影响表面质量的因素.ppt

机械加工表面质量机械加工表面质量1 1）表面层的加工硬化）表面层的加工硬化2 2）表面层金相组织的变化）表面层金相组织的变化3 3）表面层的残余应力）表面层的残余应力（2 2）表面层的物理力学性能）表面层的物理力学性能（1 1）表面的几何形状特征）表面的几何形状特征1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 微观误差微观误差 波距波距1mm1mm2 2）表面波度）表面波度 微观与宏观之间波距微观与宏观之间波距1 110mm10mm一、概述一、概述1.1.表面质量的基本概念表面质量的基本概念2.2.表面质量对使用性能的影响表面质量对使用性能的影响（1 1）表面质量对零件耐磨性的影响）表面质量对零件耐磨性的影响零件磨损三个阶段：零件磨损三个阶段：初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段一般来说表面粗糙一般来说表面粗糙度值越小耐磨性越度值越小耐磨性越好。但太小不易储好。但太小不易储油接触面发生分子油接触面发生分子粘接，磨损增加。粘接，磨损增加。表面加工硬化表面加工硬化使表使表层硬度增加耐磨性层硬度增加耐磨性提高。但硬化过度提高。但硬化过度会使表层剥落，加会使表层剥落，加快零件的磨损。快零件的磨损。表面金相组织的变表面金相组织的变化化会导致表层硬度会导致表层硬度发生变化，影响零发生变化，影响零件的耐磨性。件的耐磨性。（2 2）表面质量对疲劳强度的影响）表面质量对疲劳强度的影响（4 4）表面质量对配合质量的影响）表面质量对配合质量的影响（3 3）表面质量对耐腐蚀性的影响）表面质量对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展；表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差；表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差；表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力表层加工硬化及金相组织变化易产生内应力，导致应力腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。二、影响加工表面质量的因素二、影响加工表面质量的因素1.1.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素（1 1）切削加工影响表面粗糙度的因素）切削加工影响表面粗糙度的因素1 1）刀具几何形状的影响）刀具几何形状的影响H=f/(cotr+cotr)H=r(1-cos)f 2/8 r减小减小f、r、r及加大及加大r，可减小残留面积的高度，可减小残留面积的高度2 2）工件材料的性质）工件材料的性质工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺，加工表面粗糙。鳞刺，加工表面粗糙。适当增大刀具前角，提高刃磨适当增大刀具前角，提高刃磨质量，合理选择切削液，抑制积屑瘤和鳞刺。质量，合理选择切削液，抑制积屑瘤和鳞刺。3 3）切削用量）切削用量切削速度对表面粗糙切削速度对表面粗糙度影响很大，切削塑度影响很大，切削塑性材料时切削速度处性材料时切削速度处在产生积屑瘤和鳞刺在产生积屑瘤和鳞刺范围内，加工表面粗范围内，加工表面粗糙。糙。（2 2）磨削加工影响表面粗糙度的因素）磨削加工影响表面粗糙度的因素1 1）砂轮的粒度）砂轮的粒度 磨粒越细表面粗糙度值越小磨粒越细表面粗糙度值越小2 2）砂轮的硬度）砂轮的硬度 硬度适当表面粗糙度值小硬度适当表面粗糙度值小3 3）砂轮的修整）砂轮的修整 微刃性等高性好粗糙度值小微刃性等高性好粗糙度值小4)砂轮的组织砂轮的组织5)砂轮磨粒材料砂轮磨粒材料1.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素1.