第三章-机械加工表面质量-机械制造工艺学课件.ppt

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1、第 三 章机械加工表面质量零件的加工质量零件的加工质量加工精度加工精度加工表面质量加工表面质量 零件表面的厚度虽然只有几十到零件表面的厚度虽然只有几十到几百微米，但对机器零件的使用性能几百微米，但对机器零件的使用性能（如耐磨性、疲劳强度、配合性质、（如耐磨性、疲劳强度、配合性质、耐腐蚀性等）却有很大影响。耐腐蚀性等）却有很大影响。一些重要零件必须在高速、高温、一些重要零件必须在高速、高温、高压力状态下工作，零件表层的任何高压力状态下工作，零件表层的任何缺陷，不仅直接影响到零件的工作性缺陷，不仅直接影响到零件的工作性能，而且还可能由于零件的破损导致能，而且还可能由于零件的破损导致机器发生故障。机

2、器发生故障。第一节机械加工表面质量的含义及其对零件使用性能的影响生成氧化膜或其他化合物，并吸收、渗生成氧化膜或其他化合物，并吸收、渗进了气体、液体和固体粒子进了气体、液体和固体粒子由被加工材由被加工材料与刀具之料与刀具之间的摩擦力间的摩擦力造成造成表面塑性表面塑性变形区，变形区，由切削力由切削力造成造成表面质量的含义有两方面内容：表面质量的含义有两方面内容：1.1.表面的几何特征表面的几何特征（1 1）表面粗糙度）表面粗糙度 是指加工表面的微观形状误差。是指加工表面的微观形状误差。表面粗糙度的三项指标：表面粗糙度的三项指标：轮廓算术平均偏差；轮廓算术平均偏差；微观不平度十点平均高度；微观不平度

3、十点平均高度；轮廓最大高度；轮廓最大高度；（2 2）表面波度）表面波度 波度主要是由工艺系统的低频振动引波度主要是由工艺系统的低频振动引起的，是影响零件运动平稳性和耐磨性的起的，是影响零件运动平稳性和耐磨性的重要因素之一，对高速回转的零件，波度重要因素之一，对高速回转的零件，波度还会引起振动和噪声。还会引起振动和噪声。二、表面质量对零件使用性能的影响1 1、表面质量、表面质量对零件耐磨性的影响对零件耐磨性的影响零件的磨损分为三个阶段：零件的磨损分为三个阶段：（1 1）表面粗糙度对耐磨性的影响）表面粗糙度对耐磨性的影响轻负荷轻负荷重负荷重负荷（2 2）表面层的物理机械性能对耐磨）表面层的物理机械

4、性能对耐磨性的影响性的影响 1 1）表面层的冷作硬化一般能提高零）表面层的冷作硬化一般能提高零件的耐磨性；件的耐磨性；原因：原因：冷作硬化提高了表面层的硬度和冷作硬化提高了表面层的硬度和强度，减少了摩擦副接触面的弹性和强度，减少了摩擦副接触面的弹性和塑性变形；塑性变形；2 2）表面金相组织发生变化时，硬度）表面金相组织发生变化时，硬度也随着变化，零件的耐磨性也会受到也随着变化，零件的耐磨性也会受到影响。影响。如：由于加工表面层温度的影响，会如：由于加工表面层温度的影响，会引起淬火钢的马氏体组织分解，或出引起淬火钢的马氏体组织分解，或出现回火组织，或出现二次淬火组织等。现回火组织，或出现二次淬火

5、组织等。2 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（1 1）表面粗糙度对疲劳强度的影响）表面粗糙度对疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，零件表面粗在交变载荷作用下，零件表面粗糙度太大，很容易引起应力集中而形糙度太大，很容易引起应力集中而形成疲劳裂纹，导致疲劳损坏。成疲劳裂纹，导致疲劳损坏。对于不同材料，表面粗糙度对疲对于不同材料，表面粗糙度对疲劳强度的影响程度不同；劳强度的影响程度不同；晶粒越细、组织越致密的钢材对晶粒越细、组织越致密的钢材对应力集中越敏感，其表面粗糙度对疲应力集中越敏感，其表面粗糙度对疲劳强度的影响也越大。劳强度的影响也越大。（2 2）表面层的物理机械性

