机械加工表面质量概述.pptx

第第 5 5 章章机械加工表面质量机械加工表面质量第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量本章提要本章提要 机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿命。机械加工表面质量是以机械零件的寿命。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面加工表面和和表表面层面层作为分析和研究对象的。本章旨在作为分析和研究对象的。本章旨在研究研究零件表面层零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，在加工中的变化和发生变化的机理，掌握掌握机械加工中各机械加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律，种工艺因素对表面质量的影响规律，运用运用这些规律来控这些规律来控制加工中的各种影响因素，以满足表面质量的要求。制加工中的各种影响因素，以满足表面质量的要求。第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量5.15.25.35.45.5概述概述表面粗糙度影响的工艺因素及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺因素及其改善的工艺措施影响表层物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径机械加工中的振动及其控制措施机械加工中的振动及其控制措施内容提纲内容提纲第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量任何机械加工方法所得到的零件表面，实际上都不是完全任何机械加工方法所得到的零件表面，实际上都不是完全理想的表面。实践证明，理想的表面。实践证明，机器零件的破坏，一般都从表层开始机器零件的破坏，一般都从表层开始，这从一定程度上表明零件的表面质量对产品质量影响很大。这从一定程度上表明零件的表面质量对产品质量影响很大。产品工作性能的可靠性、耐久性，很大程度上取决于其主产品工作性能的可靠性、耐久性，很大程度上取决于其主要零件的表面质量。机器零件使用性能的耐磨性、疲劳强度、要零件的表面质量。机器零件使用性能的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性等，除与材料本身的性能和热处理有关外，主要取决于耐蚀性等，除与材料本身的性能和热处理有关外，主要取决于加工后的表面质量。随着产品性能的不断提高，一些重要零件加工后的表面质量。随着产品性能的不断提高，一些重要零件必须在高应力、高速、高温等极端条件下工作，因其工作表面必须在高应力、高速、高温等极端条件下工作，因其工作表面作用有最大应力并直接受外界介质的腐蚀，表面层的任何缺陷作用有最大应力并直接受外界介质的腐蚀，表面层的任何缺陷都可能引起应力集中、应力腐蚀等现象而导致零件的损坏，于都可能引起应力集中、应力腐蚀等现象而导致零件的损坏，于是表面质量问题也会变得突出和复杂。是表面质量问题也会变得突出和复杂。 5.1 概概 述述5.1.1机械加工表面质量含义机械加工表面质量含义第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量研究表面质量的目的，是要掌握机械加工中各种工艺因素研究表面质量的目的，是要掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的作用及影响规律，以便应用这些规律控制加工过对表面质量的作用及影响规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终提高零件的表面质量和产品使用性能。程，最终提高零件的表面质量和产品使用性能。机械加工表面质量的研究内容包括加工表面几何形状特征机械加工表面质量的研究内容包括加工表面几何形状特征和表面层物理、机械性能的变化。和表面层物理、机械性能的变化。 5.1 概概 述述5.1.1机械加工表面质量含义机械加工表面质量含义第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量吸附层吸附层 88nm基体材料基体材料纤维层纤维层压缩区压缩区 几十几十几百几百微米微米热影响区热影响区显微硬度显微硬度残余应力残余应力加工表面层沿深度变化示意图加工表面层沿深度变化示意图 5.1 概概 述述5.1.1机械加工表面质量含义机械加工表面质量含义第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量零件表面质量零件表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几表面微观几何形状特征何形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 表面质量的含义（内容）表面质量的含义（内容） 5.1 概概 述述5.1.1机械加工表面质量含义机械加工表面质量含义第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量表面粗糙度：表面粗糙度：是指表面是指表面微观微观几何形状误差，其波长与波高的比几何形状误差，其波长与波高的比值在值在L1/H140的范围内，波距的范围内，波距0.020.10.100.500.251.250.12.00.5010.00.84.02.010.010.050.02.512.510.080.0503208.040.01、表面层的几何形状、表面层的几何形状 5.1 概概 述述5.1.1机械加工表面质量含义机械加工表面质量含义第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量1) 表面层冷作硬化表面层冷作硬化(简称冷硬简称冷硬)：在机械加工中，零件表面层产在机械加工中，零件表面层产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。一般情况下表面硬化层的深度可达象。一般情况下表面硬化层的深度可达0.05 0.30mm。2) 表面层金相组织的变化：表面层金相组织的变化：机械加工过程中，由于切削热或磨机械加工过程中，由于切削热或磨削热的作用引起工件表面温升过高，表面层金属的金相组织发削热的作用引起工件表面温升过高，表面层金属的金相组织发生变化的现象。生变化的现象。3) 表面层残余应力：表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。响，工件表面层产生残余应力。2、表面层的物理机械性能、表面层的物理机械性能 5.1 概概 述述5.1.1机械加工表面质量含义机械加工表面质量含义第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量1、 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响耐磨性主要取决于摩擦副的材料及润滑条件，还与零件的耐磨性主要取决于摩擦副的材料及润滑条件，还与零件的表面质量有关。表面质量有关。零件磨损三个阶段：零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段磨损阶段摩擦副的磨损过程摩擦副的磨损过程 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 （1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 v 表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大和太小都不耐磨l表面粗糙度太大，接触表面的实际压表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；裂、切断，故磨损加剧；l表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分子粘结面间不易形成油膜，容易发生分子粘结而加剧磨损。