第二节机械加工表面质量-PowerPointPrese

1、 任何机械加工所得到的零件表面实际上都不是完全理想的表面，实践表明，机械零件的破坏一般总是从表面层开始的。这说明零件的表面质量是至关重要的它对产品的质量有很大影响。 研究加工表面质量的目的，就是要掌握机械加工的各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程最终达到提高加工表面质量、提高产品使用性能的目的。4-2 机械加工表面质量 1一、表面面质量的的基本概概念零件表面面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化2 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ1、表面的的几何形形状误差差表

2、面粗糙糙度：加加工表面面的微观观几何误误差.表面波度度：加工工表面不不平度波波长与波波高比值值在501000的几何形形状误差差纹理方向向：表面面刀纹的的方向伤痕：加加工表面面个别位位置出现现的缺陷陷32、表层金金属的力力学物理理性能和和化学性性能表面层金金属的冷冷作硬化化表面层的的残余应应力表面层金金相组织织的变化化4二、表面面质量对对零件使使用性能能的影响响1表面质质量对零零件耐磨磨性的影影响（1）表面粗粗糙度对对零件耐耐磨性的的影响表面粗糙糙度太大大和太小小都不耐耐磨。如如图所示示：5表面粗糙糙度太大大，接触触表面的的实际压压强增大大，粗糙糙不平的的凸峰相相互咬合合、挤裂裂、切断断，故磨磨

3、损加剧剧；表面粗糙糙度太小小，也会会导致磨磨损加剧剧。因为为表面太太光滑，存不住住润滑油油，接触触面间不不易形成成油膜，容易发发生分子子粘结而而加剧磨磨损。表面粗糙糙度的最最佳值与与机器零零件的工工作情况况有关，载荷加加大时，磨损曲曲线向上上、向右右移动，最佳表表面粗糙糙度值也也随之右右移。6（2）表面层层的冷作作硬化对对零件耐耐磨性的的影响加工表面面的冷作作硬化，一般能能提高零零件的耐耐磨性。因为它它使磨擦擦副表面面层金属属的显微微硬度提提高，塑塑性降低低，减少少了摩擦擦副接触触部分的的弹性变变形和塑塑性变形形。并非冷作作硬化程程度越高高，耐磨磨性就越越高。这这是因为为过分的的冷作硬硬化，将

4、将引起金金属组织织过度“疏松”，在相相对运动动中可能能会产生生金属剥剥落，在在接触面面间形成成小颗粒粒，使零零件加速速磨损。72表面质质量对零零件疲劳劳强度的的影响（1）表面粗粗糙度对对零件疲疲劳强度度的影响响表面粗糙糙度越大大，抗疲疲劳破坏坏的能力力越差。对承受交交变载荷荷零件的的疲劳强强度影响响很大。在交变变载荷作作用下，表面粗粗糙度的的凹谷部部位容易易引起应应力集中中，产生生疲劳裂裂纹。表面粗糙糙度值越越小，表表面缺陷陷越少，工件耐耐疲劳性性越好；反之，加工表表面越粗粗糙，表表面的纹纹痕越深深，纹底底半径越越小，其其抗疲劳劳破坏的的能力越越差。8（2）表面层层冷作硬硬化与残残余应力力对零

5、件件疲劳强强度的影影响适度的表表面层冷冷作硬化化能提高高零件的的疲劳强强度。残余应力力有拉应应力和压压应力之之分，残残余拉应应力容易易使已加加工表面面产生裂裂纹并使使其扩展展而降低低疲劳强强度残余压应应力则能能够部分分地抵消消工作载载荷施加加的拉应应力，延延缓疲劳劳裂纹的的扩展，从而提提高零件件的疲劳劳强度。9（1）表面粗粗糙度对对零件配配合精度度的影响响表面粗糙糙度较大大，则降降低了配配合精度度。（2）表面残残余应力力对零件件工作精精度的影影响表面层有有较大的的残余应应力，就就会影响响它们精精度的稳稳定性。3.表面质量量对零件件工作精精度的影影响10表面质量量对零件件使用性性能的影影响零件表