6、能对疲劳强）表面层的物理机械性能对疲劳强度的影响度的影响 当表面层具有残余压应力时，可当表面层具有残余压应力时，可以抵消一部分交变载荷引起的拉应力，以抵消一部分交变载荷引起的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，因而能提高零延缓疲劳裂纹的扩展，因而能提高零件的疲劳强度。件的疲劳强度。因此生产中常采用一些表面强化因此生产中常采用一些表面强化工艺，如滚压、挤压、喷丸等，用来工艺，如滚压、挤压、喷丸等，用来提高零件表面的硬度和强度，并使零提高零件表面的硬度和强度，并使零件表面产生残余压应力，提高零件的件表面产生残余压应力，提高零件的疲劳强度。疲劳强度。相反，若零件表面具有残余拉应相反，若零件表面具有残余拉应力

7、，则会加剧疲劳裂纹的产生，导致力，则会加剧疲劳裂纹的产生，导致疲劳强度明显下降。疲劳强度明显下降。表面层适度的冷作硬化可以减小表面层适度的冷作硬化可以减小交变载荷引起的变形幅值，阻止疲劳交变载荷引起的变形幅值，阻止疲劳裂纹的出现和扩展，有助于提高零件裂纹的出现和扩展，有助于提高零件的疲劳强度。的疲劳强度。但冷作硬化过度，表面易产生裂但冷作硬化过度，表面易产生裂纹，反而会降低零件的疲劳强度。纹，反而会降低零件的疲劳强度。磨削烧伤会降低疲劳强度，若工磨削烧伤会降低疲劳强度，若工件表面出现了裂纹，对疲劳强度的影件表面出现了裂纹，对疲劳强度的影响就更为显著。响就更为显著。3 3、对零件配合性质的影响、

8、对零件配合性质的影响 由于加工后的零件存在表面粗糙由于加工后的零件存在表面粗糙度，装配后在实际工作过程中，使有度，装配后在实际工作过程中，使有效间隙或有效过盈量发生变化，必然效间隙或有效过盈量发生变化，必然会改变配合性质和配合精度。会改变配合性质和配合精度。对于间隙配合，如果表面粗糙度对于间隙配合，如果表面粗糙度过大，初期磨损严重，从而使间隙迅过大，初期磨损严重，从而使间隙迅速加大，降低了配合精度；速加大，降低了配合精度；对于过盈配合，装配时表面轮廓对于过盈配合，装配时表面轮廓的凸峰被挤平，实际过盈量减小，使的凸峰被挤平，实际过盈量减小，使零件的连接强度和配合可靠性降低。零件的连接强度和配合可

9、靠性降低。4 4、对零件耐腐蚀性的影响、对零件耐腐蚀性的影响 减小表面粗糙度，可以提高零件减小表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性；的耐腐蚀性；三、表面完整性的概念三、表面完整性的概念（1）表面形貌）表面形貌 主要用来描述加工后零件表面的几何主要用来描述加工后零件表面的几何特征，包括表面粗糙度、表面波度和纹理特征，包括表面粗糙度、表面波度和纹理等。等。（2）表面缺陷）表面缺陷 是指加工表面上出现的宏观裂纹、是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀现象等，对零件的使用有很大伤痕和腐蚀现象等，对零件的使用有很大影响。影响。（3）微观组织与表面层的冶金化学特性）微观组织与表面层的冶金化学特性主要包括：

10、主要包括：1）微观裂纹；）微观裂纹；2）微观组织变化，包括晶粒大小和形状、）微观组织变化，包括晶粒大小和形状、析出物和再结晶等的变化；析出物和再结晶等的变化；3）晶间腐蚀和化学成分的优先溶解；）晶间腐蚀和化学成分的优先溶解；4）对氢氧等元素的化学吸收作用所引起）对氢氧等元素的化学吸收作用所引起的脆性等。的脆性等。（4）表面层物理力学性能）表面层物理力学性能 包括表面层硬化深度和程度、表面包括表面层硬化深度和程度、表面层残余应力的大小、方向及分布情况等。层残余应力的大小、方向及分布情况等。（5）表层其他工程技术特性）表层其他工程技术特性 有摩擦特性、光的反射率、导电性和有摩擦特性、光的反射率、导