而加剧磨损。1、 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 （1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 v 表面粗糙度的最佳值与机器零件的工表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向，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上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。之右移。 1、 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响l 加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，为它使磨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。减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。l 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松疏松”，在相对，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，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。使零件加速磨损。1、 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。纹。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。抗疲劳破坏的能力越差。2、 表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响 l 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。l 残余应力有拉应力和压应力之分残余应力有拉应力和压应力之分: 残余拉应力残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降降低疲劳强度低疲劳强度 残余压应力残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，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，从而延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度提高零件的疲劳强度。2、 表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响）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。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。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表面质量对零件工作精度的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。渗透与腐蚀作用越强烈。因此因此减小零件表面粗糙度，可以提高减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能零件的耐腐蚀性能。（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面零件表面残余压应力残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，进入，可增强零件的耐腐蚀性可增强零件的耐腐蚀性，而表面，而表面残余拉应力则降低零件残余拉应力则降低零件耐腐蚀性耐腐蚀性。 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小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。动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。4、 表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度对疲劳强度的影响的影响对耐磨性的对耐磨性的影响影响对耐腐蚀性对耐腐蚀性能的影响能的影响对工作精度对工作精度的影响的影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性反之则降低耐腐蚀性 5.1 概概 述述5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 5.1 概概 述述5.1.3 机械加工表面质量的研究内容机械加工表面质量的研究内容为保证机器产品的使用性能和使用寿命，机械加工表面质为保证机器产品的使用性能和使用寿命，机械加工表面质量的研究应包括如下内容：量的研究应包括如下内容：（1 1）表面粗糙度及其降低的工艺措施；）表面粗糙度及其降低的工艺措施；（2 2）表面层物理、力学性能及其改善的工艺措施；）表面层物理、力学性能及其改善的工艺措施；（3 3）机械加工中的振动及其控制。）机械加工中的振动及其控制。第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何几何因素因素和和物理力学物理力学因素两个方面。因素两个方面。1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量1、 切削加工表面粗糙度的形成及影响因素切削加工表面粗糙度的形成及影响因素(1)(1)几何因素几何因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr进给量进给量f 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度切削加工后表面的实际轮廓与纯几何因素所形成的理切削加工后表面的实际轮廓与纯几何因素所形成的理想轮廓往往差别较大。这主要是因为在加工过程中还有塑想轮廓往往差别较大。这主要是因为在加工过程中还有塑性变形等物理因素的影响。性变形等物理因素的影响。这些物理因素的影响一般较复杂，它与切削原理中所这些物理因素的影响一般较复杂，它与切削原理中所叙述的加工表面的形成过程有关，如在加工过程中产生的叙述的加工表面的形成过程有关，如在加工过程中产生的积屑瘤、鳞刺和振动等对加工表面粗糙度的形成均有很大积屑瘤、鳞刺和振动等对加工表面粗糙度的形成均有很大影响。影响。第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成l 被加工材料的性能被加工材料的性能塑性变形塑性变形的影响的影响 切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生塑性变形。生塑性变形。l 与切削机理有关的物理因素与切削机理有关的物理因素刀瘤刀瘤和和鳞刺鳞刺的影响的影响l切削用量的影响切削用量的影响l刀具材料的影响刀具材料的影响 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量刀瘤对工件表面质量的影响刀瘤对工件表面质量的影响切削过程中切屑底层和前刀面发生冷焊的结果。切削过程中切屑底层和前刀面发生冷焊的结果。(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量鳞刺的产生：鳞刺的产生：切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象。