6、面面质量粗糙度太太大、太太小都不不耐磨适度冷硬硬能提高高耐磨性性对疲劳强强度的影影响对耐磨性性影响对耐腐蚀蚀性能的的影响对工作精精度的影影响适度冷硬硬、残余余压应力力能提高高疲劳强强度粗糙度越越大、工工作精度度降低残余应力力越大，工作精精度降低低粗糙度越越大，耐耐腐蚀性性越差压应力提提高耐腐腐蚀性，拉应力力反之则则降低耐耐腐蚀性性11三、影响表面面粗糙度度的因素素及其控控制1、切削加加工表面面粗糙度度切削加工工后表面面粗糙度度的值主主要取决决于切削削残留面面积的高高度，影影响残留留面积高高度的因因素有：刀尖圆圆弧半径径r，主偏角kr、副偏角kr，进给量f。如图所示Rmaxfa）vffrRmax

7、vfrb）（1）几何因因素的影影响12直线刃车车刀（a）圆弧刃车车刀（b）13（2）物理因因素的影影响1）工件材材料的影影响韧性材料料：工件材料料韧性愈愈好，金金属塑性性变形愈愈大，加加工表面面愈粗糙糙。材料金相相组织：对同样的的材料，金相组组织越粗粗大，加加工表面面粗糙度度大，故故对中碳碳钢和低低碳钢材材料的工工件，为为改善切切削性能能，减小小表面粗粗糙度，常在粗粗加工或或精加工工前安排排正火或或调质处处理。脆性材料料：加工脆性性材料时时，其切切削呈碎碎粒状，由于切切屑的崩崩碎而在在加工表表面留下下许多麻麻点，使使表面粗粗糙。142）切削速速度的影影响加工塑性性材料时时，切削削速度对对表面粗

8、粗糙度的的影响随随切削速速度的变变化而变变化（对对积屑瘤瘤和鳞刺刺的影响响）见如如下图所所示。此外，切切削速度度越高，塑性变变形越不不充分，表面粗粗糙度值值越小选择低速速宽刀精精切和高高速精切切，可以以得到较较小的表表面粗糙糙度。切削速度度对脆性性材料的的影响不不大。15加工塑性性材料时时切削速速度对表表面粗糙糙度的影影响163）进给量量的影响响减小进给给量f固然可以以减小表表面粗糙糙度值，但进给给量过小小，表面面粗糙度度会有增增大的趋趋势，效效率降低低。4）其它因因素的影影响此外，合合理使用用冷却润润滑液，适当增增大刀具具的前角角，提高高刀具的的刃磨质质量等，均能有有效地减减小表面面粗糙度度

9、值。172、磨削中中影响表表面粗糙糙度的因因素及措措施工件的磨磨削表面面是由砂砂轮上大大量磨粒粒刻划出出无数极极细的刻刻痕形成成的，工工件单位位面积上上通过的的砂粒数数越多，则刻痕痕越多，刻痕的的等高性性越好，表面粗粗糙度值值越小。（1）砂轮磨粒在砂砂轮上的的分布越越均匀、磨粒越越细，刃刃口的等等高性越越好。则则砂轮单单位面积积上参加加磨削的的磨粒越越多，磨磨削表面面上的刻刻痕就越越细密均均匀，表表面粗糙糙度值就就越小。1）砂轮的的磨粒182）砂轮修修整砂轮修整整除了使使砂轮具具有正确确的几何何形状外外，更重重要的是是使砂轮轮工作表表面形成成排列整整齐而又又锐利的的微刃。因此，砂轮修修整的质质