11、电性和导磁性等。导磁性等。由此，表面质量从表面完整性的角度由此，表面质量从表面完整性的角度来分析，更强调了表面层内的特性，对现来分析，更强调了表面层内的特性，对现代科学技术的发展有重大意义。代科学技术的发展有重大意义。重点讨论磨削过程中表面粗糙度重点讨论磨削过程中表面粗糙度的形成与影响因素。的形成与影响因素。一、表面粗糙度的形成一、表面粗糙度的形成 包括与切削刀具有关的几何因素，包括与切削刀具有关的几何因素，与加工过程有关的物理因素和工艺系与加工过程有关的物理因素和工艺系统的振动。统的振动。（1 1）几何因素）几何因素 在切削加工中，由于受刀具几何在切削加工中，由于受刀具几何形状和进给量的影响

12、，不可能把加工形状和进给量的影响，不可能把加工余量完全切除，在加工表面上会留下余量完全切除，在加工表面上会留下一定的残留面积，产生表面粗糙度。一定的残留面积，产生表面粗糙度。理论上残留面积的高度可由刀具理论上残留面积的高度可由刀具的几何形状（刀尖圆弧的半径、主偏的几何形状（刀尖圆弧的半径、主偏角、副偏角）和进给量求出。角、副偏角）和进给量求出。当切削深度和进给量较小，刀尖当切削深度和进给量较小，刀尖圆弧半径较大时：圆弧半径较大时：可见当只考虑几何因素的影响时，可见当只考虑几何因素的影响时，减小主偏角、负偏角和进给量，增大减小主偏角、负偏角和进给量，增大刀尖圆弧半径可以减小表面粗糙度值。刀尖圆弧

13、半径可以减小表面粗糙度值。（2 2）物理因素）物理因素原因：原因：与加工过程有关的物理因素造成的。与加工过程有关的物理因素造成的。如：表面层的塑性变形，积屑瘤的生如：表面层的塑性变形，积屑瘤的生成，鳞刺的产生、工件的材质等。成，鳞刺的产生、工件的材质等。1 1）切削用量的影响）切削用量的影响进给量对表面粗糙度的影响较大。进给量对表面粗糙度的影响较大。进给量增加时，塑性变形加剧，进给量增加时，塑性变形加剧，表面粗糙度值增大。表面粗糙度值增大。当进给量太小，刀具对工件只起当进给量太小，刀具对工件只起挤压作用，表面粗糙度值反而增大。挤压作用，表面粗糙度值反而增大。切削速度对表面粗糙度的影响切削速度对

14、表面粗糙度的影响也较大。也较大。加工塑性材料时，若以中速切加工塑性材料时，若以中速切削，则易形成积屑瘤，使表面粗糙削，则易形成积屑瘤，使表面粗糙度值增大；度值增大；以高速或低速切削时，能得到以高速或低速切削时，能得到较小的表面粗糙度值。较小的表面粗糙度值。切削深度对表面粗糙度的影响不切削深度对表面粗糙度的影响不明显。明显。但当切削深度小于但当切削深度小于0.020.03mm0.020.03mm时，时，刀具对加工表面产生强烈的挤压和磨刀具对加工表面产生强烈的挤压和磨擦，而不是正常的切削，使表面粗糙擦，而不是正常的切削，使表面粗糙度增大。度增大。2 2）刀具几何形状的影响）刀具几何形状的影响 前角

15、适当增大，刀具容易切入工前角适当增大，刀具容易切入工件，排屑通畅，塑性变形小，可以减件，排屑通畅，塑性变形小，可以减小表面粗糙度值。小表面粗糙度值。但前角太大，刀刃有嵌入工件的但前角太大，刀刃有嵌入工件的倾向，反而会增大表面粗糙度值。倾向，反而会增大表面粗糙度值。后角增大，减小了刀具后刀面与后角增大，减小了刀具后刀面与加工表面间的摩擦，可以减小表面粗加工表面间的摩擦，可以减小表面粗糙度。糙度。但后角过大，使刀刃强度降低，但后角过大，使刀刃强度降低，易于产生振动。易于产生振动。在精加工时，后刀面对加工表面在精加工时，后刀面对加工表面还起熨平作用，后角也不宜过大。还起熨平作用，后角也不宜过大。3

