机械加工表面质量的影响因素及改善措施

机械制造技术基础

4.5

机械加工表面质量的影响因素及改善措施Surfacemachiningqualityfactorsandimprovementmeasures第4章机械加工质量MachiningQuality14.5.1切削加工表面的形成过程

O为切削层金属的分流点24.5.2机械加工表面粗糙度

横(平行于进给运动方向)纵(垂直于进给运动方向)概述横向纵向理论粗糙度实际粗糙度粗糙度理论粗糙度实际粗糙度3图4-37车削时残留面积的高度直线刃车刀（a）（4-42）圆弧刃车刀（b）（4-43）影响因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削加工表面粗糙度产生的原因及其控制

4.5.2机械加工表面粗糙度

4切削速度影响最大：v=10～50m/min范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。其他影响因素：振动、刀具几何角度、磨损、刃磨质量，切削液等。切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收缩系数Ks1.52.02.53.0积屑瘤高度

h（μm）0200400600hKsRz4.5.2机械加工表面粗糙度

5砂轮速度vc↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂轮纵向进给f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑磨削用量对表面粗糙度的影响vw

=40(m/min)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vc=50(m/s)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vc(m/s),vw(m/min)Ra(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影响光磨次数-Ra关系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)光磨次数↑，Ra↓4.5.2机械加工表面粗糙度

6砂轮粒度↑，Ra↓；但要适量砂轮硬度适中，Ra↓；常取中软砂轮组织适中，Ra↓

；常取中等组织采用超硬砂轮材料，Ra

↓

砂轮精细修整，Ra↓砂轮影响其他影响因素工件材料冷却润滑液等4.5.2机械加工表面粗糙度

74.5.3加工表面变质层

冷作硬化切削或磨削加工时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎而得到强化。冷作硬化的特点：变形抵抗力提高（屈服点提高），塑性降低（相对延伸率降低）。冷硬的指标:通常用冷硬层的深度h、表面层的显微硬度H以及硬化程度N来表示，其中N=H/H0，H0为原来的显微硬度。84.5.3加工表面变质层

切削加工

f↑，冷硬程度↑(图4-64)◆切削用量影响◆刀具影响

rε↑，冷硬程度↑其他几何参数影响不明显后刀面磨损影响显著00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)后刀面磨损对冷硬影响◆工件材料材料塑性↑，冷硬倾向↑切削速度影响复杂（力与热综合作用结果）切削深度影响不大f和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：459磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加强）工件转速↑→冷硬程度↑纵向进给量影响复杂磨削深度↑→冷硬程度↑◆磨削用量◆砂轮砂轮粒度↑→冷硬程度↓砂轮硬度、组织影响不显著◆工件材料材料塑性↑→冷硬倾向↑材料导热性↑→冷硬倾向↓磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削磨削加工4.5.3加工表面变质层

10残余应力4.5.3加工表面变质层

在机械加工中，工件表面层金属相对基体金属发生形状、体积的变化或金相组织变化时，工件表面层中将残留相互平衡的残余应力。产生表面层残余应力的原因：冷态塑性变形机械加工时，表层金属产生强烈的塑性变形。沿切削速度方向表面产生拉伸变形，晶粒被拉长，金属密度会下降，即比容增大，而里层材料则阻碍这种变形，因而在表面层产生残余压应力，在里层则产生残余拉应力。热态塑性变形机械加工时，切削或磨削热使工件表面局部温升过高，引起高温塑性变形。11残余应力4.5.3加工表面变质层

12

v↑→残余应力↑（热应力起主导作用，图4-57）◆切削用量对残余应力的影响◆刀具对残余应力的影响前角+→－，残余拉应力↓刀具磨损↑→残余应力↑◆工件材料对残余应力的影响材料塑性↑→残余应力↑铸铁等脆性材料易产生残余压应力图4-58f对残余应力的影响工件：45，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液残余应力(Gpa)0.2000.200100200300400距离表面深度(μm)f

=0.40mm/rf

=0.25mm/rf

=0.12mm/r

f↑→残余应力↑（图4-58）切削深度影响不显著图4-57vc

对残余应力的影响γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件：45切削条件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距离表面深度(μm)残余应力(Gpa)-0.2000.20vc

=213m/minvc

=86m/minvc

=7.7m/min4.5.3加工表面变质层

13合理选择砂轮合理选择磨削用量改善冷却条件工件表层温度达到或超过金属材料相变温度时，表