影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素2）磨削加工影响表面粗糙度的因素）磨削加工影响表面粗糙度的因素6 6）砂轮的速度越高砂轮的速度越高,工件表面的粗糙度值就越小工件表面的粗糙度值就越小7)增大工件速度增大工件速度,表面粗糙度值将增加表面粗糙度值将增加 径向进给量增加，粗糙度值增大；光磨次数增多，粗糙径向进给量增加，粗糙度值增大；光磨次数增多，粗糙度值减小度值减小,轴向进给量轴向进给量粗糙度值增大粗糙度值增大8 8）冷却润滑液）冷却润滑液 降低表面粗糙度值降低表面粗糙度值2.2.影响表面层物理力学性能的因素影响表面层物理力学性能的因素（1 1）表面层的加工硬化）表面层的加工硬化1 1）加工硬化产生的原因）加工硬化产生的原因表层材料塑性变形剪切滑移晶格畸变晶粒伸长纤维化表层材料塑性变形剪切滑移晶格畸变晶粒伸长纤维化加工硬化的评定指标：加工硬化的评定指标：表层金属的显微硬度表层金属的显微硬度 HV 硬化层深度硬化层深度 h 硬化程度硬化程度 N N=（HV-HV 0）/HV 0）100%（1）表面层的加工硬化）表面层的加工硬化）影响切削加工硬化的主要因素）影响切削加工硬化的主要因素刀具：刀刃钝圆半径，冷作硬化；后刀面磨损，冷作硬化。切削用量切削用量：切削速度，切削温度，则 冷作硬化；进给量，冷作硬化。被加工材料：硬度，冷作硬化；塑性，冷作硬化。2.2.影响表面层物理力学性能的因素影响表面层物理力学性能的因素Goback2.影响表面层物理力学性能的因素影响表面层物理力学性能的因素（1）表面层的加工硬化）表面层的加工硬化）影响磨削加工硬化的主要因素）影响磨削加工硬化的主要因素工件材料性能的影响工件材料性能的影响:工件材料主要从塑性工件材料主要从塑性变形和导热性两个方面影响表面冷作硬化。变形和导热性两个方面影响表面冷作硬化。塑性变形大，强化倾向大。导热性高塑性变形大，强化倾向大。导热性高,弱化倾弱化倾向小。向小。磨削用量的影响磨削用量的影响:工件转速增加，表面层的冷硬增大。工件转速增加，表面层的冷硬增大。砂轮速度增加砂轮速度增加,冷硬程度冷硬程度 降低降低,磨削深度增大，表面冷硬倾向增加。磨削深度增大，表面冷硬倾向增加。砂轮的影响砂轮的影响:砂轮粒度越大，每颗磨粒的载荷越砂轮粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也越小。小，冷硬程度也越小。(2)表层的残余应力表层的残余应力 残余应力产生的原因：残余应力产生的原因：1）热态塑性变形）热态塑性变形,2）金相组织的变化）金相组织的变化,3）冷态塑性变形）冷态塑性变形局部温升过高引起的热应力局部温升过高引起的热应力:材料在高温下，处于热塑性状态，因温度升高体积膨胀材料在高温下，处于热塑性状态，因温度升高体积膨胀,当温当温度降低体积减小而发生收缩，受下层材料的限制，则表层形成度降低体积减小而发生收缩，受下层材料的限制，则表层形成残余拉应力。残余拉应力。局部金相组织变化引起的相变应力局部金相组织变化引起的相变应力残余奥氏体残余奥氏体回火马氏体：体积膨胀，表层为残余压应力；回火马氏体：体积膨胀，表层为残余压应力；马氏体马氏体屈（索）氏体：体积收缩，表层为残余拉应力。屈（索）氏体：体积收缩，表层为残余拉应力。表面局部冷塑变形引起的塑变应力表面局部冷塑变形引起的塑变应力表层被拉长表层被拉长,表层存在压应力，里层存在压应力。另外表层存在压应力，里层存在压应力。另外,金属发金属发生冷塑变形，比重下降，体积增大，使生冷塑变形，比重下降，体积增大，使表层存在压应力表层存在压应力,下层下层存在拉应力存在拉应力(2)表层的残余应力表层的残余应力1)影响切削表层残余应力的因素影响切削表层残余应力的因素切削用量影响切削用量影响 进给量进给量，会使表层金属塑性变形增加，残余应，会使表层金属塑性变形增加，残余应力的数值及扩展深度相应增大。力的数值及扩展深度相应增大。切削速度切削速度,冷塑性变形冷塑性变形,热塑性变形热塑性变形,金相组织金相组织发生变化的可能性增加发生变化的可能性增加.刀具角度的影响刀具角度的影响:前角前角.