机加工表面质量概论

1、- PAGE 139 - 第十三章 机械加工表面质量 第一节 概概述 机械加加工表面质量量是零件加工工技术要求的的一个重要组组成部分。主主要零件的表表面质量，对对产品的工作性能能、可靠性和和耐磨性等都都有很大影响响。随着工业业技术的迅速速发展，许多多产品要求零件在高速、高高压、高温和和高负荷下工工作，因而对对零件的表面面质量提出越越来越高的要要求。 一、机械加工表表面质量的概概念 零件的的加工表面质质量包括零件件的表面几何何特性和物理理力学性能两两方面。 （一）零零件的表面几几何特性 1表表面粗糙度 表面粗粗糙度是指加加工表面上具具有的较小距距离的峰谷所所组成的表面面微观几何形形状特性。（见见

2、图13-ll）一般由加加工中切削刀刀具的运动轨轨迹及工艺系系统的高频振振动等多种因因素所形成。其其大小由表面面轮廓算术平平均偏差R、微微观不平度十十点高度R和和轮廓最大高高度R等参数数来评定，其其中优先推荐荐R参数。 2表表面波度表面波度指介于于宏观几何形形状误差与微微观几何形状误差（即表表面粗糙度）之之间的一种周周期性几何形状误差。图113l表示示了表面粗糙糙度和表面波波度的关系。对于表表面波度的表表征方法，目目前尚无统一一图13ll的规定。一般有有二种表征方方法。一种是是根据其周期期来表征，即波幅幅和波长；另另一种是根据据波纹的轮廓廓形状来表征，如如圆弧形、尖尖峰形和锯齿齿形等。 （二）零

3、零件表面的物物理力学性能能 1因因加工表面层层的塑性变形形所引起的表表面加工硬化化。 2由由于切削和磨磨削加工等的的高温所引起起的表面层金金相组织的变变化。 3因因切削加工引引起的表面层层残余应力。 二、机械加工表表面质量对零零件使用性能能的影响 （一）表表面质量对零零件耐磨性的的影响 零件的的耐磨性是机机械制造中的的重要问题。磨磨损是一个很很复杂的问题题，其机理至至今尚未清楚。一般认为磨磨损产生在有有相对运动的的表面，它不不仅与摩擦副副的材料和润润滑有关，而而且还与零件的表面质量量有密切关系系。当两个零零件表面相互互接触时，起起初只有很少少的凸峰顶部部真正接触。在外力作用用下，凸峰接接触部分

4、将产产生很大的压强。且表面面越粗糙，接接触的实际面面积越小，产生的压强就越越大。这时，当当两零件表面面作相对运动时，接触触部分就会因因相互挤压、剪剪切和图1322滑擦等而产生表表面磨损现象象。 在有润润滑的条件下下，零件的磨磨损过程一般般可分为初期磨损损、正常磨损损和急剧磨损损三个阶段。如图132所示，在在机器开始运运转时，由于于实际接触面积很很小，压强很很大，因而磨磨损很快。这个时间比较短短，称为初始始磨损阶段，如如图中区所示。随着着机器的继续续工作，相对对运动的表面面的实际接触触面积逐步增增大，压强逐逐渐减小。从而磨损变缓，进进入正常磨损损阶段。这座座时间较长如如图中区所示。随随着磨损的延

5、延续，接触表面的凸峰被磨磨平，粗糙度度变得很小。此此时，不利于于润滑油的贮贮存。润滑油油也难以进入入摩擦区，从而使润滑滑情况恶化。同同时，紧密接接触表面会产产生很大的分分子亲和力，甚甚至会发生分分子粘合，使磨擦阻阻力增大，结结果使磨损进进入急剧磨损损阶段，如图图中区所示。此此时，零件实实际上已处于不正常常的工作状态态。 实践证证明，初期磨磨损量与零件件表面粗糙度度有很大关系系。图13-3表示在轻轻载和重载情情况下粗糙度度对初期磨损损量的影响情情况。由图中中可以看出，在在一定条件下下摩擦副表面面的粗糙度参参数总是存在在某个最佳点点（图中R和和R），在这这一点的初期期磨损量为最最小。最佳粗粗糙度参

6、数值值可根据实际际使用条件通通过试验求得得，一般R值值在00440088m左右。 表面磨磨损还与该表表面采用的加加工方法和成形原理所得得到的表面纹纹理有关。实实验证明，在一般情情况下，上下下摩擦件的纹纹理方向与相对运动方方向一致时，初初期磨损量最最小；纹理方向与与相对运动方方向相垂直时时，初期磨损量最大。图13-3 表面加加工冷作硬化化对磨损量也也有影响，一般能提高高耐磨性0.51倍。但但也不是冷作硬度越高高越好，因为为过高的硬度度会使局部金属组织织疏松发脆及及有细小裂纹纹出现，此时，在外外力作用下，表表面层易产生生剥落现象而使磨损损加剧。同样样，冷作硬化化也存在一个最佳硬化化硬度。 （二）表

7、表面质量对零零件疲劳强度度的消响在交变载荷作用用下，零件表表面的粗糙度度、划痕和微微观裂纹等缺缺陷容易引起起应力集中而而产生和扩展展疲劳裂纹，致致使零件疲劳劳损坏。试验验表明，减小小表面粗糙度度可以使疲劳劳强度提高330% 440。 加工纹纹理方向对疲疲劳强度的影影响更大，在在纹理方向和和相对运动方方向相垂直时时，疲劳强度度将明显降低。 表面残残余应力对疲疲劳强度的影影响很大，当当表面层的残残余应力为压压应力时，能能部分抵消外外力产生的拉应力力，起着阻碍碍疲劳裂纹扩扩展和新裂纹纹产生的作用用，因而能提提高零件的疲疲劳强度。而当残余应力为为拉应力时，则则与外力施加加的拉应力方方向一致，就就会助长

