《机械制造工艺学》第二版 王先奎 课件机械制造工艺学ch4-2 表面粗糙.ppt

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1、第二节第二节 影响加工表面粗糙度的工艺因影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改进措施素及其改进措施一、切削加工表面粗糙度一、切削加工表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度l（一）几何因素的影响（一）几何因素的影响l（二）物理因素的影响（二）物理因素的影响-表面层金表面层金属的塑性变形属的塑性变形2021/9/231一、切削加工表面粗糙度一、切削加工表面粗糙度 切削加工表面粗糙度值主要取决于切切削加工表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。影响切削残留面积高削残留面积的高度。影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径度的因素主要包括：刀尖圆弧半径r、主、主偏角偏角r、

2、副偏角、副偏角r，及进给量，及进给量f等。等。2021/9/232用尖刀切削的情用尖刀切削的情况，切削残留面积的况，切削残留面积的高度为高度为用圆弧刀刃切削的情况，切削残留面积的高度为2021/9/233从上述两表达式可知从上述两表达式可知:进给量进给量f和刀尖和刀尖圆弧半径圆弧半径r 对切削加工表面粗糙度的影响对切削加工表面粗糙度的影响比较明显。切削加工时，选择较小的进给比较明显。切削加工时，选择较小的进给量量f和较大的刀尖圆弧半径和较大的刀尖圆弧半径r ，将会使表面，将会使表面粗糙度得到改善粗糙度得到改善。切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何因

3、素所形成的理论轮状，一般都与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大的差别。这是由于切削加工中有廓有较大的差别。这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。塑性变形发生的缘故。2021/9/234 图图3-7描描述述了了加加工工塑塑性性材材料料时时切切削削速速度度对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响响。切切削削速速度度v处处于于20-50mmin时时，表表面面粗粗糙糙度度最最大大，因因为为此此时时常常容容易易出出现现积积屑屑瘤瘤、使使加加工工表表面面质质量量严严重重恶恶化化；当当切切削削速速度度v超超过过100mmin时时，粗粗糙糙度度下下降降，并并趋趋于于稳稳定定。在在实实际际切切削削时时，选选择择低低速

4、速宽宽刀刀精精切切和和高高速速精精切切，往往往往可以得到较小的表面粗糙度值。可以得到较小的表面粗糙度值。2021/9/2352021/9/236 加工脆性材料，切削速度对表面粗糙加工脆性材料，切削速度对表面粗糙度的影响不大。一般说，切削脆性材料比度的影响不大。一般说，切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。对于同样的材料，金相组织越是粗大，切对于同样的材料，金相组织越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。为减小削加工后的表面粗糙度值也越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前进行调质等处理，目的在于

5、得到均匀细前进行调质等处理，目的在于得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。密的晶粒组织和较高的硬度。此外，合理选择切削液，适当增大刀此外，合理选择切削液，适当增大刀具的前角、提高刀具的刃磨质量等。均能具的前角、提高刀具的刃磨质量等。均能有效地减小表面粗糙度值。有效地减小表面粗糙度值。2021/9/237二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度（一）几何因素的影响（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2砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影 响响（二）物理因素的影响（二）物理因素的影响-表面层金属的塑表面层金属的塑性性

6、变形变形 1磨削用量磨削用量2砂轮的选择砂轮的选择2021/9/238（一）几何因素的影响（一）几何因素的影响 磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。的粗糙度值越小。1 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 砂轮的速度越高，

7、单位时间内通过被磨表面砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。小。2021/9/239 工工件件速速度度对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响响刚刚好好与与砂砂轮轮速速度度的的影影响响相相反反，增增大大工工件件速速度度时时，单单位位时时间间内内通通过过被被磨磨表表面面的的磨磨粒粒数数减减少少，表面粗糙度值将增加。表面粗糙度值将增加。砂砂轮轮的的纵纵向向进进给给减减小小，工工件件表表面面的的每每个个部部位位被被砂砂轮轮重重复复磨磨削削的的次次数数增增加加，被被磨磨表表面的粗糙度值将减小。面的粗糙度值将减小。2砂砂轮

8、轮粒粒度度和和砂砂轮轮修修整整对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响响 砂砂轮轮的的粒粒度度不不仅仅表表示示磨磨粒粒的的大大小小。而而且且还还表表示示磨磨粒粒之之间间的的距距离离，表表3-l列列出出了了5号号组组织织、不不同同粒粒度度的的砂砂轮轮的的磨磨粒粒尺尺寸寸和和磨磨粒之间的距离。粒之间的距离。2021/9/2310磨削金属时，参与磨削的每一颗磨粒磨削金属时，参与磨削的每一颗磨粒都会在加工表面上刻出跟它的大小和形状都会在加工表面上刻出跟它的大小和形状相同的一道小沟。在相同的磨削条件下，相同的一道小沟。在相同的磨削条件下，砂轮的粒度号数越大。参加磨削的磨粒越砂轮的粒度号数越大。参加磨削的磨粒越

