形状变化和组织变化时，在表层金属与基体材料交界处将会产生相互平衡的弹性应力，该应力就是表面残余应力。冷塑性变形的影响冷塑性变形的影响热塑性变形的影响热塑性变形的影响金相组织变化的影响金相组织变化的影响加工后表面层的实际残余应力是以上三方面原因综合的结果加工后表面层的实际残余应力是以上三方面原因综合的结果二、表面层加工硬化二、表面层加工硬化 机械加工过程中，由于切削力的作用，使被加工表面产生强烈的塑性变形，加工表面层晶格间剪切滑移，晶格严重扭曲、拉长、纤维化以及破碎，

5、造成加工表面层强化和硬度增加。 影响冷作硬化的主要因素有：切削用量切削用量刀具刀具工件材料工件材料三、表面层金相组织变化与磨削烧伤三、表面层金相组织变化与磨削烧伤 机械加工时，在工件的加工区及其附近区域将产生一定的温升。当温升达到相变临界点时，表层金属就会发生金相组织变化，产生极大的表面残余应力，强度和硬度降低，甚至出现裂纹。这种现象称为磨削烧伤磨削烧伤。 分为：退火烧伤（最严重）、淬火烧伤、回火烧伤退火烧伤（最严重）、淬火烧伤、回火烧伤。 避免烧伤避免烧伤主要是设法减少磨削区的高温对工件的热作用。磨削时采用强有力的、效果好的切削液，能有效地防止烧伤；合理地选用磨削用量、适当地提高工件转动的线

6、速度；选择和使用合理硬度的砂轮。第四节 机械加工中的振动 振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，使加工表面出现振纹，降低了零件的加工精度和增大表面粗糙度。一、强迫振动一、强迫振动产生强烈振动的原因产生强烈振动的原因 在外界周期性干扰的作用下，工艺系统被迫产生振动，这些干扰力可能来源于工艺系统之外，称为外部振源称为外部振源；也可能来自工艺系统的内部，称为内部振源内部振源。 强迫振动的特性分析强迫振动的特性分析强近振动的频率等于激振力 的频率，与系统的固有频率 无关。强迫振动的稳态过程是简谐 振动，只要有激动力存在， 振动系统就不会被阻尼衰减 掉。强迫振动的振幅取决于振源 激振力p、频率比和

7、阻尼 比D。强迫振动的位移总是滞后于 激振力。 减少强迫振动的途径减少强迫振动的途径减少激振力避免激振力的频率与系 统的固有频率接近，以 防止共振采取隔振措施采用消振措施二、自激振动二、自激振动 在机械加工中往往会出现一种不是由于任何周期性的振源所激发的振动，其频率也不等于可以找到的任何一种激振力的频率。这种由振动系统本身引起的交变力作用而产生的振动称为自激振动（颤振）。自激振动的特征自激振动是一种不衰减的振动。自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率。自激振动是否产生以及振幅的大小取决于振系统在 每一周期内，输入的能量是否大于消耗的能量。产生自激振动的学说 振动是机械加工中影响零件表面质量的

8、重要因素之一。对于自激振动，目前为止尚无完全成熟的理论来解释其原因。负磨擦自振原理负磨擦自振原理再生自振原理再生自振原理振型耦合自激振动原理振型耦合自激振动原理减少自激振动的基本途径 自激振动与切削过程有关，也与工艺系统的结构有关。减少自激振动的基本途径：合理选用切削用量合理选用切削用量切削速度切削速度v v的选择的选择 进给量进给量f f的选择的选择 切削深度切削深度a ap p的选择的选择合理选择刀具的几何参数合理选择刀具的几何参数 前角的选择 主偏角r的选择 后角的选择 刀尖圆角半径的选择提高工艺系统的抗振性能提高工艺系统的抗振性能 提高机床的抗振性能提高机床的抗振性能提高工艺系统的提高

9、工艺系统的 提高刀具、工具夹持部分的刚度提高刀具、工具夹持部分的刚度提高工艺系统的抗振性能提高工艺系统的抗振性能 合理安排机床、工件、刀具之间最大刚度方向的相对位置合理安排机床、工件、刀具之间最大刚度方向的相对位置提高工艺系统的抗振性能提高工艺系统的抗振性能 采用减振装置采用减振装置第五节 控制表面质量的工艺途径 提高表面质量的加工方法大致可以分为两类：一类一类是用低效率、高成本的工艺措施，通过实验，寻求各工艺参数的最佳 组合，以减小工件的表面粗糙度；一类一类是着重改善工件表面的物理力学性能，以提高工件的表面质量。一、减小表面粗糙度的加工方法一、减小表面粗糙度的加工方法超精密切削和低粗糙度磨削

10、加工超精密切削和低粗糙度磨削加工 超精密切削切除微薄的切削层 小粗糙度磨削加工 采用超精加工、珩磨、研磨等方法作为终工序加工采用超精加工、珩磨、研磨等方法作为终工序加工 超精加工、珩磨等都是利用磨条以一定压力压在加工表面上，并作相对运动以降低表面粗糙度和提高精度的方法。 珩磨珩磨珩磨头的结构（右图）珩磨的机理（下页图）珩磨的工艺参数 珩磨头的旋转运动和往复运动的合成运动在工件表面上产生了交叉而又不重复的网纹式磨粒轨迹，磨粒起到刮擦、耕犁和切削的作用。 研磨研磨研磨的机理（右图）研磨的工艺参数 超精加工超精加工 超精加工也叫超精研，是一种用细粒度磨块进行磨削的光整加工方法。如下图。 抛光简介抛光简介 利用布轮、布盘等软性器具涂上抛光膏来抛光工件表面的。抛光时，一般不去