8、疲劳劳裂纹的扩展展，从而使疲劳强度降降低。 表面冷冷作硬化有助助于提高零件件的疲劳强度度，这是由于于硬化层能阻阻止已有裂纹纹的扩大和新新疲劳裂纹的产生生。但冷作硬硬化也不能过过大，否则反反而易于产生生裂纹。 （三）表表面质量对零零件耐腐蚀性性能的影响零件工作时，不不可避免地受受到潮湿空气气和其他腐蚀性介质的的浸入，这就就会引起化学学腐蚀和电化学腐蚀。如如图1344所示，由于于表面粗糙图1344度的存在，在表表面凹谷处容容易积聚腐蚀蚀性介质而产生腐蚀，且且凹谷越深，渗渗透与腐蚀作作用越强烈；而在粗糙糙表面的凸峰峰处则因摩擦擦剧烈而容易产生电化学学腐蚀。由此此看来，减小小表面粗糙度和波度可提提高零

9、件的耐耐腐蚀能力。 零件表表面存在残余余压应力时，会会使零件表面面紧密而使腐腐蚀性物质不不易侵入，从从而提高耐腐蚀能力，但残残余拉应力则则相反，会减减低耐腐蚀性性。 对某些些敏感金属或或合金，在静静拉应力和特特定环境共同同作用下，会会导致脆性断断裂，从而加加速腐蚀作用，此此即为应力腐腐蚀。 （四）表表面质量对配配合性质的影影响 相配零零件的配合性性质是由它们们之间的过盈盈量或间隙量量来表示的。由由于表面微观观不平度的存在，使得实际际有效过盈量量或有效间隙隙量发生改变变，从而引起起配合性质和和配合精度的的改变。 当零件件间为间隙配配合时，若表表面粗糙度过过大，将引起起初期磨损量量增大，使配配合间

10、隙变大大，导致配合性质变变化，从而使使运动不稳定定或使气压、液液压系统的泄泄漏量增大；当零件间为为过盈配合时，如果表表面粗糙度过过大，则实际际过盈量将减减少，这也会会使配合性质质改变，降低低联接强度，影响配合的的可靠性。因因此，在选取取零件间的配配合时，应考考虑表面粗糙糙度的影响。例例如为了维持足够的过过盈，可在相相配零的尺寸寸中增加一粗粗糙度R值。 第二节节 影影响加工表面面质量的工艺艺因素 一、切削加工时时的影响因素素 （一）影影响切削加工工表面粗糙度度的因素 切削加加工时，形成成表面粗糙度度的主要原因因，一般可归归纳为几何原原因和物理原原因。几何原因主要指指刀具相对工工件作进给运运动时，

11、在加加工表面留下下的切削层残残留面积。残残留面积越大，表面面越粗糙。由由切削原理可可知，切削残残留面积的高高度主要与进进给量、刀尖尖圆弧半径及刀具的主、副副偏角有关。另另外，刀刃刃刃磨质量对加加工表面的粗粗糙度也有很很大影响。 物理原原因是指切削削过程中的塑塑性变形、摩摩擦、积屑瘤瘤、鳞刺以及及工艺系统中中的高频振动动等。切削过程中中，刀具刃口口圆角及后刀刀面对工件的的挤压与摩擦擦，会使工件件已加工表面面发生塑性变形，引起已已有残留面积积歪扭，使粗粗糙度变大。中中速切削塑性性金属时，在在前刀面上易易形成硬度很高的积屑屑瘤，随着积积屑瘤由小变变大和脱落使使刀具的几何何角度和切削削深度发生变变化，

12、并导致切削加工的的不稳定性，从从而严重影响响表面粗糙度度。 工艺系系统中的高频频振动使工件件与刀具之间间的相对位置置发生微幅变变动，从而使使工件表面的的粗糙度增大。 由表面面粗糙度的形形成原因可以以看出，影响响表面粗糙度度的工艺因素素主要有下列列方面： 1刀刀具几何参数数 适当增增大前角，刀刀具易于切入入工件，可减减小塑性变形形，抑制积屑屑瘤和鳞刺的的生长，对减减小粗糙度有利。但但当速度大于于 750mmmin时时，增大前角角即不起作用用。前角也不不宜过大，否否则刀刃有可可能嵌入工件件，至使粗糙糙度变大。 当前角角一定时，后后角越大，切切削刃钝圆半半径越小，刀刀刃越锋利。同同时还能减小小后刀面

13、与加工表面间的摩摩擦和挤压，故故有利于减小小粗糙度。但但后角过大，对对刀刃强度不不利，易产生生切削振动，结果反反而增大粗糙糙度。 为了减减小切削残留留面积高度，以以减小粗糙度度，可适当增增大刀尖圆弧弧半径r和减小主偏偏角、副偏角角。 2工工件材料 工件材材料的塑性、金金相组织和热热处理性能对对加工表面的的粗糙度有很很大影响。一一般而言，材材料的塑性越越大，加工表表面越粗糙。低低碳钢工件加加工表面粗糙糙度就不如中中碳钢低；合合金钢不如碳碳钢；黑色金金属不如有色色金属。脆性性材料易于得得较小的表面面粗糙度。 工件的的金相组织的的晶粒越均匀匀、粒度越细细，加工后的的表面粗糙度度越小。显然然，正火和回

