机械加工表面质量及控制方案分析.pptx

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1、 任何机械加工方法获得的加工表面，都不是绝对任何机械加工方法获得的加工表面，都不是绝对理想的表面。理想的表面。既存在宏观几何形状误差既存在宏观几何形状误差，又存在微观又存在微观表面粗糙度、波度表面粗糙度、波度，以及表面划痕和裂纹等缺陷。，以及表面划痕和裂纹等缺陷。 一些重要零件常在高温、高速、高应力条件下工一些重要零件常在高温、高速、高应力条件下工作，表面存在任何缺陷都可能引起应力集中、应力腐作，表面存在任何缺陷都可能引起应力集中、应力腐蚀而导致零件损坏。蚀而导致零件损坏。实践证明机械零件破坏一般总是实践证明机械零件破坏一般总是从表面层开始的，说明零件的表面质量至关重要。从表面层开始的，说明零

2、件的表面质量至关重要。 研究表面质量的目的，是要掌握机械加工中各种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影响的规律，以便应用这些规律工艺因素对表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高表面质量提高产品使用控制加工过程，最终达到提高表面质量提高产品使用性能的目的。性能的目的。第一节第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响已加工表已加工表面质量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

3、面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ 表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于小于5050。表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在505010001000的的几何形状误差。几何形状误差。 10001000为宏观几何形状误差，属加工精度研究的范围为宏观几何形状误差，属加工精度研究的范围纹理方向：表面刀纹的方向，取决于加工方法纹理方向：表面刀纹的方向，取决于加工方法伤痕：加工表面出现的缺陷，如划痕、气孔、砂眼等伤痕：加工表面出现

4、的缺陷，如划痕、气孔、砂眼等（二）表面层材料的力学物理性能与化学性能（二）表面层材料的力学物理性能与化学性能 由于力和热的作用，表面层的力学物理性能由于力和热的作用，表面层的力学物理性能和化学性能将发生变化。和化学性能将发生变化。1）表面层金属的冷作硬化）表面层金属的冷作硬化；表层金属因塑性变形而；表层金属因塑性变形而引起强度硬度提高，用硬化程度和硬化深度衡量。引起强度硬度提高，用硬化程度和硬化深度衡量。一般机械加工方法，硬化深度为一般机械加工方法，硬化深度为0.05-0.3mm用滚用滚压加工可达几毫米。压加工可达几毫米。2）表面层金相组织的变化）表面层金相组织的变化。加工过程中，表面层因。加

5、工过程中，表面层因切削或磨削热引起温度升高而产生的金相组织的切削或磨削热引起温度升高而产生的金相组织的变化；变化； 如磨削淬火钢如磨削淬火钢,引起马氏体分解引起马氏体分解,成回火组成回火组织织.3）表面层金属的残余应力。）表面层金属的残余应力。表面层在切削力和切削表面层在切削力和切削热的作用下而产生不均匀的体积变化而产生残余热的作用下而产生不均匀的体积变化而产生残余应力。应力。 （一）表面质量对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响 零件精度保持性取决于耐磨性，耐磨性越高则工作精度零件精度保持性取决于耐磨性，耐磨性越高则工作精度保持性越好。耐磨性除与摩擦副的材料和润滑条件有关外，保持性越好。

6、耐磨性除与摩擦副的材料和润滑条件有关外，还与零件表面质量有关。还与零件表面质量有关。 1、粗糙度、波纹度对耐磨性的影响、粗糙度、波纹度对耐磨性的影响 表面越粗糙，有效接触面积越小，初期磨损越大。一般表面越粗糙，有效接触面积越小，初期磨损越大。一般说来说来随着粗糙度的减小，耐磨性提高，但也不是越小越好随着粗糙度的减小，耐磨性提高，但也不是越小越好。当表面粗糙度小到一定程度后，零件间的分子亲和力加强，当表面粗糙度小到一定程度后，零件间的分子亲和力加强，接触面容易发生分子粘接，润滑液难以储存，磨损加快。接触面容易发生分子粘接，润滑液难以储存，磨损加快。 2、表面纹理对耐磨性的影响、表面纹理对耐磨性的

7、影响 表面纹理的形状和方向影响有效接触面积和润滑油的表面纹理的形状和方向影响有效接触面积和润滑油的存留。一般说来，圆弧状，坑状表面纹理的耐磨性好，尖存留。一般说来，圆弧状，坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的表面纹理由于接触面压强大峰状的表面纹理由于接触面压强大,耐磨性差。纹理方向耐磨性差。纹理方向与运动方向相同，耐磨性好；纹理方向与运动方向垂直与运动方向相同，耐磨性好；纹理方向与运动方向垂直,则耐磨性差。则耐磨性差。3、表面冷作硬化对耐磨性的影响、表面冷作硬化对耐磨性的影响 表面层冷作硬化减少了摩擦副表面层冷作硬化减少了摩擦副接触部位的弹性变形和塑性变形，接触部位的弹性变形和塑性变形，因而减少了