切削刃钝圆半径、刀具磨损切削刃钝圆半径、刀具磨损状态状态.工件材料的影响工件材料的影响:塑性大的材料，切削加工后表面塑性大的材料，切削加工后表面层一般产生残余拉应力；脆性材料层一般产生残余拉应力；脆性材料,表面层产生残表面层产生残余压应力。余压应力。(2)表层的残余应力表层的残余应力1)影响磨削表层残余应力的因素影响磨削表层残余应力的因素若热因素起主导作用，工件表面将产生拉伸残余应力。若塑性变形起主导若热因素起主导作用，工件表面将产生拉伸残余应力。若塑性变形起主导作用，工件表面将产生压缩残余应力。作用，工件表面将产生压缩残余应力。磨削用量的影响磨削用量的影响:磨削深度对表面层残余应力的性质、数值有很大影响。磨削深度对表面层残余应力的性质、数值有很大影响。砂轮速度砂轮速度,表面金属产生拉伸残余应力的倾向增大。表面金属产生拉伸残余应力的倾向增大。加大工件的回转速度和进给速度加大工件的回转速度和进给速度,表面金属中产生拉伸残余应表面金属中产生拉伸残余应力的趋势逐渐减小，而产生压缩残余应力的趋势逐渐增大。力的趋势逐渐减小，而产生压缩残余应力的趋势逐渐增大。工件材料的影响工件材料的影响:工件材料的强度越高、导热性越差、工件材料的强度越高、导热性越差、塑性越低，在磨削时表面金属产生拉伸残余应力的塑性越低，在磨削时表面金属产生拉伸残余应力的倾向就越大。倾向就越大。（3 3）表面层材料的金相组织变化）表面层材料的金相组织变化切削加工切削加工时切削热大部分被切屑带走对金相时切削热大部分被切屑带走对金相组织影响小，组织影响小，磨削磨削时工件温升高引起金相组织显著变化时工件温升高引起金相组织显著变化.这种高温使表层金属的金相组织产生变化，这种高温使表层金属的金相组织产生变化，造成表层金属硬度下降，工件表面呈现氧化造成表层金属硬度下降，工件表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为膜颜色，这种现象称为磨削烧伤磨削烧伤。（3）表面层材料的金相组织变化）表面层材料的金相组织变化磨削淬火钢时容易出现的磨削淬火钢时容易出现的三种三种烧伤：烧伤：回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度，回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度，而未达相变温度，产生回火组织而未达相变温度，产生回火组织 （索氏体或屈氏体）。（索氏体或屈氏体）。淬火烧伤：磨削区温度超过相变温度，由于冷却液淬火烧伤：磨削区温度超过相变温度，由于冷却液 急冷，表层出现二次淬火马氏体。急冷，表层出现二次淬火马氏体。退火烧伤：磨削区温度超过相变温度，不用冷退火烧伤：磨削区温度超过相变温度，不用冷 却液，工件缓慢冷却，发生退火。却液，工件缓慢冷却，发生退火。（3）表面层材料的金相组织变化）表面层材料的金相组织变化表面颜色与烧伤之间的关系：黑 青 淡青 米黄 淡黄（3）表面层材料的金相组织变化）表面层材料的金相组织变化避免和减轻磨削烧伤的基本途径避免和减轻磨削烧伤的基本途径(1)正确选择砂轮正确选择砂轮.选择较软的砂轮选择较软的砂轮.(2)合理选择磨削用量合理选择磨削用量(3)改善冷却条件改善冷却条件3.3.机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动振动主要来自两方面：振动主要来自两方面：1 1）机内振源）机内振源 旋转件的不平衡、传动机构的缺陷、冲旋转件的不平衡、传动机构的缺陷、冲 击、惯性力等引起的振动击、惯性力等引起的振动2 2）机外振源）机外振源 其它机床、锻锤等其它机床、锻锤等三、提高表面质量的途径三、提高表面质量的途径1.1.采用精密和光整加工工艺采用精密和光整加工工艺精密车削、高速精镗、宽刃精刨、精密磨削；精密车削、高速精镗、宽刃精刨、精密磨削；光整加工：研磨、超精研磨、珩磨光整加工：研磨、超精研磨、珩磨2.2.采用冷压强化工艺采用冷压强化工艺滚压、挤压、喷丸强化滚压、挤压、喷丸强化3.3.减小残余应力、防止磨削烧伤及裂纹减小残余应力、防止磨削烧伤及裂纹