14、回火有利于表面粗粗糙度的降低低。试验证明明，热处理硬硬度越高，加加工所得的表表面粗糙度越越小。工具钢和合金钢等等材料，经淬淬火后加工螺螺纹、圆柱面面和端面时，能能获得R值小小于0.2m的表面面粗糙度。 3切切削用量 提高切切削速度（），可可减小加工表表面的粗糙度度，这是由于于高速切削时时刀具不易产产生积屑瘤，同同时也可使切切屑和加工表表面层的塑性性变形程度减减轻。另外，采采用很低的切切削速度也有有利于表面粗粗糙度的降低低。图13-5所示为切切削速度（）与与表面粗糙度度R值的关系系曲线。 进给量量的大小对加加工表面粗糙糙度有较大影影响。进给量量大时，不仅仅残留面积的的高度大，而而且切屑变形也大大

15、，切屑与前前刀面的摩擦擦以及后刀面面与已加工表表面的摩擦都都加剧，这一一些都使加工表面粗糙度度增大。因此此，减小进给给量对降低表表面粗糙度很很有利。 切削深深度在一定范范围内对表面面粗糙度的影影响不明显，但但太大和太小小对表面粗糙糙度的降低不利。太大时，易易产生振动；太小时，正正常切削往往往不能维持，刀刀刃会在工件件表面打滑，产产生剧烈摩擦，把把已加工表面面划伤，从而而引起表面粗糙度的恶化化。 4切切削液 切削液液的主要作用用为润滑、冷冷却和清洗排排屑。在切削过程程中，切削液液能在刀具的的前、后图13-55刀面上形成一层层润滑油膜，减减小金属表面面间的直接接触，减轻轻摩擦及粘结结现象，降低低切

16、削温度，从而减小切切屑的塑性变变形，抑制积积屑瘤与鳞刺的产生。故故切削液对减减小加工表面面粗糙度有很大作用。具具体选用切削削液应考虑多多种因素。精加工时主要应应减小工件表表面粗糙度和和提高刀具耐用度度。故中、低低速切削时应应选用润滑性性好的极压切切削油或高浓浓度的极压乳乳化液。高速速切削时润滑滑效果不好，可可选用冷却性性为主的低浓浓度乳化液或或化学切削液液。螺纹加工工、拉削和剃剃齿加工等刀刀具的导向部部分与加工表表面的摩擦较较严重，要求求尽可能减少少螺纹和成形形刀具的磨损损以保持刀具具的尺寸和形形状精度，故故一般应选用用润滑性较好好的极压油或或高浓度的极极压乳化液。 粗加工工时主要应减减小刀具

17、磨损损和切削力。在在切削一般钢钢材时，降低低切削温度可可减小刀具磨损，特别是高高速钢刀具，耐耐温为6000C左右，超超过这个临界界温度，磨损损急剧增加，故故宜选冷却性性为主的低浓浓度乳化液或或化学切削液液。硬质合金金刀具耐热性性好，常不用用切削液。也也可用低浓度度的乳化液，或或化学切削液液。这时需要要充分冷却，避避免从切削区区出来的温度度很高的硬质质合金刀片猝猝然遇到冷却却液，产生巨巨大的热应力力造成裂纹。 另外，加加工高强度钢钢，耐热合金金等工件时，由由于硬点多，机机械擦伤作用用大，导热系系数低，切削热不易散，故故对切削液的的润滑和冷却却两方面都有有较高的要求求，对高速钢钢刀具可用含含一定量

18、极压添加剂的的极压切削油油或极压乳化化液。 不连续续切削或系统统刚度不够易易产生振动时时，刀刃上作作用冲击载荷荷。切削液有有一定的隔膜膜效果，有助于提提高刀具耐用用度。所以可可选用粘度较较高的油，其其承载能力较较强，能在一一定程度上缓和冲击。 以上根根据不同的情情况进行切削削液选择，虽虽目的有所不不同，但对切切削表面的粗粗糙度均有不不同程度的影响。 （二）影影响切削加工工表面层物理理力学性能的的因素 1表表面层的冷作作硬化 在切削削过程中，工工件表面层由由于受到切削削力的作用而而产生强烈的的塑性变形，引引起晶格间剪切滑移，晶格格严重扭曲拉拉长、破碎和和纤维化。这这时，晶粒间间的聚合力增增加，表

19、面层层的强度和硬度增加。这这种现象，称称为表面加工工硬化。加工硬化程度决决定于产生塑塑性变形的力力、变形速度度和切削温度度。切削力越越大，则塑性性变形越大，硬化程程度越高；变变形速度越大大，塑性形变变越不充分，硬硬化程度就越越低。切削热热提高了表面层的温度度，会使已硬硬化的金属产产生回复现象象（称为软化化）。切削温温度高，持续续时间长，则软化作用也大大。加工硬化化最后取决于于硬化和软化化的综合效果果。 影响表表面冷作硬化化的工艺因素素有： （1）刀具几几何参数 刀具后刀面面的磨损量增增大，则其与与工件表面的的摩擦增大，使使切削力增大大，塑性变形形增大，因而而表面硬化程程度也增大。刀刀刃圆弧半径

20、径增大，将使使刀具对加工工表面的挤压压程度增加，引引起表面硬化化程度加大。减减小刀具前角角，将使已加加工表面的变变形程度增大大，加工硬化化程度和深度度也将增加。 （2）切削用用量 切削削速度增大时时，刀具与工工件的接触时时间减少。塑塑性变形不充充分。同时切切削速度增大大会使切削温温度升高，有有助于冷硬回回复，故使加加工硬化程度度减轻。 进给量量加大时，切切削力将增大大，塑性变形形随之增大，引引起冷硬程度度增加。 切深对对加工硬化的的影响较小，一一般说来，切切深越大，加加工硬化越强强。 （3）工件材材料 加工工硬化主要取取决于材料的的塑性变形。因因此，工件材材料的性能对对加工硬化有有很大影响。材