8、磨损，提高耐磨性因而减少了磨损，提高耐磨性， 但并不是硬化程度越高耐磨性越但并不是硬化程度越高耐磨性越好，在硬化过度时，引起组织疏松好，在硬化过度时，引起组织疏松磨损会加剧，甚至产生剥落，所以磨损会加剧，甚至产生剥落，所以硬化层要控制在一定的范围。硬化层要控制在一定的范围。n 加工过程中，由于加工过程中，由于切削温度过高，表层金相组织会发生某切削温度过高，表层金相组织会发生某些变化些变化，如磨淬火零件时，表层的马氏本组织要分解或出，如磨淬火零件时，表层的马氏本组织要分解或出现回火组织或出现二次淬火组织，直接影响耐磨性。现回火组织或出现二次淬火组织，直接影响耐磨性。1）粗糙度粗糙度: 在交变载荷

9、的作用下，零件表面的粗糙度、在交变载荷的作用下，零件表面的粗糙度、划痕、裂纹等缺陷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂划痕、裂纹等缺陷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。对受交变载荷的零件纹。对受交变载荷的零件，减小表面粗糙度值可使疲劳减小表面粗糙度值可使疲劳强度提高强度提高3040%，表面越粗糙，搞疲劳性越差。，表面越粗糙，搞疲劳性越差。2）残余应力残余应力: 残余压应力残余压应力,能部分抵削工作载荷所施加的能部分抵削工作载荷所施加的拉应力，延缓裂纹的扩展，因而拉应力，延缓裂纹的扩展，因而提高零件的疲劳强度提高零件的疲劳强度。但但残余拉应力容易使表面产生裂纹，因而降低疲劳强度残余拉应力容易使表面

10、产生裂纹，因而降低疲劳强度。3）冷作硬化）冷作硬化: 冷作硬化提高零件的疲劳强度冷作硬化提高零件的疲劳强度。因为硬化。因为硬化层阻碍已有裂纹的扩大和新疲劳裂纹的产生。层阻碍已有裂纹的扩大和新疲劳裂纹的产生。1、表面粗糙度的影响、表面粗糙度的影响 零件在空气中或腐蚀介质中常发生化学腐蚀和电化零件在空气中或腐蚀介质中常发生化学腐蚀和电化学腐蚀，学腐蚀，表面越粗糙则加工表面与空气和腐蚀性介质的表面越粗糙则加工表面与空气和腐蚀性介质的接触面积越大，因而抗腐蚀性能越差。接触面积越大，因而抗腐蚀性能越差。2、金属力学与物理性质的影响、金属力学与物理性质的影响 加工表面的加工表面的冷作硬化和残余应力都将金属

11、表面处于高冷作硬化和残余应力都将金属表面处于高能位的不稳定状态，容易与空气中的物质发生化学反应能位的不稳定状态，容易与空气中的物质发生化学反应而被腐蚀。而被腐蚀。 无论是间隙配合、过盈配合还是过渡配合，如果表无论是间隙配合、过盈配合还是过渡配合，如果表面粗糙度太大，则必然影响实际配合的性质。面粗糙度太大，则必然影响实际配合的性质。 对间隙配合，如果对间隙配合，如果表面粗糙度太大，则初期磨损量表面粗糙度太大，则初期磨损量就越大，工作时间一长配合间隙就越大就越大，工作时间一长配合间隙就越大，以致改变原有，以致改变原有的配合性质，影响间隙配合的稳定性。的配合性质，影响间隙配合的稳定性。 初期磨损初期

12、磨损0与粗糙度的关系与粗糙度的关系 0=KRa K为比例系数为比例系数 这就是新机器为什么需要经过跑合阶段才能进入正这就是新机器为什么需要经过跑合阶段才能进入正常工作状态的原因。常工作状态的原因。 对于过盈配合，由于表面粗糙度的影响，会使实际对于过盈配合，由于表面粗糙度的影响，会使实际过盈量小于计算过盈量，装配时凸峰被剂掉，使实验过过盈量小于计算过盈量，装配时凸峰被剂掉，使实验过盈量减小盈量减小。 在切削和磨削过程中，表面粗糙度的形成由几何因素、在切削和磨削过程中，表面粗糙度的形成由几何因素、物理因素物理因素(表层金属的塑性变形表层金属的塑性变形)和工艺系统的振动决定。和工艺系统的振动决定。一

13、、切削加工表面粗糙度一、切削加工表面粗糙度 （一）几何因素（一）几何因素 切削加工表面粗糙度取决于切削残留面积的高度。切削加工表面粗糙度取决于切削残留面积的高度。残留面积高度与刀具的进给量，主偏角、副偏角和刀尖圆角半径有关。 rrctgKctgKfHrfrfrH8)4(222 图中的虚线为Rz与rE 、f的计算关系曲线，而实线为实际加工的结果。两者数值上的差别是由于Rz不仅受刀具几何形状的影响，同时还受表面金属层塑性变形的影响。进给量越小，这种影响越大。 由几何因素引起表面粗糙度过大，可通过减小切削层残留面积来解决。如减小进给量、减小刀具的主副偏角，增大刀具园角半径。 零件加工后实际轮廓与纯几

