机械加工表面质量及其控制课件

第三章机械加工表面质量及其控制

机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米-几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。

零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工后的表面质量。1零件表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一、表面质量的含义（内容）2

表面粗糙度太大和太小都不耐磨。1．表面质量对零件耐磨性的影响二、表面质量对零件使用性能的影响（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响3表面粗糙度与初期磨损量的关系表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。5加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响6并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。7（2）表面层冷作硬化与残余应力

对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。产生冷作硬化必然伴有残余应力，残余应力有拉应力和压应力之分。它们对零件的抗疲劳强度影响是不同的。9残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。10（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响

表面粗糙度较大，则降低了配合精度。（2）表面残余应力对零件工作精度的影响

表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。3.表面质量对零件工作精度的影响11（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响

零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。13如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；

对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。5、表面质量对零件使用性能还有

其它方面的影响：14零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能的影响对工作精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性表面质量对零件使用性能的影响15车削、刨削时残留面积高度17塑性材料：工件材料塑性、韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。脆性材料：加工脆性材料时，由于切屑的崩碎性，使加工表面粗糙。2、物理力学因素（1）工件材料的影响18加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响（对积屑瘤的影响）见如图所示。（2）切削速度的影响19合理使用冷却润滑液；适当增大刀具的前角；提高刀具的刃磨质量等。（4）其它因素的影响均能有效地减小表面粗糙度值。21影响切削加工表面粗糙度的因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质量切削用量工件材料残留面积↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃倾角会影响实际工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性↑→Ra↑同样材料晶粒组织大↑→Ra↑，常用正火、调质处理刀具材料强度↑→Ra↓刃磨质量↑→Ra↓冷却、润滑↑→Ra↓影响切削加工表面粗糙度的因素22影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力学性能影响金相组织变化因素影响显微硬度因素影响残余应力因素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变形热塑性变形金相组织变化切削热四、影响表面层物理力学性能的

主要因素及其控制23

衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项：1）表面层的显微硬度HV；2）硬化层深度h；3）硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0×100％式中HV0——工件原表面层的显微硬度。（2）衡量表面层加工硬化的指标25（3）影响表面层加工硬化的因素

①刀具几何形状的影响②切削用量的影响③工件材料性能的影响切削刃rε↑、前角↓、后面磨损量VB↑→表层金属的塑变加剧→冷硬↑切削速度v↑→塑变↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑变↑→冷硬↑材料塑性↑→冷硬↑26切削热在表层金属产生残余拉应力的示意图29

机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化的综合结果。

1）切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。

2）磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。（2）影响表面残余应力的主要因素30

滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能力和疲劳强度。滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。1．滚压加工五、提高表面层物理力学性能的加工方法31滚压加工原理图32

喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度。

珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝（使用一段时间后，自然变成球状）。对于铝质工件，为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜采用铝丸或玻璃丸。珠丸的直径一般为0.2~4mm，对于尺寸较小、表面粗糙度值较小的工件，采用直径较小的珠丸。