21、材料的塑性越越大，加工硬硬化也越大。铸铸铁与钢相比比，钢易于加加工硬化。低低碳钢比高钢钢易于硬化。 2表表面层的残余余应力 经机械械加工后的工工件表面层，一一般部存在一一定的残余应应力。残余应应力是表面质质量的重要指标之一。残余余应力的分布布深度可达22530mm。不同的加加工方法和不同的工件材材料所引起的的残余应力是是不同的。例例如车削和铣铣削后的残余应力一一般为2000Nmm；高速切削及及加工合金钢钢时可达100011100Nmmm；磨削时时约为4000700NNmm。残残余应力对零零件的使用性能影影响较大，残残余压应力可可提高工件表表面的耐蚀性性和疲劳强度，而残残余拉应力则则使耐蚀性和和

22、疲劳强度降降低，若拉应应力超过工件材料的的疲劳强度极极限，则会使使工件表面产产生裂纹，加加速工件损坏及其影影响因素的研研究日益受到到重视。图13-66 产生表表面层残余应应力的原因有有以下三方面面： （1）热塑性性变形的影响响 切削加加工时产生的的切削热引起起局部高温，其其温度梯度很很大，将导致产生残余余应力，其过过程见图133-6。图中中a为切削时从从工件表面到内部的的温度分布情情况。区温度在材材料的塑性温温度以上，此时金属产产生热塑性变变形；区为过渡区区，温度在与与常温之间，这时金金属只产生弹弹性变形；区不受切削削热的影响，故故不产生变形。切切削时由于区处于塑性性状态，没有有内应力，而而区

23、的弹性伸长受受到区金属的限限制，故产生生压应力，同同时使区产生拉应应力。如图bb所示。开始冷却时，区温度下降降到区温度时，体体积收缩受区的阻碍而而引起拉应力力，并使区的压应力力增大。由于于区金属的收收缩，区的拉应力力有所减小，如如图c所示。到完完全冷却时，区继续收收缩，形成较较大的残余应应力。区热变形消消失，完全由由区收缩而形形成较小的残余压应力，区拉应力消消失，也受区影响而形形成不大的压压应力，见图图d。 （2）冷塑性性变形的影响响 切削加加工中，由于于切削力的作作用，已加工工表面受到很很大的冷塑性性变形，使表表面金属层的的体积发生变化。切切削加工后，切切削力消失，基基本弹性变形形趋于恢复，

24、但但受到已产生生塑性变形表面层的牵制，不不可能恢复到到原来的状态态，因而在表表面层形成内内应力。在通通常情况下，使使表面产生伸长塑性性变形，结果果产生残余压压应力。 （3）金属组组织变化的影影响 切削加加工时产生的的高温会引起起表面层金相相组织的变化化。不同的金金相组织具有有不同的比容容（比容为单单位质量所具具有的体积），当当金相组织的的比容变化时时，将产生不不同符号和不不同大小的残残余应力。若若相变后引起起比容增大时时，则将产生生残金压应力力。相反，当当相变引起比比容减小时，将将产生残余拉拉应力。例如如，淬火马氏氏体的比容比比较大，奥氏氏体比容较小小，因此，若若相变使淬火火马氏体含量量减少，

25、则金金属组织的体体积将减小，结结果产生残余余拉应力，如如果相变使奥奥氏体含量减减少，则将引引起金属体积积增加，从而而产生残余压压应力。 实际上上加工表面的的残余应力是是上述三方面面综合作用的的结果，在一一定条件下，可可能由某一种或两种原因起起主导作用。如如在切削加工工中，切削热热不大时以冷冷塑性变形为为主，表面将将产生残余压应力。 二、磨削加工时时的影响因素素 （一）影影响磨削加工工表面粗糙度度因素 磨削是是多数零件精精加工的主要要方法。磨削削过程比其他他切削加工过过程复杂。磨磨削加工的表表面粗糙度与其它它切削加工有有很大的不同同，这是由砂砂轮结构和磨磨削特点所决决定的。砂轮轮是由大量磨粒用结

26、合剂剂粘结而成，在在磨料和结合合剂之间存在在一定间隙。磨磨削加工主要要有以下特点点： 1切切削刃的形状状和分布带有有随机性 磨粒形形状是不规则则的，它们在在砂轮表面上上的分布也是是杂乱无章的的，砂轮经金金刚石修整后后，磨粒上形成微小小的等高棱角角，每个棱角角相当于一切切削刃，一般般具有负前角角和一定范围围的后角。 2切切削微刃在磨磨削过程中是是变化的 在磨削削过程中，磨磨粒要磨损。一一般磨粒的磨磨损可分为磨磨耗性磨损、磨磨粒破碎和磨磨粒脱落三种形式。磨耗耗性磨损主要要是由于磨粒粒表面受机械械和化学作用用，使切削刃刃磨损和钝化化而形成小平面。这种磨磨损占整个砂砂轮面积的比比例很小，但但对磨削性能

27、能影响很大。磨磨粒破碎大多多是瞬时热作用及局部部应力集中所所引起的。这这种磨损是砂砂轮磨损的主主要形式。磨磨拉破碎后就就会形成新的切削刃。对对于磨粒脱落落这种磨损，在在正常情况下下是比较少的的。 在磨削削过程中，比比较尖锐的磨磨粒能切下一一定厚度的金金属，随着磨磨粒的钝化，切切削作用逐渐减弱，直至只只能对工件表表面起挤压和和刻划作用。由由于砂轮表面面参与磨削的的磨粒数目极极多，砂轮的的线速度又比比工件线速度度高得多，因因此在工件表表面上的任意意一块小面积积上，都受到到很多磨粒的的切削和刻划划作用，最终终形成光滑的的表面。由于于以上特点，磨磨削过程是比比较复杂的。下下面就影响磨磨削表面粗糙糙度的