14、何因素所形成的理想轮廓有较大差别，因为在加工过程中还有塑性变形等物理因素的影响。 1）刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦，使金属材料发生塑性变形，使理论残留面积挤歪，因而增大了表面粗糙度。 2）切削过程中出现刀瘤与鳞刺会使表面粗糙度严重恶化，加工塑性材料时是影响粗糙度的主要因素。 刀馏是在切削过程中，切屑底层与前刀面发生冷焊的结果。 鳞刺是在已加工表面上出现磷片状毛刺般的缺陷。1、切削用量的影响（1）进给量的影响 在粗加工和半精加工中，当f0.15mm/r，进给量对表面粗糙度影响大； 当f0.15mm/r，则f的进一步减小，不能引起表面粗糙度明显下降； 当f0.02mm/r时，表面粗糙度主要取

15、决于被加工面的金属塑性变形。 V愈高，切削过程中切屑和加工表面的塑性变形程度就愈轻，粗糙度愈小；刀瘤和鳞刺都是在较低速度范围内产生，V愈高可防止刀瘤和鳞刺的产生。提高切削速度既有利于降低表面粗糙度，又有利于提高生产率。 加工脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响不大。加工脆性材料比加工塑性材料容易达到表面粗糙度要求。 切削深度对表面粗糙度的影响不大，但由于刀刃存在圆角半径，当切削深度小到一定程度后，不能进行正常切削，会出现刀具挤压打滑等现象，从而使表面粗糙度增大。 韧性较大的塑性材料加工后表面粗糙度大，脆性材料其加工粗糙度比较接近理论粗糙度。 对于同种材料，晶粒组织愈粗大，加工后粗糙度也愈大，为

16、减小加工后的粗糙度,常在切削加工前进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织。 前角r0 增大，则塑性变形小、粗糙度小；r0为负，塑性变形大、粗糙度大。 不同刀具材料，其化学成分不同，其硬度、刀具材料与工件材料的亲和程度、以及前后刀面与切屑和已加工表面的磨擦系数不同。 硬质合金刀具加工所得的表面粗糙度比高速钢刀具加工所获得的小，金刚石刀具加工所得的表面粗糙度比硬质合金刀具加工所得的还要小。1）金刚石强度和硬度高，在高温下能保持其性能。刃口锋利，在切削过程中，其刀尖圆角半径和刃口半径保持不变。2）金刚石与金属材料的亲和力小，加工中不会产生积屑瘤。3）金刚石刀具前后刀面的摩擦系数小，加工时的切削

17、力及表层金属的塑性变形小，有利于降低表面粗糙度。 降低表面粗糙度措施 合理选择刀具的几何角度，适当增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低前刀面和后刀面的表面粗糙度，选择合适冷却润滑液，提高润滑效果（可以抑制刀瘤和鳞刺的产生），均有利于降低表面粗糙度。 在影响表面粗糙度的几何因素和物理因素中，何者占主导地位，这取决于不同情况。加工脆性材料以几何因素为主；而加工塑性材料、特别是韧性大的材料，以物理因素为主。 与车削不同，磨削加工表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的沟槽所形成，每单位面积上的刻痕数愈多，即通过单位面积的磨粒数愈多，刻痕的等高性越好，则粗糙度愈小。 磨削表面粗糙度与几何因素、

18、物理因素和振动有关。（一）几何因素的影响： 1、磨削用量对表面粗糙度的影响、磨削用量对表面粗糙度的影响 1）砂轮的速度：）砂轮的速度： 提高砂轮速度，单位时间内通过被加提高砂轮速度，单位时间内通过被加工表面的磨粒数越多，同时塑性变形造成的隆起量随砂轮工表面的磨粒数越多，同时塑性变形造成的隆起量随砂轮速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。 2）工件速度和进给量的影响）工件速度和进给量的影响 提高工件速度和进给量提高工件速度和进给量,单单位时间内通过被磨表面的磨粒数位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，会增大表面粗糙度；减少，会增大表面粗糙度；3）磨削深度）磨

19、削深度 增大磨削深度，将增加塑性变形程度，从而增大磨削深度，将增加塑性变形程度，从而增大粗糙度增大粗糙度。： 1）砂轮的粒度愈细，则砂轮工作面的单位面积上的磨粒愈多，在工件上的刻痕愈密愈细，所以粗糙度愈小。因此，选择粒度号大的砂轮有利于降低表面粗糙。 但如果但如果粒度号过大，则只能采用很小的磨削深度粒度号过大，则只能采用很小的磨削深度，还，还需要很长时间的空行程，否则砂轮容易堵塞，造成表面烧需要很长时间的空行程，否则砂轮容易堵塞，造成表面烧伤。一般磨削其粒度号不超过伤。一般磨削其粒度号不超过80，常用，常用46-60号。号。 2）砂轮的修整： 如果砂轮工作表面修整不好，则表面上的磨粒不处在同一