10、量对磨磨削表面面的粗糙糙度影响响很大。砂轮上的的磨粒193）砂轮粒粒度与硬硬度磨粒太细细，砂轮轮易被磨磨屑堵塞塞，使表表面粗糙糙度值增增大，若若导热情情况不好好，还会会烧伤工工件表面面砂轮太硬硬，磨粒粒不易脱脱落，磨磨钝后不不能及时时被新的的磨粒代代替，使使表面粗粗糙度增增大；砂轮选得得太软，磨粒易易脱落，磨削作作用削弱弱，使表表面粗糙糙度值增增大。20（2）磨削用用量砂轮的转转速材料塑塑性变形形Ra；磨削深度度、工件速度度 塑性性变形Ra；为提高磨磨削效率率，通常常在开始始磨削时时采用较较大的径径向进给给量，而而在磨削削后期采采用较小小的径向向进给量量或无进进给量磨磨削，以以减小表表面粗糙糙

11、度值。21(3)冷却润滑滑液22四、影响响表面层层物理力力学性能能的工艺艺因素及及控制1、加工表面面层的冷冷作硬化化机械加工工时，工工件表面面层金属属受到切切削力的的作用产产生强烈烈的塑性性变形，使晶格格扭曲，晶粒间间产生剪剪切滑移移，晶粒粒被拉长长、纤维维化甚至至碎化，从而使使表面层层的强度度和硬度度增加，这种现现象称为为加工硬硬化，又又称冷作作硬化和和强化。刀具切削刃钝钝圆半径径r，冷硬程度度其他几何何参数影影响不明明显刀具磨损损影响显显著（力力和热互互相作用用）23切削用量量影响f，切削力，塑性变变形，冷硬程度度切削速度度影响复复杂（力力与热综综合作用用结果）切削深度度影响不不大 f 和

12、 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45切削速度度v塑变冷硬f切削力塑变变冷冷硬工件材料料材料塑性性，冷冷硬倾向向242、表面层金金相组织织变化与与磨削烧烧伤（1）表面层层金相组组织变化化与磨削削烧伤的的产生切削加工工中，由由于切削削热的作作用，在在工件的的加工区区及其邻邻近区域域产生了了一定的的温升。产生磨磨削烧伤伤现象。磨削烧伤伤：磨削加工工时，表表面层有有很高的的温度，当温度度达到相相变临界界点时，表层金金属就发发生金相相组织变变化

13、，强强度和硬硬度降低低、产生生残余应应力、甚甚至出现现微观裂裂纹。同同时出现现彩色氧氧化膜这种现象象称为磨磨削烧伤伤。淬火钢在在磨削时时，由于于磨削条条件不同同，产生生的磨削削烧伤有有三种形形式。25（2）磨削烧烧伤的三三种形式式淬火烧伤伤：磨削时工工件表面面温度超超过相变变临界温温度（碳碳钢为720）时，则则马氏体体转变为为奥氏体体。在冷冷却液作作用下，工件最最外层金金属会出出现二次次淬火马马氏体组组织。其其硬度比比原来的的回火马马氏体高高，但很很薄，其其下为硬硬度较低低的回火火索氏体体和屈氏氏体。由由于二次次淬火层层极薄，表面层层总的硬硬度是降降低的，这种现现象称为为淬火烧烧伤。26回火烧

14、伤伤磨削时，如果工工件表面面层温度度只是超超过原来来的回火火温度，则表层层原来的的回火马马氏体组组织将产产生回火火现象而而转变为为硬度较较低的回回火组织织（索氏氏体或屈屈氏体），这种种现象称称为回火火烧伤退火烧伤伤磨削时，当工件件表面层层温度超超过相变变临界温温度（中碳钢为为300）时，则则马氏体体转变为为奥氏体体。若此此时无冷冷却液，表层金金属空气气冷却比比较缓慢慢而形成成退火组组织。硬硬度和强强度均大大幅度下下降。这这种现象象称为退退火烧伤伤。27（3）影响磨磨削烧伤伤的因素素及改善善途径1）砂轮与与工件材材料磨削时，砂轮表表面上磨磨粒的切切削刃口口锋利磨削削力磨削区区的温度度磨削导热热性