28、主要因因素作简要叙叙述。 （1）砂轮 砂轮的的粒度对加工工表面粗糙度度的影响颇大大。粒度号越越大（即磨粒粒越细），则则在单位时间间内切削的微微刃越多，加加工表面的粗粗糙度就越小小。但当粒度度细到一定程程度后，对降降低表面粗糙糙度就不明显显。例如，在在精密磨削时时，选用60080粒度的的砂轮，经过过精细修整后后，采用微量量切削能获得得R值小于00.08m的表面面粗糙度。而而用240粒粒度号的砂轮轮，同样经过过精细修整和和采用微量进进给切削，其其表面粗糙度度并不比前者者小。这是由由于60880粒度号的的粒度虽粗，但但经精细修整整后，砂轮表表面的每个磨磨粒都形成许许多等高性好好的微刃。磨磨削时，磨粒

29、粒微刃切入工工件的深度是是很浅的，并并不是整个磨磨粒都起切削削作用，这和和240砂轮轮近乎一致。 砂轮的的硬度，对于于表面粗糙度度也有影响。若若砂轮太软，则则磨粒易脱落落，不易加工工出表面粗糙度小的表面面；若砂轮太太硬，则磨粒粒钝化后不易易脱落即自锐锐能力差，此此时砂轮和工工件会产生强烈摩擦导致致工件表面烧烧伤，这也不不利于降低工工件表面粗糙糙度。所以砂砂轮的硬度应应选用得当，要求磨削表表面粗糙度低低的工件直选选用中硬砂轮轮。 砂轮的的修整量对磨磨削表面粗糙糙度有重大影影响。磨削时时，砂轮表面面上的磨粒并并不是都同时时参加切削，由于于砂粒在砂轮轮表面上的随随机性和不等等高性，故参参与磨削的砂砂

30、粒只是其中中的一部分。砂轮钝化必必须进行修整整，若修整导导程（即砂轮轮转一转，金金刚石的纵向向移动量）和和修整比（即修整时的切切深与修整导导程之比）越越小，则砂轮轮上切削微刃刃越多，其等等高性也越好好，加工出的的表面粗糙度度就越低。 （2）磨削用用量 砂轮线线速度对工件件表面粗糙度度有显著影响响，一般取335ms左左右。当提高高其速度，则则同一时间内内参与切削的的磨粒微刃增增多，每个微微刃的去除量量减少，残留留面积减小，从从而减小磨削削力和塑性变变形，并同时时降低工件的的表面粗糙度度。 减小工工件线速度和和纵向进给量量，有利于降降低工件表面面粗糙度。但但太低会使工工件烧伤和产产生形状误差。工工

31、件线速度根根据砂轮线速速度确定，砂砂轮和工件线线速度之比一一般在50140为宜宜。 磨削深深度对表面粗粗糙度有较大大影响。当磨磨削深度增大大时，每个磨磨拉的切削负负荷就增大，使使磨制力和磨磨削热增加，工工件的塑性变变形也增加。同同时又容易破破坏切削刃上上的微刃，从从而影响砂轮轮工作表面的的质量及其切切削性能，使使工件表面粗粗糙度增大。 光磨次次数对工件表表面粗糙度有有很大关系。所所谓光磨即无无进给磨削，是是指在磨削将将要结束时，不再进行径径向进给，而而靠工艺系统统的弹性回复复获得微量进进给进行磨削削。随着光磨磨次数的增加，实际磨削削量越来越小小，磨削力和和磨削热也越越来越小，因因而工件的表表面

32、粗糙度也也越来越小。同时，光磨磨还可以提高高工件的几何何形状精度。生生产实际中，一一般光磨次数数为5100次。 （二）影影响磨削加工工表面层物理理力学性能的的因素 磨削加加工中，起主主导作用的磨磨削热会引起起表面层金相相组织发生变变化、残余应应力及磨削烧烧伤等。 1表表面层金相组组织变化与磨磨削烧伤磨削加工中，磨磨粒以很高的的速度（一般般为35ms）和很大大的负前角切切削薄层金属属，在工件表表面引起很大大的磨擦和磨磨擦热，其单单位切削功率率远比一般切切削加工为大大。由于磨削削热的很大一部分传递递给工件，使使得磨削层的的温度很高，一一般可达50006000C。在某些些情况下甚至至达10000C。

33、这时，就就会引起工件件表面层的金金相组织发生生变化，称为为磨削烧伤。金金相组织的变变化与工件材材料、磨削温温度、冷却速速度等有关。 对于淬淬火钢，当磨磨削区温度超超过马氏体的的转变温度（中中碳钢为20003000C）时，工工件表面原来来的马氏体将将转变成回火火屈氏体或索索氏体。这与与回火、退火火时的组织相相近，使工件件表面的硬度度有所降低。这这种情况称为为回火烧伤。回回火烧伤的表表面由于氧化化膜厚度不同同而呈现不同同的颜色，如如黄、褐、蓝蓝、青等。 当淬火火钢表面温度度超过相变临临界温度（一一般中碳钢为为 720CC）时，马氏氏体将转变为为奥氏体。若若此时进行快快速冷却，则则会产生二次次淬火现