20、高度，其中高度较低的磨粒不能起到磨削作用，加工时会使单位面积上的磨粒数减少，从而增大表面粗糙度。因此在磨削加工最后几次行程前，应精细修整砂轮。 砂轮修整时导程和切深越小，磨粒的微刃等高性越好，相当于选用大粒度号砂轮，磨削表面粗糙度越小。 砂轮修整时常用金刚石修整器。 在磨削过程中，通常在开始时采用较大的磨削深度，以提高生产率而最后采用小切深或无进给磨削以降低粗糙度。 由于磨削速度比切削加工的速度高很多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区域的温度很高（有时达900度）工件容易产生相变而烧伤，同时产生比切削加工更大的塑性变形，增大表面粗糙度。1、磨削用量 1）砂轮的速度： 砂轮速度越高，工件材

21、料来不及塑性变形，因而表面层金属的塑性变形减小，表面粗糙度将明显减小； 2）工件速度：工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度增大； 3）进给量：进给量增大，塑性变形增大，表面粗糙度增大 粒度、硬度、组织和材料对磨削表面粗糙度影响很大。 粒度：粒度越细，磨削表面粗糙度越小，但如果磨粒太小，砂轮容易堵塞，引起表面烧伤，使表面粗糙度增大。 硬度：砂轮的硬度是指磨粒在磨削力作用下从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮太硬，钝化了的磨粒不能及时被新磨粒替代，使表面粗糙度增大；砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表面粗糙度增大。 组织：指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。组织细密，能获得高精度和较小表面粗糙度

22、，组织疏松，不易堵塞，适于磨削软金属材料，如：磁钢、不锈钢和耐热钢。 材料：氧化物（刚玉）砂轮用于磨钢类零件；碳化物砂轮（碳化硅）用于磨铸铁和硬质合金等材料，人造金刚石和立方氮化硼，可获得很少的表面粗糙度，但成本较高。 在切削力和切削热作用下，加工表面的机械物理性能会在切削力和切削热作用下，加工表面的机械物理性能会发生变化，与基体材料性能有很大不同，主要变化：发生变化，与基体材料性能有很大不同，主要变化：表层表层金相组织的变化，微观硬度变化和在表层中产生残余应力。金相组织的变化，微观硬度变化和在表层中产生残余应力。一、加工表面的冷作硬化一、加工表面的冷作硬化 冷作硬化冷作硬化：在切削（磨削）过

23、程中，如果加工表面层产生：在切削（磨削）过程中，如果加工表面层产生的塑性变形使的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料表层强度和硬度生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料表层强度和硬度提高，这种现象称冷作硬化。提高，这种现象称冷作硬化。 冷硬的结果冷硬的结果：变形阻力增大、塑性降低，导电性、导热性：变形阻力增大、塑性降低，导电性、导热性发生变化。发生变化。冷作硬化的评定指标：冷作硬化的评定指标：1）表层金属的显微硬度，用HV表示2）硬化层深度h3）硬化程度N%10000HVHVHVN 硬化程度越大，则硬化层的深度

24、越大。硬化程度取决于硬化程度取决于： 1）产生塑性变形的力产生塑性变形的力： 力越大，塑性变形越大，硬化程度越大。力越大，塑性变形越大，硬化程度越大。 2）变形速度变形速度： 变形速度越快，变形越不充分，硬化程度越小。变形速度越快，变形越不充分，硬化程度越小。 3）变形温度变形温度： 变形的温度影响金相组织的恢复，当温度在变形的温度影响金相组织的恢复，当温度在0.250.3T范围，产生恢复现象，部分消除冷作硬化。范围，产生恢复现象，部分消除冷作硬化。 1、切削用量的影响、切削用量的影响 切削用量中以切削用量中以f 、 V影响最大影响最大 f增大，切削力增大，塑性变形程度也增大增大，切削力增大，

25、塑性变形程度也增大，因此硬化，因此硬化现象增大，但在现象增大，但在f较小时刀刃园角在表面上挤在使硬化增加。较小时刀刃园角在表面上挤在使硬化增加。 V增大，则硬化层的深度和硬度都减小增大，则硬化层的深度和硬度都减小，因为，因为V增大会增大会使温度增高有助于冷硬的回复，同时使温度增高有助于冷硬的回复，同时V增大，使刀具与工增大，使刀具与工件的接触时间缩短，塑性变形减少；件的接触时间缩短，塑性变形减少；切削深度对表面切削深度对表面层金属的冷作硬层金属的冷作硬化影响不大。化影响不大。 2、刀具几何形状的影响、刀具几何形状的影响 刀具前角减小，刃口圆角和后刀面的磨损量增大时，刀具前角减小，刃口圆角和后刀