削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象。鳞刺的形成：抹试阶段、导裂阶段、层积阶段、刮成阶段(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量工件材料的影响工件材料的影响v 韧性材料：韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变工件材料韧性愈好，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，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。常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。v 脆性材料：脆性材料：加工粗糙度接近理论值。加工粗糙度接近理论值。加工脆加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量切削速度的影响切削速度的影响 加工塑性材料时，加工塑性材料时，切削速度切削速度对表面粗糙度对表面粗糙度的影响如图所示。积屑瘤和鳞刺仅在低速时产的影响如图所示。积屑瘤和鳞刺仅在低速时产生。切削速度越高，塑性变形越不充分，表面生。切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小；选择低速宽刀精切和高速精切，粗糙度值越小；选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。可以得到较小的表面粗糙度。 加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响实线只考虑塑性变形的影响虚线考虑刀瘤和鳞刺的影响(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量其它因素的影响其它因素的影响 合理使用合理使用冷却润滑液冷却润滑液，适当增大，适当增大刀具的刀具的前角前角，提高，提高刀具的刃磨质量刀具的刃磨质量等，均能有效地等，均能有效地减小表面粗糙度值。减小表面粗糙度值。进给量的影响进给量的影响 减小减小进给量进给量f固然可以减小表面粗糙度值，固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。(2)(2)物理力学因素物理力学因素1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量(3)(3)工艺系统振动工艺系统振动1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度工艺系统的低频振动，一般在工件的已加工表面上产工艺系统的低频振动，一般在工件的已加工表面上产生表面波度，而工艺系统的高频振动将对已加工表面的粗生表面波度，而工艺系统的高频振动将对已加工表面的粗糙度产生影响。为降低加工表面的粗糙度，则必须采取相糙度产生影响。为降低加工表面的粗糙度，则必须采取相应措施防止加工过程中产生高频振动。应措施防止加工过程中产生高频振动。第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量影响切削加工表影响切削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨质量刀具材料、刃磨质量切削用量切削用量工件材料工件材料残留面积 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃倾角会影响实际工作前角 v Raf Raap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 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。1、 磨削加工后表面粗糙度的形成磨削加工后表面粗糙度的形成磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多数是负前磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工表面挤压，没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟工表面挤压，没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟槽与隆起，又由于磨削时的高温更加剧了塑性变形，故表面槽与隆起，又由于磨削时的高温更加剧了塑性变形，故表面粗糙度值增大。粗糙度值增大。 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量1、 磨削加工后表面粗糙度磨削加工后表面粗糙度磨粒在工件上的刻痕磨粒在工件上的刻痕 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 磨粒磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。2、 磨削中影响粗糙度的因素磨削中影响粗糙度的因素 砂轮修整砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度(1)(1)砂轮的磨粒砂轮的磨粒(2)(2)砂轮修整砂轮修整第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量v 砂轮转速砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。多，表面粗糙度值就越小。v 工件速度工件速度对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。工件的速度增大，通过加工表面的磨粒数减少，响相反。工件的速度增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。因此表面粗糙度值增大。v 砂轮的纵向进给量砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向为提高磨削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表面粗糙度值。磨削，以减小表面粗糙度值。2、 磨削中影响粗糙度的因素磨削中影响粗糙度的因素(3)(3)磨削用量磨削用量 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量太硬易使磨粒磨钝太硬易使磨粒磨钝 Ra ；太软容易堵塞砂轮太软容易堵塞砂轮Ra ；韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落Ra 。2、 磨削中影响粗糙度的因素磨削中影响粗糙度的因素(4)(4)工件材料工件材料 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量影响磨削加工表影响磨削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素 粒度粒度Ra 金刚石笔锋利金刚石笔锋利，修正导程、径，修正导程、径向进给量向进给量 Ra磨粒等高性磨粒等高性Ra硬度硬度钝化磨粒脱落钝化磨粒脱落 Ra硬度硬度磨粒脱落磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差太硬、太软、韧性、导热性差 Ra砂轮粒度砂轮粒度工件材料性质工件材料性质砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮硬度砂轮硬度砂轮砂轮V Raap、工件、工件V 塑变塑变 Ra粗磨粗磨ap生产率生产率精磨精磨ap Ra(ap=0光磨光磨) 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 5.2 表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施表面粗糙度影响的工艺参数及其改善的工艺措施5.2.3 超精研、研磨、珩磨和抛光加工的表面粗糙度超精研、研磨、珩磨和抛光加工的表面粗糙度超精研、研磨、珩磨和抛光加工，一般只规定加工时的压超精研、研磨、珩磨和抛光加工，一般只规定加工时的压强。