34、象。即即表面出现二二次淬火马氏氏体，其硬度度比原来的回回火马氏体高高，但很薄，这这种情况称为为淬火烧伤。由由于二次淬火火马氏体薄而而脆，故使得得表面层的物物理力学性能能有所降低。若若上述情况不不进行冷却而而以干磨，则则因工件冷却却缓慢，磨后后工件表面硬硬度急剧下降降，这种情况况称为退火烧烧伤。 严重的的磨削烧伤将将使工件使用用寿命成倍下下降，有时甚甚至无法使用用。 减轻和和消除磨削烧烧伤的工艺措措施有： （1）选择合合适的砂轮 选用脆脆性较大的磨磨料和硬度较较软的砂轮，提提高砂轮的自自锐性，使其其保持较好的的切削能力，减少磨削时的能能量消耗。在在保证工件粗粗糙度的前提提下，应选择择较粗的砂轮轮

35、粒度。 （2）及时合合理地修整砂砂轮 修整太太细，容易引引起工件烧伤伤；修整太粗粗，又形响表表面粗糙度，故故应合理选择择砂轮修整参数。还可以采采用开槽砂轮轮和瓦片砂轮轮，使砂轮的的实际工作表表面积减少，增增大容屑空间间，以防止砂轮表面堵堵塞。每颗磨磨粒的切削厚厚度增加，会会减少滑擦能能的消耗。使使磨削冷却液液容易进入磨削区，以改改善散热条件件。 （3）合理选选用磨削用量量 提高工工件速度，可可减少磨削热热源与工件表表面的接触时时间，从而降降低工件表面面温度；磨削削深度应适宜，太太大，则产生生的热量大，太太小将引起磨磨削时滑擦能能的增加；工工件纵向进给给量越大，因砂轮与工工件表面的接接触时间相对

36、对减少，故磨磨削区表面温温度越低，磨磨削烧伤越少少。为了防止纵向进给量量增大而导致致表面粗糙，可可采用较宽的的砂轮。 （4）改善冷冷却条件 改进磨磨削冷却液的的配方，加大大磨削液的流流量，提高磨磨削液的压力力，改进磨削削液喷咀结构构及采用内冷却方方式等，都能能使磨削区的的温度降低。 2表表面层的残余余应力与磨削削裂纹 前面已已经指出，机机械加工后表表面层的残余余应力，是由由冷态塑性变变形、热态塑塑性变形及金金相组织变化等三三方面原因的的综合结果引引起的。对磨磨削加工，热热态塑性变形形和相变起主主导作用。根根据前面的分分析可知，这这两个原因使使磨削表面产产生残余应力力。当此拉应应力超过工件件的拉

37、伸强度时，工件表面面即产生裂纹纹。磨削裂纹来源于于残余应力。因因此凡能减少少或消除残余余应力的措施施，均可减少少或防止磨削削裂纹的产生。提提高工件速度度、减小磨削削深度和降低低砂轮速度，对对减少或防止止磨削裂纹有有利；工件材材料也是一个个重要原因，导导热性差的高高强度合金钢钢易产生裂纹纹，硬质合金金因其脆性大大、抗拉强度度低及导热性性不好而极易易产生裂纹，对对碳钢，合碳碳量越高，越越容易产生裂裂纹，当含碳碳量小于0.60.7%时，几乎不不产生裂纹。 以上分分析了影响表表面物理力学学性能的两个个主要因素。除除此之外，表表面层的加工工硬化也是一个重要因素。如如淬火钢外圆圆的平均硬度度层为2040m

38、，磨磨削时硬化程程度为2530m。这这与车削时的的硬化情况相相当。有关磨磨削硬化的机机理及影响因因素，与切削削加工硬化相相近。这里不不再详述。 第三节 表表面强化工艺艺 这里所所说的表面强强化工艺是指指通过冷压加加工的方法使使表面层金属属发生冷态塑塑性变形，以以降低表面粗粗糙度，提高高表面硬度，并并在表面层产产生压缩残余余应力的表面面强化工艺。冷冷压加工强化化工艺是一种种既简便又有有明显效果的的加工方法，因因而应用十分分广泛。现仅仅对滚压加工工和喷丸强化化方法加以说说明。 一、滚压加工 滚压加加工是利用金金属产生塑性性变形，从而而达到改变工工件的表面性性能、形状和和尺寸的目的的。 滚压时时，采

39、用硬度度较高的滚压压轮或滚珠，对对半精加工的的零件表面在在常温条件下下加压，使其受压点产生弹弹性及塑性变变形，进而不不但表面粗糙糙度降低，而而且使表面层层的金属结构构和性能也发生变化，晶晶粒变细，并并向着变形最最大的方向延延伸，呈纤维维状，在表面面留下有利的的残余应力。滚压加工的的目的有三种种：一种以强强化零件为主主，加压大，变变形层深（11.515mmm）；其二二以降低表面面粗糙度和提提高硬度为主主；另一种以以获得表面形形状为主，如如滚花、滚轧轧齿轮、螺纹等。图13-7和图133-8分别为为外圆和内孔孔的滚压加工工示意图。 图13-7滚压加工特点如如下：（一）滚压对前前工序的要求求 在滚压前

40、的的表面粗糙度度R不低于55m，压前表表面要清洁，直直径方向加工工余量为0.020.033mm。滚压压后表面粗糙糙度为R0.630.16m。图13-8 （二）滚滚压使零件加加工表面强化化，而形状精精度及相互位位置精度主要要取决于前道道工序。 （三）滚滚压对象是塑塑性的金属零零件，并且要要求材料组织织均匀。例如如在铸铁零件件上有局部松松软组织时，则则会产生较大大的形状误差差。 （四）滚滚压的生产率率大大高于研研磨和珩磨加加工，所以，常常常以滚压代代替珩磨。 二、喷丸强化 喷丸强强化是利用大大量快速运动动中的珠丸打打击已加工完完毕的零件表表面，使表面面产生冷硬层层和残余压应应力。这时表表面层金属结