26、面的磨损量增大时，冷作硬化程度和深度增大。冷作硬化程度和深度增大。 刃口圆角半径增大，则径向切削分力增大，塑性变刃口圆角半径增大，则径向切削分力增大，塑性变形加剧，引起冷硬增大形加剧，引起冷硬增大. 前角增大、切削力减小，塑性变形减小前角增大、切削力减小，塑性变形减小, 冷硬减小冷硬减小 刀具磨损对表层金属冷硬影响很大。后刀面磨损，刀具磨损对表层金属冷硬影响很大。后刀面磨损，磨损量小时，随磨损的增大冷硬增大，磨损量很大时，磨损量小时，随磨损的增大冷硬增大，磨损量很大时，软化作用增强。软化作用增强。 3、被加工材料性能的影响、被加工材料性能的影响 材料的塑性越大、硬度越低，则材料冷硬越严重。材料

27、的塑性越大、硬度越低，则材料冷硬越严重。 碳钢含碳量越高，强度越大，其塑性越小，冷硬越轻。碳钢含碳量越高，强度越大，其塑性越小，冷硬越轻。 有色金属，熔点低，易弱化，其冷作硬化比钢轻得多。有色金属，熔点低，易弱化，其冷作硬化比钢轻得多。减少切削加工表面冷作硬化的措施1）合理选择刀具角度，前角大，刃口半径小。2）限制后刀面的磨损。3）合理选择切削用量，V大f小。4）进行有效冷却。1、工件材料性能的影响、工件材料性能的影响 从材料的塑性和导热性两个方面考虑从材料的塑性和导热性两个方面考虑 磨高碳钢：硬化程度磨高碳钢：硬化程度60-65%，个别达，个别达100%。塑性差。塑性差 磨纯铁：硬化程度磨纯

28、铁：硬化程度75-80%，可达，可达140-150%。因为塑性好，。因为塑性好，导热性好，弱化倾向小。导热性好，弱化倾向小。2、磨削用量、磨削用量背吃刀量：背吃刀量：吃刀量大，磨削力大，塑性变形加剧，冷硬增大吃刀量大，磨削力大，塑性变形加剧，冷硬增大纵向进给速度：纵向进给速度：进给速度大，切屑的厚大，磨削力，冷硬增进给速度大，切屑的厚大，磨削力，冷硬增大；另一方面，温度升高，弱化作用增强。两者综合作用。大；另一方面，温度升高，弱化作用增强。两者综合作用。工件转速工件转速：转速增大，接触时间短，弱化的能力降低，冷硬：转速增大，接触时间短，弱化的能力降低，冷硬增大。增大。磨削速度磨削速度：砂轮速度

29、增大，切削厚度减小，磨削温度升高，：砂轮速度增大，切削厚度减小，磨削温度升高，冷硬降低。冷硬降低。 3、砂轮粒度的影响 粒度越大，每颗磨粒的载荷减小，冷硬减小。（四）冷作硬化的测量方法 主要测量表层的显微硬度和硬化层深度，硬化程度可通过计算得出。 显微硬度：显微硬度计 （一）、机械加工表面金相组织的转变 在机械加工过程中,所消耗的能量绝大多数转化成热能, 在切削热的作用下，加工表面温度会升高，当温度升高到一定程度后，则产生金相组织的变化。对切削加工，一般不会严重到如此程度，但对磨削来说，由于消耗的功率大，可能出现这种情况。1、磨削温度 磨削时，速度高，磨粒带有很大的负前角，除起切削作用外，还括

30、擦挤压工件表面，因而产生的磨削热比切削时大得多，加上有80%的磨削热传入工件，只有少部分通过切屑、砂轮、冷却液带走，而切削时只有约5%的热量进入工件，致使磨削时工件表面温度比切削时高得多。 磨削表层温度一般高达500600有时甚至达700以上，这样工件表面层产生金相组织变化，并使表层金属硬度下降，并呈现氧化膜颜色，这种现象称磨削烧伤。 淬火钢磨削可能产生三种烧伤：淬火钢磨削可能产生三种烧伤：回火烧伤：回火烧伤：当磨削区温度没有超过相变温度但超过马氏体转当磨削区温度没有超过相变温度但超过马氏体转变温度（变温度（250300）时，马氏体转变成回火屈氏体或）时，马氏体转变成回火屈氏体或索氏体等与回火

31、退火相近的组织，硬度低于回火马氏体。索氏体等与回火退火相近的组织，硬度低于回火马氏体。淬火烧伤：淬火烧伤：当磨削区温度超过相变临界温度（当磨削区温度超过相变临界温度（720）时，）时，马氏体转变成奥氏体，又由于冷却液的急剧冷却，会发生马氏体转变成奥氏体，又由于冷却液的急剧冷却，会发生二次淬火现象，其硬度比回火马氏体的硬度高。二次淬火现象，其硬度比回火马氏体的硬度高。退火烧伤：如果不用冷却液进行干磨，如温度超过相变临界温度，由于冷却速度较慢，表面硬度下降。 3、烧伤颜色 表面烧伤以后在光线的照射下呈一定的颜色，从烧伤色可以判断出表面层发生金相组织变化的程度。褐色、紫色、青色都是淬火烧伤。黄、浅黄