16、3）工件材料的影响）工件材料的影响 工件材料的塑性愈大，切削后的工件材料的塑性愈大，切削后的表面就愈粗糙。表面就愈粗糙。塑性材料加工时变形较大，与刀塑性材料加工时变形较大，与刀具的粘结作用较强。具的粘结作用较强。反之，脆性材料容易得到较小的反之，脆性材料容易得到较小的表面粗糙度值。表面粗糙度值。如果被加工材料组织均匀，晶粒如果被加工材料组织均匀，晶粒细密，切削加工后也能获得较小的表细密，切削加工后也能获得较小的表面粗糙度值。面粗糙度值。因此中碳钢材料经常调质或正火因此中碳钢材料经常调质或正火处理后再进行切削加工。处理后再进行切削加工。4 4）冷却液的影响）冷却液的影响 使用冷却液能有效减小表面

17、粗糙度使用冷却液能有效减小表面粗糙度值。值。冷却液可以减小刀具与工件之间冷却液可以减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削区的温度，减小塑的摩擦，降低切削区的温度，减小塑性变形，并能抑制积屑瘤和鳞刺的产性变形，并能抑制积屑瘤和鳞刺的产生。生。（3 3）工艺系统的振动）工艺系统的振动 由于工艺系统高频振动的影响，由于工艺系统高频振动的影响，使刀尖和工件的相对位置频繁变化，使刀尖和工件的相对位置频繁变化，导致表面粗糙度值增大。导致表面粗糙度值增大。提高工艺系统的刚度，增强抗振提高工艺系统的刚度，增强抗振性，可以改善表面粗糙度。性，可以改善表面粗糙度。在磨削过程中，由于砂轮表面上在磨削过程中，由于砂轮表面

18、上有大量分布不均、形状各异、高低不有大量分布不均、形状各异、高低不同的磨粒，每颗磨粒相当于一个刀刃，同的磨粒，每颗磨粒相当于一个刀刃，因此，磨削加工要比切削加工复杂的因此，磨削加工要比切削加工复杂的多。多。比较锋利且比较突出的磨粒产生比较锋利且比较突出的磨粒产生切削作用；切削作用；二、影响表面粗糙度的因素及改善措施二、影响表面粗糙度的因素及改善措施 有些磨粒仅在工件表面刻划出痕有些磨粒仅在工件表面刻划出痕迹，起刻划作用；迹，起刻划作用；还有些磨粒只起滑擦作用。还有些磨粒只起滑擦作用。磨粒大多为负前角，使工件材料磨粒大多为负前角，使工件材料受挤压产生塑性变形，并沿磨粒两侧受挤压产生塑性变形，并沿

19、磨粒两侧流动。因此在被磨削表面上留下无数流动。因此在被磨削表面上留下无数细微的沟槽，沟槽两边还会产生隆起细微的沟槽，沟槽两边还会产生隆起现象。现象。磨削加工砂轮速度高，金属塑性磨削加工砂轮速度高，金属塑性变形大，产生的磨削热多，对表面粗变形大，产生的磨削热多，对表面粗糙度有很大影响。糙度有很大影响。（1 1）砂轮的粒度）砂轮的粒度 磨粒愈细，砂轮表面单位面积上磨粒愈细，砂轮表面单位面积上的磨粒就愈多，在工件表面上留下的的磨粒就愈多，在工件表面上留下的刻痕就愈细密，获得的表面粗糙的值刻痕就愈细密，获得的表面粗糙的值就愈小；就愈小；但磨粒过细，砂轮容易堵塞，反但磨粒过细，砂轮容易堵塞，反而会增大表