41、结晶颗粒形状状和方向也得得到改变，因因而有利于提提高零件的抗抗疲劳强度和使用用寿命。 喷丸用用的珠丸可是是铸铁的，也也可是切成小小段的钢丝（使使用一段时间间，自然变成成球状）其尺寸为0.24mm。小小零件表面粗粗糙度低时，用用较细的珠丸丸。铸铁珠丸丸易损坏，一一般情况下宜宜用钢珠丸。 对零件件上有凹槽、凸凸起等应力集集中的部位珠珠丸一般应小小于其圆弧半半径。以使这这些表面得到强化。 最常用用的设备是压压缩空气喷丸丸装置和机械械离心式喷丸丸装置，这些些装置能使珠珠丸以3550mss的速度喷出出。 第四节 机械加工中中的振动及其其防治一、基本概念 切削加加工中，由机机床、工件、刀刀具和夹具组组成的

42、工艺系系统是一个弹弹性系统。当当系统受到干干扰时，就会会产生振动。工工艺系统的振振动对工件加加工产生极为为不利的影响响。它不仅使使工件的表面质量降低（如如工件表面产产生振纹等），机机床和刀具寿寿命缩短，而而且限制了加加工生产率的的提高。强烈烈的振动还可可使刀具崩刃刃，切削加工工无法继续进进行。振动还还会场带来噪噪声，污染环环境，影响操操作者的身心心健康。 随着科科学技术和生生产的不断发发展，对零件件表面质量的的要求越来越越高。因而，对对机械加工中振动的产生原原因及其发展展规律进行研研究，并探讨讨抑制和消除除振动的途径径，已成为机机械加工工艺领域中的一一个重要课题题。 机械加加工中的振动动，有自

43、由振振动，强迫振振动和自激振振动三种类型型。 （一）自自由振动 当工艺艺系统受到初初始干扰力而而破坏了其平平衡状态后，系系统仅靠弹性性恢复力来维维持的振动，称称为自由振动动。自由振动动是最简单的的振动类型，在在切削过程中中，由于材料料硬度不均或或工件表面有有缺陷，工艺艺系统会产生生此类振动。在在此振动过程程中，不再有有能量输入，系系统总具有一一定的阻尼作作用。放自由由振动将会逐逐渐衰减，因因而对机械加加工的影响不不大。 （二）强强迫振动 振动系系统在外界周周期激进力的的持续作用下下，所产生的的振动。由于于外界激进力力不断地给系系统输入能量，故故强迫振动能能持续进行下下去。 （三）自自激振动 系

44、统未未受到外界干干扰力的作用用，有时也会会产生持续的的强烈振动。这这种稳定性的的周期振动是由系统本身产产生的交变力力所激发和维维持的，称为为自激振动。切切削过程中产产生的自激振振动是频率较高的强烈烈振动，通常常又称为颤振振。 本节简简介强迫振动动和自激振动动。 二、机械加工中中的强迫振动动 机械加加工中强迫振振动的周期振振力可以来自自工艺系统的的内部，也可可以来自外部部。在工艺系统内部，各种种回转零件因因不平衡而产产生离心力即即为激振力。如如图13-99所示，电机机安装在 图13-9简支梁上，以角角速度（相应应转速为）转转动，若电机机转子质量mm有偏心距r，则产生离离心力F=mmr，此力在在Z

45、轴方向的的分力F= mrcosst，就是周期期交变的激振振力，其角频频率为=。在F力作用用下，使简支支梁离开平衡衡位置O-OO而上下振动动。切削过程程不连续，也也会产生激振振力。例如采采用铣刀等多多刃刀具加工工或车削不连连续表面时，引引起切削力的的周期性变化，产生生强迫振动。另另外，机床传传动机构的缺缺陷，如齿轮轮传动的齿距距误差、齿形形误差、基圆圆偏心；轴承承滚动体不均均匀；传动带带的接头；液液压系统中的的冲击振动以以及往复运动动机构换向时时的惯性力等等，也会产生生周期性变化化的激振力，使使系统产生强强迫振动。 在工艺艺系统的外部部，临近的振振动源，如其其它机床、锻锻压设备及车车辆的振动等等

46、通过地基传传入正在进行行加工的机床床，引起强迫迫振动。 三、机械加工中中的自激振动动 机械加加工中的自激激振动是由切切削过程自身身引起的切削削力的周期性性变化所激起起的，一旦切切削停止，振动也也随之消失。自自激振动常常常是造成加工工质量和生产率下降的主主要原因。为为了说明自激激振动的产生生原理，现以图 13-110所示电铃铃的工作原理理为例。当按按下按钮8时时形成闭合回路，电电池的电流通通过6、5、和和电磁铁2的的线圈，再回到电池。电磁磁铁2产生磁磁力（由零最最大）吸住衔衔铁7，从而带动小锤44敲击铜铃33。当弹簧片片5被吸瞬时时，电磁铁失电而使磁力减减小（由最大大零），小锤锤靠弹簧片的的弹力

47、复图 13-10位，触点6通电电又构成闭合合回路，电磁磁铁再次吸引引衔铁使小锤敲击铜铃。如如此循环而形形成振动。电电铃的自激振振动系统可由图13-111来表示。它它由两部分组组成。弹簧片片、小锤和衔衔铁组成振动元件，以以产生振动；电磁铁和电电路组成调节节元件，以产生交变力。它它们之间的关关系为：交变变力使振动元元件产生振动移位y，这这就是激振；振动元件又又对调节元件件产生反馈作用，以便再再次产生交变变力F。小锤锤敲击铜铃的的频率取决于弹簧片、小小锤和街铁本本身的参数（质质量、刚度和和阻尼）。而振动消耗于阻阻尼和动磨擦擦的能量，则则由系统本身身的电池供给给。由于电铃铃的振动过程程不存在任何周期性