32、回火烧伤。 但表面没有烧伤颜色并不等于表面不存在损伤。如在磨削中，采用过大的磨削用量，造成很深的热变质层，以后的无进给磨削仅磨去表面烧伤色，但还并不意味着这层金属没有烧伤。 烧伤主要原因是磨削区域中温度过高。为此应尽量烧伤主要原因是磨削区域中温度过高。为此应尽量减少磨削时产生的磨削热，并迅速将磨削热传走，以降减少磨削时产生的磨削热，并迅速将磨削热传走，以降低工件表层温度。措施如下：低工件表层温度。措施如下：1、正确选择砂轮、正确选择砂轮 对于导热性差的材料对于导热性差的材料，如耐热钢、轴承钢和不锈钢，如耐热钢、轴承钢和不锈钢，容易产生烧伤，容易产生烧伤，应选择较软的砂轮，使磨粒钝化后尽快应选择

33、较软的砂轮，使磨粒钝化后尽快脱离脱离。同时可选择具有一定弹性的结合剂（如橡胶结合。同时可选择具有一定弹性的结合剂（如橡胶结合剂或树脂结合剂），也可避免烧伤。剂或树脂结合剂），也可避免烧伤。2、合理选择磨削用量、合理选择磨削用量 在磨削过程中，当增大磨削深度、砂轮转速和工件转在磨削过程中，当增大磨削深度、砂轮转速和工件转速时，均会引起表面温度升高。其中，速时，均会引起表面温度升高。其中，磨削深度影响最磨削深度影响最显著，应减少磨削切深显著，应减少磨削切深。 工件转速越大，表面的温度梯度越大，发生高温的表面层越薄。在以后的无进给磨削中将会被磨去。在以后的无进给磨削中将会被磨去。 由于金相组织转变需

34、要一定时间，提高工件转速后，工件与砂轮的接触时间会极短，而一出磨削区域，马上冷却，故一般来不及回火。 在加工中，如果出现烧伤层很薄，在以后的无进在加工中，如果出现烧伤层很薄，在以后的无进给磨削中会将其磨去。因此，问题不在于是否存在烧伤，给磨削中会将其磨去。因此，问题不在于是否存在烧伤，而在于烧伤到底有多厚。而在于烧伤到底有多厚。 所以所以提高工件速度有利于减轻表面的烧伤提高工件速度有利于减轻表面的烧伤。但提。但提高工件转速后，会影响表面粗糙度，高工件转速后，会影响表面粗糙度，故在生产中采用同故在生产中采用同时提高砂轮与工件速度的方法来防止烧伤。时提高砂轮与工件速度的方法来防止烧伤。3、改善冷却

35、条件、改善冷却条件 1ml水变成水蒸汽可带走水变成水蒸汽可带走2512J.磨削区每秒的发热磨削区每秒的发热量在量在4187J以下，如果冷却水能进入到磨削区域，可避以下，如果冷却水能进入到磨削区域，可避免烧伤。免烧伤。（1）用高压大流量冷却。）用高压大流量冷却。（2）为减轻高速旋转砂轮表面高压附着气流的作用，可加）为减轻高速旋转砂轮表面高压附着气流的作用，可加装空气挡板。装空气挡板。（3）采用内冷却，砂轮是多孔的，具有渗水能力。）采用内冷却，砂轮是多孔的，具有渗水能力。 因有水雾，工人操作条件差，且看不到火花，不便于因有水雾，工人操作条件差，且看不到火花，不便于磨削对刀。磨削对刀。4、选用开槽砂

36、轮 增大磨削刃距离，使砂轮与工件间断接触，不仅改善散热条件，提高冷却效果，可大大减小烧伤。 在切削和磨削加工中，加工表面层相对于基体材料会在切削和磨削加工中，加工表面层相对于基体材料会发生形状、体积或金相组织的变化，使表面层中产生相发生形状、体积或金相组织的变化，使表面层中产生相互平衡的残余应力。互平衡的残余应力。（一）表层金属产生残余应力的原因（一）表层金属产生残余应力的原因1、表层金属冷塑性变形所引起的残余应力、表层金属冷塑性变形所引起的残余应力 1）加工过程中，因塑性变形会发生晶格移动，原来）加工过程中，因塑性变形会发生晶格移动，原来的紧密排列受到破坏，引起的紧密排列受到破坏，引起容积增

37、大比重下降，从而在容积增大比重下降，从而在表层产生残余压应力，里层产生残余拉应力表层产生残余压应力，里层产生残余拉应力。 2）在切削力作用下，已加工表面层受拉应力产生伸）在切削力作用下，已加工表面层受拉应力产生伸长塑性变形，而里层仍处于弹性状态，切削力去除后里长塑性变形，而里层仍处于弹性状态，切削力去除后里层金属趋于复原，但层金属趋于复原，但受到已塑性变形的表层限制，不能受到已塑性变形的表层限制，不能回复到原状，因而在表面层产生残余压应力回复到原状，因而在表面层产生残余压应力，里存为拉，里存为拉应力。应力。2、局部温升过高而引起的残余应力、局部温升过高而引起的残余应力 加工过程会产生大量的切削