15、差的的材料(耐热钢、轴承钢钢、不锈锈钢)磨削烧伤伤应合理选选择砂轮轮的硬度度、结合合剂和组组织磨磨削烧伤伤282）磨削用用量（1）砂轮转转速 磨削烧伤伤（2）径向进进给量ap磨削烧伤伤（3）轴向向进给量量fa磨削烧伤伤（4）工件速速度vw磨削烧伤伤3）改善冷冷却条件件采用内冷冷却法磨削烧烧伤内冷却装装置1锥形盖盖2通道孔孔3中心孔4有径向向小孔的的薄壁套套294)采用开槽槽砂轮间断磨削削受热热磨磨削烧伤伤能将冷却却液直接接带入磨磨削区，还能起起扇风作作用，改改善散热热条件开槽砂轮轮a）槽均匀分分布b）90度内变距开槽槽303、加工表面面的残余余应力（1）表面层层金属产产生残余余应力的的原因工件

16、表面面受到挤挤压与摩摩擦，表表层产生生伸长塑塑性变形形，基体体仍处于于弹性变变形状态态。切削削后，表表层产生生残余压压应力，而在里里层产生生残余拉拉伸应力力。1）冷冷态塑性性变形312）热热态塑塑性变形形表层产生生残余拉拉应力，里层产产生产生生残余压压应力切削热在在表层金金属产生生残余拉拉应力的的示意图图323） 表面面层金相相组织变变化比容大的的组织比容小小的组织织体积积收缩，产生拉拉应力，反之，产生压压应力。（密度度小，比比容大）回火烧伤伤：马氏氏体托托氏体（或索氏氏体），密度增增大，比比容减小小，表层层金属产产生残余余拉应力力，里层层产生残残余压应应力。淬火烧伤伤：马氏氏体二二次淬火火的

17、马氏氏体，密密度减小小，比容容增大，表层产产生残余余压应力力，里层层产生残残余拉应应力。33（2）影响车车削表面面残余应应力的主主要因素素机械加工工后工件件表面层层的残余余应力是是冷态塑塑性变形形、热态态塑性变变形和金金相组织织变化的的综合结结果。切切削加工工时起主主要作用用的往往往是冷态态塑性变变形，表表面层常常产生残残余压缩缩应力。磨削加加工时起起主要作作用的通通常是热热态塑性性变形或或金相组组织变化化引起的的体积变变化，表表面层常常产生残残余拉伸伸应力。34切削速度度v残余拉应应力（45#钢，热应应力起主主导作用用，其他他低碳钢钢材料有有所不同同）切削用量量刀具前角+，残余拉应应力用很大

18、负前前角时，会产生生残余压压应力，采用正正前角刀刀具，产产生残余余拉应力力。刀具磨损损残余压应应力工件材料料材料塑性性残余压应应力f塑性变形形和切削削热残余压应应力切削深度度影响不不显著35磨削加工工中，热热变形和和塑性变变形对磨磨削表面面的残余余应力影影响很大大，若热热因素起起主导作作用，工工件表面面产生残残余拉应应力，若若塑性变变形起主主导作用用，工件件表面将将产生残残余压应应力，若若工件出出现淬火火烧伤时时，此时时，金相相组织的的变化起起主导作作用，工工件表面面产生残残余压应应力。精精细磨削削时，塑塑性变形形起主导导作用，工件表表面产生生残余压压应力。（3）影响磨磨削表面面残余应应力的主主要因素素36磨削用量量磨削深度度ap：以铸铁为为例，深深度小时时，塑性性变形起起主导作作用，表表面产生生残余压压应力，深度增增大时，热因素素起主导导地位。表层金金属产生生残余拉拉应力。当深度度很大时时，由于于不会产产生淬火火现象，塑性变变形有起起主导作作用，表表面又产产生残余余压应力力。砂轮速度度：热热因素起起主导作作用，表表面产生生残余拉拉力。工件速度度和进给给量：砂轮和和工件热热作用时时间缩短短，塑性性变形起起主导作作用，表表面产生生残余压压应力。工件材料料工件材料料强度越越高，导导热性越越差，塑塑性越低低，磨削削时易产产生残余余拉应力力。37五、工件件最终加加工