48、的振振源，其频率率又相当于系系统的固有频频率，因此它它是和强迫振振动不同的自自傲振动。机械加工中的自自激振动系统统，也可由上上述两个基本本部分组成。如如图13-112所示。若若切削过程产产生交变力FF，则通过这这个激振力，使使工艺系统的的弹性环节产产生振动位移移y，通过 yy又反馈给切切削过程再次次产生交变力力。维持振动动的能量由机机床电机供给给。图13-111图13-112自激振动的特点点主要有： l自自激振动则是是一种不衰减减的振动。工工艺系统在加加工过程中自自身能产生周周期性变化的的力，系统能能从这种周期期性变化的力力中吸取能量量，使振动得得以维持。 2自自激振动的频频率取决于工工艺系统

49、本身身的参数，其其频率接近于于系统的固有有频率。3自激振动是是由系统本身身产生的交变变力所激发和和维持的，其其振幅的大小小取决于每一一振动周期内内系统所获得得的能量和所所消耗的能量量的比值。假假如系统获得得的能量大于于消耗的能量量，则振动将将继续加强，振振幅不断扩大大；反之，若若吸取的能量量少于消耗的的能量，则振振动就减弱，振振幅减小。当当取得的能量量和消耗的能能量相等时，系系统处于稳定定振动状态，振振幅稳定在AA值不变。四、机械加工中中的振动防治治措施 （一）防防治强迫振动动的主要途径径 由上述述讨论可知，强强迫振动的振振幅在很大程程度上取决于于激振频率、系系统固有频率率、系统的静静刚度、阻

50、尼尼系数及激振振力幅值F等等。因而可根根据强迫振动动的产生原因因采取相应的的措施来减小小或消除强迫迫振动。 1减减少激振力 加工系系统中影响较较大的振源是是运动零部件件的不平衡。例例如，回转零零件不平衡，就就会产生一周周期性的干扰扰力，其圆频频率就是零件件回转的角速速度。为了减减小回转零件件这种因质量量不平衡而产产生的激振力力，应将主要要零、部件进进行静、动平平衡。例如在在精密、高速速磨削时，应应平衡砂轮主主轴部件。实实际上，一般般很难保证砂砂轮密度的均均匀性，也即即存在质量偏偏心。而且砂砂轮在使用过过程中，由于于磨耗不均匀匀，冷却液吸吸附的差异等等，都会引起起附加不平衡衡而激起强迫迫振动。为

51、此此，磨削前，砂砂轮应进行二二次静平衡，第第一次静平衡衡后应在机床床上进行试磨磨，待砂轮被被冷却液完全全浸润并经修修整后，再进进行第二次平平衡。实践表表明，这样可可取得良好的的效果。但由由于砂轮磨耗耗和冷却液吸吸附的随机性性，保持平衡衡一般较差，平平衡较费时，为为了适应磨削削向高速、高高效、高精度度方向发展，目目前正在采用用附加平衡装装置，使砂轮轮在加工过程程中自动平衡衡。 提高机机床电机的平平衡性也很重重要。另外、还还应注意提高高传动带、链链及齿轮等传传动件的运动稳定性，如采采用较完善的的带接头或用用纤维组织成成的传动带；以斜齿轮或或人字齿轮代代替直齿轮。提高齿轮副副的制造和装装配精度等。在

52、在保证事部件件加工精度的的前提下，提提高装配质量量也是一种很有效的方方法。 2提提高工艺系统统的刚度和阻阻尼 提高工工艺系统的刚刚度，可减小小强迫振动的的振幅；增加加系统的阻尼尼，可有效地地抑制系统在在共振区的振振动。对于机机床，主要提提高起主振作作用的主轴、刀刀架、床身、立立柱及横梁等等的刚度，并并通过刮研接接触面等方法法来提高各部部件间连接处处和有相对运运动处的连接接刚度。另外外，还可采用用跟刀架、中中心架来缩短短工件或刀具具的悬伸长度度及采用刀具具导向套来提提高其刚度。 增大系系统的阻尼，可可调节某些配配合处的间隙隙、采用内阻阻尼大的材料料，或设置阻阻尼消振装置等。 3消消振和隔振 工艺

53、系系统本身的干干扰源，如工工件余量不均均匀或材质不不均匀，加工工表面不连续续或刀齿的断续切削等引起起的冲击振动动可采用各种种阻尼器或吸吸振装置。设设置吸振装置置就是在原有有工艺系统中加上一个子子系统，以改改变工艺系统统原有的动态态特性。图113-13所所示是镗孔用用的冲击吸振振装置。图中中1为镗杆，22为镗刀，33为冲击块，44为螺旋盖塞塞。冲击块安安置在镗杆的的空腔中，并并与空腔保持持0.050.1mmm的间隙。当当镗杆产生振振动时，冲击击块不断撞击击镗杆而消耗耗振动能量，从而起到消消振作用。 隔振是是将激振源与与振动系统隔隔开。例如为为了防止液压驱动引起起振动，最好好将油泵和机机床分开，并并用软管连接；在精精密机床上将将齿轮泵改用用叶片泵或螺螺图13-113杆泵，以减少振振动影响。又又如为了不使使外界振动传传给机床，在机床安安装时，用隔隔离垫将机床床与地基隔开开等。 4合合理安排固有有频率和调节节振源频率在结构设计中应应使工艺系统统各部件的