38、热。在切削热作用下表层加工过程会产生大量的切削热。在切削热作用下表层产生热膨胀，而基体温度较低，因此表层膨胀受基体的限产生热膨胀，而基体温度较低，因此表层膨胀受基体的限制产生热压缩应力，当表层温度超过弹性变形范围就产生制产生热压缩应力，当表层温度超过弹性变形范围就产生塑性变形（相对压缩）；当切削结束以后，温度下降，体塑性变形（相对压缩）；当切削结束以后，温度下降，体积要收缩，当进入弹性状态时，表层因产生热塑变形，其积要收缩，当进入弹性状态时，表层因产生热塑变形，其收缩会受到基体限制，故在表层产生拉应力，而在里层产收缩会受到基体限制，故在表层产生拉应力，而在里层产生压应力。生压应力。 当表层的残

39、余拉应力超过材料的强度极限时，表面会当表层的残余拉应力超过材料的强度极限时，表面会产生裂纹。产生裂纹。 故在磨削加工中表面容易出现裂纹。故在磨削加工中表面容易出现裂纹。 切削热使表层金属温度升高，甚至达到相变温度，因切削热使表层金属温度升高，甚至达到相变温度，因不同组织比重不同，相变的结果会造成体积变化，体积膨不同组织比重不同，相变的结果会造成体积变化，体积膨胀则产生残余压应力胀则产生残余压应力，体积缩小则产生残余拉应力体积缩小则产生残余拉应力。 淬火钢表层产生回火现象时马氏体转索氏体，因体积淬火钢表层产生回火现象时马氏体转索氏体，因体积缩小表层产生拉应力，里层产生残余压应力；淬火钢发生缩小表

40、层产生拉应力，里层产生残余压应力；淬火钢发生二次淬火时，淬火马氏体比回火马氏体体积大，因而表存二次淬火时，淬火马氏体比回火马氏体体积大，因而表存产生压应力，里层产生拉应力。产生压应力，里层产生拉应力。 4、机械加工后表面层的实际残余应力 表面加工以后的残余应力是上述三个方面综合作用的结果，在一定条件下，其中一种两种原因可能起主导作用。 切削加工中，如果切削热不高，以冷塑性变形为主表层产生压应力，如果切削热较高以后在表层中产生热塑性变形。热塑拉应力与冷塑压应力抵销一部分。 当冷塑占主导地位表面层产生残余压应力。 当热塑占主导地位表面层产生残余拉应力。 在磨削时，一般磨削热较高，常以相变和热塑性变

41、形产生的拉应力为主，所以表面层常带有残余拉应力。 1、切削速度和被加工材料的影响、切削速度和被加工材料的影响 45#钢，在各种切削速度下均产生残余拉应力，说钢，在各种切削速度下均产生残余拉应力，说明切削热起主要作用。明切削热起主要作用。 18CrNiMoA在切削速度较低时产生残余拉应力在切削速度较低时产生残余拉应力（切削热起主要作用），在高速切削时产生残余压应（切削热起主要作用），在高速切削时产生残余压应力（发生了金相组织转变）。力（发生了金相组织转变）。1、磨削用量的影响1）磨削深度2）磨削速度2、工件材料的影响 工件材料的强度越高，导热性越差，塑性越低，在磨削时越容易产生残余拉应力。工件的

42、残余应力直接影响到其工作性能。1）受交变载荷的零件，最终工序选择可产生残余压应力的加工方法2）对相对滑动的零件，从提高零件抵抗滑动摩擦引起的磨损来考虑，最终工序选择可产生残余拉应力的加工方法。从抵抗扩散磨损、化学磨损、粘接磨损来考虑，残余应力的性质无特殊要求，但残余应力的数值越小越好。3）对相对滚动的零件，从提高搞滚动磨损能力来考虑，最终工序选择可产生残余压应力的加工方法。 各种加工方法在工件上产生的残余应力见表3-3 通过冷压加工使表面层金属发生冷态塑性变形，以通过冷压加工使表面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面层中产生残余降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面

43、层中产生残余压应力压应力。强化工艺可提高零件抗疲劳强度和使用寿命，借。强化工艺可提高零件抗疲劳强度和使用寿命，借助强化工艺还可以用次等材料代替优质材料。助强化工艺还可以用次等材料代替优质材料。 常用表面强化工艺方法有：常用表面强化工艺方法有：喷丸、滚压、辗光喷丸、滚压、辗光 喷丸是利用压缩空气将珠丸快速喷射打击被加工表面，使表面产生冷塑性变形，提高表面硬度，产生残余压应力。主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的零件，如弹簧、连杆、齿轮和焊缝等。 喷丸强化的结果：会造成表面冷作硬化及残途压应力，硬化深度0.77mm，粗糙度可由3.2um降至0.4um。 零件喷丸后寿命提高数倍至数十倍，如齿轮