20、面粗糙度值；而会增大表面粗糙度值；（2 2）砂轮的硬度）砂轮的硬度 砂轮的硬度是指磨粒在磨削力的砂轮的硬度是指磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面脱落的难易程度。作用下，从砂轮表面脱落的难易程度。砂轮的硬度应与工件的材料相适砂轮的硬度应与工件的材料相适应；应；砂轮太硬，钝化了的磨粒不能及砂轮太硬，钝化了的磨粒不能及时脱落，工件受到强烈的磨擦和挤压，时脱落，工件受到强烈的磨擦和挤压，塑性变形加剧，使表面粗糙度值增大。塑性变形加剧，使表面粗糙度值增大。砂轮太软，磨料不能充分发挥切砂轮太软，磨料不能充分发挥切削作用，表面粗糙度值也会增大；削作用，表面粗糙度值也会增大；加工硬材料时应选用较软的砂轮；加工硬

21、材料时应选用较软的砂轮；加工软材料时，应选用较硬的砂轮。加工软材料时，应选用较硬的砂轮。（3 3）砂轮的修整）砂轮的修整目的：目的：为了去除砂轮外层已钝化的磨粒为了去除砂轮外层已钝化的磨粒或已被磨屑堵塞了的磨粒，让新的磨或已被磨屑堵塞了的磨粒，让新的磨粒显露出来，并在单颗磨粒上形成多粒显露出来，并在单颗磨粒上形成多个等高的微刃。个等高的微刃。采用单刃金刚石笔修整出的砂轮采用单刃金刚石笔修整出的砂轮质量较好，修整导程和修正深度愈小，质量较好，修整导程和修正深度愈小，则产生的微刃愈多，砂轮表面愈平整，则产生的微刃愈多，砂轮表面愈平整，磨出的工件表面粗糙度值就愈小。磨出的工件表面粗糙度值就愈小。（4

22、 4）砂轮的速度）砂轮的速度 砂轮速度愈高，单位时间内参与砂轮速度愈高，单位时间内参与磨削的磨粒愈多，工件单位面积上的磨削的磨粒愈多，工件单位面积上的刻痕就愈细密，同时磨削表面的塑性刻痕就愈细密，同时磨削表面的塑性变形减小，表面粗糙度值就愈小。变形减小，表面粗糙度值就愈小。采用高速磨削对减小表面粗糙度采用高速磨削对减小表面粗糙度值和提高生产率都有利，但对机床的值和提高生产率都有利，但对机床的性能和砂轮的质量也提出了更高的要性能和砂轮的质量也提出了更高的要求。求。（5）工件速度与纵向进给量）工件速度与纵向进给量 工件速度和纵向进给量愈大，则单位面工件速度和纵向进给量愈大，则单位面积上通过的磨粒数

23、愈少，单粒磨粒的切削厚积上通过的磨粒数愈少，单粒磨粒的切削厚度增加，塑性变形加剧，工件的表面粗糙度度增加，塑性变形加剧，工件的表面粗糙度值也愈大。值也愈大。（6 6）磨削深度与光磨次数）磨削深度与光磨次数 磨削深度愈大，引起的塑性变形磨削深度愈大，引起的塑性变形也愈大，必然会增大表面粗糙度值。也愈大，必然会增大表面粗糙度值。光磨也称无进给磨削，是指磨削光磨也称无进给磨削，是指磨削加工结束之前，不再作径向进给，而加工结束之前，不再作径向进给，而是仅靠工艺系统的弹性恢复进行微量是仅靠工艺系统的弹性恢复进行微量磨削（可见到火花）。磨削（可见到火花）。（7 7）冷却液润滑冷却液润滑 冷却润滑液可以减轻

24、砂轮与工件的摩冷却润滑液可以减轻砂轮与工件的摩擦，及时冲掉碎落的磨粒，降低磨削区的擦，及时冲掉碎落的磨粒，降低磨削区的温度，减小塑性变形，因此可以降低表面温度，减小塑性变形，因此可以降低表面粗糙度值。粗糙度值。（8 8）工艺系统的振动）工艺系统的振动 由于砂轮速度很高，若砂轮质量不平由于砂轮速度很高，若砂轮质量不平衡，则会产生振动，从而影响表面质量。衡，则会产生振动，从而影响表面质量。应仔细平衡砂轮，注意提高工艺系统应仔细平衡砂轮，注意提高工艺系统的抗振性。的抗振性。第三节影响零件表面层物理力学性能的因素及其改善措施一、表面层的冷作硬化一、表面层的冷作硬化1.1.冷作硬化的原因及衡量指标冷作硬