加工时所用的工具由加工面本身导向而相对于工件的定位强。加工时所用的工具由加工面本身导向而相对于工件的定位基准没有确定的位置，所使用的机床也不需要具有非常精确的基准没有确定的位置，所使用的机床也不需要具有非常精确的成型运动。成型运动。这些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，而加工精度这些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，而加工精度则主要由前面工序保证。则主要由前面工序保证。采用这些方法加工时，其加工余量都不可能太大，一般只采用这些方法加工时，其加工余量都不可能太大，一般只是前道工序公差的几分之一。因此，这些加工方法均被称为零是前道工序公差的几分之一。因此，这些加工方法均被称为零件表面的光整加工技术。件表面的光整加工技术。第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表表面层冷作硬化面层冷作硬化、金相组织的变化金相组织的变化和和残余应力的产生残余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。能的变化会很大。 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量影响表面层物理力学性能的主要因素影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力表面物理力学性能学性能影响影响金相组金相组织变化织变化因素因素影响影响显微硬显微硬度度因素因素影响影响残余应残余应力力因素因素 塑变引起的冷硬塑变引起的冷硬 金相组织变化引起金相组织变化引起的硬度变化的硬度变化 冷塑性变形冷塑性变形 热塑性变形热塑性变形 金相组织变化金相组织变化 切削热切削热冷作硬化冷作硬化金相组织变化金相组织变化残余应力残余应力表表现现形形式式 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量切削或磨削加工中，表面层金属由于塑性变形使晶格扭切削或磨削加工中，表面层金属由于塑性变形使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移, ,晶粒被拉长和纤维化，甚至晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，引起材料的强化（使表面层金属的硬度和强度提高），破碎，引起材料的强化（使表面层金属的硬度和强度提高），这种现象称为这种现象称为加工硬化加工硬化，又称，又称冷作硬化冷作硬化或或强化。强化。1、 冷作硬化的概念冷作硬化的概念 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施5.3.1 加工表面层的冷作硬化加工表面层的冷作硬化第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量弱化：弱化：被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、热作用种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、热作用时间的长短和表层金属的强化程度。时间的长短和表层金属的强化程度。由于在加工过程中表层金属同时受到变形和热的作用，加由于在加工过程中表层金属同时受到变形和热的作用，加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。1、 冷作硬化的概念冷作硬化的概念 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施5.3.1 加工表面层的冷作硬化加工表面层的冷作硬化第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量衡量表面层衡量表面层加工硬化程度加工硬化程度的指标有下列三项：的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度）表面层的显微硬度H；2）硬化层深度）硬化层深度h；3）硬化程度）硬化程度NN=(H-H0)/H0100式中式中 H0工件原表面层的显微硬度。工件原表面层的显微硬度。2、冷作硬化的评定、冷作硬化的评定 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施5.3.1 加工表面层的冷作硬化加工表面层的冷作硬化第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 表面层冷作硬化的程度决定于表面层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力产生塑性变形的力、变形变形速度速度及及变形时的温度变形时的温度。力越大，塑性变形越大，则硬化程度。力越大，塑性变形越大，则硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；变越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。织的恢复程度。3、 影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施5.3.1 加工表面层的冷作硬化加工表面层的冷作硬化第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量 刀具几何形状的影响刀具几何形状的影响切削刃切削刃 r、前角、前角、后面磨损量、后面磨损量VB 表层金属的塑变加剧表层金属的塑变加剧冷硬冷硬切削用量的影响切削用量的影响 切削速度切削速度v温度升高，冷硬恢复；温度升高，冷硬恢复；刀具、工件接触时间短，塑变刀具、工件接触时间短，塑变冷硬冷硬 f切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬f 较小较小刀具刃口圆角在加工表面单位长度刀具刃口圆角在加工表面单位长度上的挤压次数增多上的挤压次数增多冷硬冷硬工件材料性能的影响工件材料性能的影响 材料塑性材料塑性冷硬冷硬3、 影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施5.3.1 加工表面层的冷作硬化加工表面层的冷作硬化第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其邻近区域产生了一定的温升。邻近区域产生了一定的温升。定义：定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹，这种现象称为降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨磨削烧伤削烧伤。淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种形式。有三种形式。1. . 机械加工表面层金相组织的变化机械加工表面层金相组织的变化 5.3 影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施影响表层力学物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施5.3.2 表面层金属的金相组织变化表面层金属的金相组织变化第第5 5章章 机械加工表面质量机械加工表面质量淬火烧伤淬火烧伤回火烧伤回火烧伤退火烧伤退火烧伤 2. .