9、多，表面粗糙度就越小。多，表面粗糙度就越小。表表4-1 磨粒尺寸和磨粒之间的距离磨粒尺寸和磨粒之间的距离砂轮粒度砂轮粒度磨粒的尺寸范围（磨粒的尺寸范围（m）磨粒间的平均距离磨粒间的平均距离(mm)36#500600 0.47546#355425 0.36960#250300 0.25580#180212 0.2282021/9/2311修修整整砂砂轮轮的的纵纵向向进进给给量量对对磨磨削削表表面面的的粗粗糙糙度度影影响响甚甚大大。用用金金刚刚石石修修整整砂砂轮轮时时，金金刚刚石石在在砂砂轮轮外外缘缘上上打打出出一一道道螺螺旋旋槽槽，其其螺螺距距等等于于砂砂轮轮转转一一转转时时金金刚刚石石笔笔在在

10、纵纵向向的的移移动动量量。砂砂轮轮表表面面的的不不平平整整在在磨磨削削时时将将被被复复映映到到被被加加工工表表面面上上。修修整整砂砂轮轮时时，金金刚刚石石笔笔的的纵纵向向进进给给量量越越小小，砂砂轮轮表表面面磨磨粒粒的的等等高高性性越越好好，被被磨磨工工件件的的表表面面粗粗糙糙度度值值就就越越小小。小小表表面面粗粗糙糙度度值值磨磨削削的的实实践践表表明明，修修整整砂砂轮轮时时，砂砂轮轮转转一一转转金金刚刚石石笔笔的的纵纵向向进进给给量量如如能能减减少少到到0.01rn，磨磨削削表表面面粗粗糙糙度就可达度就可达Rz0.10.2m。2021/9/2312（二）物理因素的影响（二）物理因素的影响-表

11、面层金属表面层金属的塑性变形的塑性变形砂轮的磨削速度远比一般切削加工的砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度高得多，且磨粒大多为负前角，磨削速度高得多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可达有时可达900，工件表层金属容易产生相，工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此，磨削过程的塑性变形要变而烧伤。因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。比一般切削过程大得多。2021/9/2313由于塑性变形的缘故，被磨表面的几由于塑性变形的缘故，被磨表面的几何形状与单纯根据几何因素所得到的原始何形状与单纯根据几何因素所得到的原始形状大不相

12、同。在力因素和热因素的综合形状大不相同。在力因素和热因素的综合作用下，被磨工件表层金属的晶粒在横向作用下，被磨工件表层金属的晶粒在横向上被拉长了，有时还产生细微的裂口和局上被拉长了，有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。影响磨的表层金属塑部的金属堆积现象。影响磨的表层金属塑性变形的因素，往往是影响表面粗糙度的性变形的因素，往往是影响表面粗糙度的决定性因素。决定性因素。2021/9/23141磨磨削削用用量量 图图4-8是是采采用用GD60ZR2A砂砂轮轮磨磨削削30CrMnSiA材材料料时时，磨磨削削用用量量对对表表面面粗粗糙糙度度的影响曲线。的影响曲线。砂砂轮轮速速度度越越高高，就就有有

13、可可能能使使表表层层金金属属塑塑性性变变形形的的传传播播速速度度大大于于切切削削速速度度，工工件件材材料料来来不不及及变变形形，致致使使表表层层金金属属的的塑塑性性变变形形减减小小，磨磨削削表面的粗糙度值将明显减小。表面的粗糙度值将明显减小。工工件件速速度度增增加加，塑塑性性变变形形增增加加，表表面面粗粗糙糙度度值值将增大。将增大。磨磨削削深深度度对对表表层层金金属属塑塑性性变变形形的的影影响响很很大大。增增大大磨磨削削深深度度，塑塑性性变变形形将将随随之之增增大大，被被磨磨的的表面粗糙度值会增大。表面粗糙度值会增大。2021/9/23152021/9/23162砂轮的选择砂轮的选择 砂轮的粒

14、度、硬度、组织砂轮的粒度、硬度、组织和材料的选择不同、都会对被磨工件表层和材料的选择不同、都会对被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进而影响表面金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗糙度。粗糙度。单纯从几何因素考虑，单纯从几何因素考虑，砂轮粒度砂轮粒度越细，磨越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好，。反而会在加工表面产生烧伤等现象，使。反而会在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大。因此，砂轮粒度常取表面粗糙度值增大。因此，砂轮粒度常取为为4660号。号。2021/9/231

15、7砂轮的硬度砂轮的硬度是指磨粒在磨创力作用下是指磨粒在磨创力作用下从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬，从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬，磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂轮选新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂轮选得太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也得太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表面粗糙度值增大。通常选用中软砂会使表面粗糙度值增大。通常选用中软砂轮。轮。2021/9/2318 砂轮的组织砂轮的组织是指磨粒、结合剂和气孔的是指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比例大。比例关系。紧密组织中的磨粒比例大。气

16、孔小，在成形磨削和精密磨削时，能气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏性材料（磁钢、属、非金属软材料和热敏性材料（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得较小的表不锈钢、耐热钢等），可获得较小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。组织的砂轮。2021/9/2319砂轮材料的选择砂轮材料的选择也很重要。砂轮材料也很重要。砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗糙度。氧选择适当，可获得满意的表面粗糙度。氧化物（刚

17、玉）砂轮适于磨削钢类零件；碳化物（刚玉）砂轮适于磨削钢类零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂轮适于磨削铸化物（碳化硅、碳化硼）砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料；用高硬磨料（人造铁、硬质合金等材料；用高硬磨料（人造金刚石、立方氮化硼）砂轮磨削可获得极金刚石、立方氮化硼）砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但加工成本很高。小的表面粗糙度值，但加工成本很高。此外，磨削液的作用十分重要。对于此外，磨削液的作用十分重要。对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。2021/9/2320