44、4倍、弹簧55。 喷丸在磨削、电镀等工序后进行，可以有效地消除这些工序带来的有害的残余应力。 珠丸可以是铸铁的也可是切成小段的钢线，加工铝制品时，为避免引起电解腐蚀，宜用铝球或玻璃球。 用用工具钢制成的钢滚轮或钢珠在零件表面上进行滚工具钢制成的钢滚轮或钢珠在零件表面上进行滚压、辗光，使表层材料产生塑性流动，从而形成新的光洁压、辗光，使表层材料产生塑性流动，从而形成新的光洁表面表面。粗糙度。粗糙度Ra从从1.6降至降至0.1um将表面凸起部分往下压，将表面凸起部分往下压，凹下的部分往上挤，修正微观误差，形成残余压应力达到凹下的部分往上挤，修正微观误差，形成残余压应力达到表面强化的目的。表面强化的

45、目的。 硬化层深硬化层深0.21.5mm0.21.5mm。 粗糙度由粗糙度由1.6um1.6um降至降至0.1um0.1um。 硬度提高硬度提高1040%1040% 疲劳强度提高疲劳强度提高3050%3050%。 该方法使用简单，无需特殊该方法使用简单，无需特殊设备，在普通车床、镗床、钻设备，在普通车床、镗床、钻床、刨床上即可进行。床、刨床上即可进行。 v 影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度v 影响生产效率 v 加速刀具磨损，易引起崩刃v 影响机床、夹具的使用寿命v 产生噪声污染，危害操作者健康v 工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动

46、。v 由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。自由振动强迫振动自激振动v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起v 强迫振动振源：机外机内。机外振源均通过地基把振动传给机床。机内： 1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数v 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振v 相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)图3-32 自激

47、振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程） 属光整加工方法属光整加工方法，作用是降低表面粗糙度作用是降低表面粗糙度，而尺寸精度而尺寸精度一般由前道工序保证。一般由前道工序保证。利用磨粒切除金属，但是没有与磨削深利用磨粒切除金属，但是没有与磨削深度相对应的参数，一般只规定加工时的压强。度相对应的参数，一般只规定加工时的压强。（一）超精研（一）超精研 也称超精加工，是一种也称超精加工，是一种降低表面粗糙度的一种有效方法降低表面粗糙度的一种有效方法。1、工作原理 超精研是用细粒度的磨条，在一定压力和切削速度下压在被加工表面上并作轴向往复振荡，从而进行微量切除的光整加工方法。包括三种运动

48、：工件回转、磨条轴向进给和磨条往复振摆运动。 超精研切削角超精研切削角B既影响生产率又影响加工质量。既影响生产率又影响加工质量。 超精研用于内外园柱面、园锥面和滚动轴承套的沟道，超精研用于内外园柱面、园锥面和滚动轴承套的沟道，其表面粗糙度可达其表面粗糙度可达Ra0.12um。如阀芯与阀体。如阀芯与阀体分为四个阶段：分为四个阶段： 1）强烈切削阶段强烈切削阶段：开始时表面粗糙凸峰处：开始时表面粗糙凸峰处 比压大，切削作用强磨粒易产生破碎脱落，磨粒切刃锋利。比压大，切削作用强磨粒易产生破碎脱落，磨粒切刃锋利。2）正常切削阶段正常切削阶段：粗糙部分磨去后，油石磨粒不易破碎脱落，：粗糙部分磨去后，油石

49、磨粒不易破碎脱落，但仍有切削作用，随着加工的进行，工件表面逐渐平滑。但仍有切削作用，随着加工的进行，工件表面逐渐平滑。3）微弱切削阶段微弱切削阶段：此时磨粒进变钝，切削作用微弱，切下的微：此时磨粒进变钝，切削作用微弱，切下的微细切屑嵌在油石中起抛光作用。细切屑嵌在油石中起抛光作用。4）自动停止切削阶段：自动停止切削阶段：表面磨平后，单位面积上的压力极低，表面磨平后，单位面积上的压力极低，磨条与工件之间形成油膜，切削作用停止。磨条与工件之间形成油膜，切削作用停止。1）与磨削比，）与磨削比，压力和速度均比较低，表面几乎不产生变压力和速度均比较低，表面几乎不产生变质层质层。2）稍有修正上道工序几何形

50、状误差和振动波纹的能力，稍有修正上道工序几何形状误差和振动波纹的能力，但修正尺寸误差的能力差。但修正尺寸误差的能力差。3）加工效率高，加工效率高，一般零件几分钟可完成，太长时间对加一般零件几分钟可完成，太长时间对加工质量不会有好处。工质量不会有好处。4）油石与工件没有刚性联系，故所机床简单油石与工件没有刚性联系，故所机床简单。 研磨是一种光整加工和精密加工方法。研磨是一种光整加工和精密加工方法。当采用精密的定型研磨工具时，可获得当采用精密的定型研磨工具时，可获得很高的尺寸精度和形状精度。很高的尺寸精度和形状精度。1、工作原理、工作原理 将将研磨剂涂研磨剂涂 （干式）或浇注在研具与工件（干式）或