25、化的原因及衡量指标 机械加工过程中，加工表面受切机械加工过程中，加工表面受切削力的作用而产生塑性变形，使晶格削力的作用而产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒被拉长、纤维化，甚至破扭曲，晶粒被拉长、纤维化，甚至破碎，表面层得到强化，其硬度和强度碎，表面层得到强化，其硬度和强度都有所提高，这种现象称为冷作硬化。都有所提高，这种现象称为冷作硬化。表层的冷作硬化程度取决于切削表层的冷作硬化程度取决于切削力的大小、切削温度的高低和塑性变力的大小、切削温度的高低和塑性变形速度的快慢。形速度的快慢。切削力愈大，塑性变形愈严重，切削力愈大，塑性变形愈严重，冷硬程度就愈大。冷硬程度就愈大。塑性变形速度快，则变形不充分

26、，塑性变形速度快，则变形不充分，冷硬程度较小；冷硬程度较小；切削温度高，有可能使已强化了切削温度高，有可能使已强化了的金属又回复到正常状态。的金属又回复到正常状态。因此，表面冷作硬化是强化和回因此，表面冷作硬化是强化和回复作用的综合反映。复作用的综合反映。适当的冷作硬化可以改善表面层适当的冷作硬化可以改善表面层的物理机械性能，但冷作硬化过度反的物理机械性能，但冷作硬化过度反而会降低零件的表面质量。而会降低零件的表面质量。衡量冷作硬化的指标有：衡量冷作硬化的指标有：表面层的显微硬度表面层的显微硬度 H H冷硬层深度冷硬层深度 h h冷硬程度冷硬程度 N N2.2.影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬

27、化的主要因素1 1）刀具的影响）刀具的影响 前角增大，加工表面的塑性变形前角增大，加工表面的塑性变形减小，使冷硬程度减轻。减小，使冷硬程度减轻。刀尖圆弧半径增大，对表面的挤刀尖圆弧半径增大，对表面的挤压作用加强，使冷硬程度提高。压作用加强，使冷硬程度提高。后刀面磨损量增大，刀具与已加后刀面磨损量增大，刀具与已加工的表面的摩擦加剧，使冷硬程度提工的表面的摩擦加剧，使冷硬程度提高。高。2 2）切削用量的影响）切削用量的影响3 3）工件材料的影响）工件材料的影响二、表面层金相组织的变化与磨削烧伤1.1.表面层金相组织变化与磨削烧伤原表面层金相组织变化与磨削烧伤原因因 机械加工过程中，当工件的加工机械

28、加工过程中，当工件的加工区及其邻近区域的温度超过工件材料区及其邻近区域的温度超过工件材料金相组织变化的临界点时，金相组织金相组织变化的临界点时，金相组织就会发生变化，这种现象就称为就会发生变化，这种现象就称为磨削磨削烧伤烧伤。（1 1）产生磨削烧伤的主要原因及危害）产生磨削烧伤的主要原因及危害1 1）磨削加工时，大多数磨粒具有负前角，）磨削加工时，大多数磨粒具有负前角，在磨粒的切削、刻划和滑擦作用下，单在磨粒的切削、刻划和滑擦作用下，单位面积上的切削力比其它加工方法要大位面积上的切削力比其它加工方法要大几十倍，磨削加工单位面积上所消耗的几十倍，磨削加工单位面积上所消耗的功率及所产生的热量都远远

29、大于其它加功率及所产生的热量都远远大于其它加工方法，磨削区形成瞬时高温。工方法，磨削区形成瞬时高温。2 2）磨削加工时产生大量的切削热，只）磨削加工时产生大量的切削热，只有少部分热量被切屑、砂轮、冷却液和有少部分热量被切屑、砂轮、冷却液和大气带走，所以使工件表面温升很大。大气带走，所以使工件表面温升很大。磨削烧伤使原材料的金相组织发磨削烧伤使原材料的金相组织发生变化，严重时还会产生裂纹，使工生变化，严重时还会产生裂纹，使工件表面质量恶化，降低了工件的耐磨件表面质量恶化，降低了工件的耐磨性和使用寿命。性和使用寿命。磨削加工导热性差的材料时，如磨削加工导热性差的材料时，如耐热钢、轴承钢、不锈钢等，

30、磨削烧耐热钢、轴承钢、不锈钢等，磨削烧伤经常是造成工件报废的主要原因。伤经常是造成工件报废的主要原因。（2 2）磨削烧伤时三种金相组织变化：）磨削烧伤时三种金相组织变化：1 1）如果工件表面层温度未超过相变温度）如果工件表面层温度未超过相变温度AcAc3 3,但超过马氏体的转换温度，这时马氏体但超过马氏体的转换温度，这时马氏体将转变为硬度较低的回火屈氏体或索氏体，将转变为硬度较低的回火屈氏体或索氏体，这叫回火烧伤。这叫回火烧伤。2 2）当工件表面层温度超过相变温度）当工件表面层温度超过相变温度AcAc3 3,如如果这时有充分的切削液，则表面层将急冷果这时有充分的切削液，则表面层将急冷形成二次淬

31、火马氏体，硬度比回火马氏体形成二次淬火马氏体，硬度比回火马氏体高，但很薄，只有几微米厚，其下为硬度高，但很薄，只有几微米厚，其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体，导致表面层较低的回火索氏体和屈氏体，导致表面层总的硬度降低，这称为淬火烧伤。总的硬度降低，这称为淬火烧伤。3 3）当工件表面温度超过相变温度）当工件表面温度超过相变温度AcAc3 3，则马氏体转变为奥氏体，如果这时，则马氏体转变为奥氏体，如果这时无切削液，则表面硬度急剧下降，工无切削液，则表面硬度急剧下降，工件表层被退火，这种现象称为退火烧件表层被退火，这种现象称为退火烧伤。干磨时很容易产生这种现象。伤。干磨时很容易产生这种现象。2.2

32、.影响磨削烧伤的因素及改善措施影响磨削烧伤的因素及改善措施原则：原则：减少磨削热，并使所产生的磨削减少磨削热，并使所产生的磨削热尽量少传给工件。热尽量少传给工件。（1 1）合理的选用砂轮）合理的选用砂轮 砂轮硬度太高，容易产生烧伤；砂轮硬度太高，容易产生烧伤；选择具有弹性的结合剂，可以减轻烧选择具有弹性的结合剂，可以减轻烧伤；伤；选择磨粒较粗的砂轮不易产生烧选择磨粒较粗的砂轮不易产生烧伤。伤。2 2）正确选择磨削用量）正确选择磨削用量 切削深度增加，磨削力和磨削热切削深度增加，磨削力和磨削热急剧增加，容易产生烧伤；急剧增加，容易产生烧伤；纵向进给量增加，使砂轮与工件纵向进给量增加，使砂轮与工件

33、接触时间相对减少，可以减轻烧伤；接触时间相对减少，可以减轻烧伤；工件速度增大，磨削热增加，但工件速度增大，磨削热增加，但热作用时间短，不易传入工件内层，热作用时间短，不易传入工件内层，只可能产生很薄的烧伤层。只可能产生很薄的烧伤层。为了减少烧伤，并保持较高的生为了减少烧伤，并保持较高的生产率，在选择磨削用量时，应选择较产率，在选择磨削用量时，应选择较大的工件速度和较小的磨削深度，同大的工件速度和较小的磨削深度，同时应提高砂轮速度。时应提高砂轮速度。3 3）改善冷却条件）改善冷却条件措施：措施：采用高压大流量冷却：采用高压大流量冷却：既可增强冷却作用，又可冲洗砂既可增强冷却作用，又可冲洗砂轮表面

34、，但机床需配备防护罩，防止轮表面，但机床需配备防护罩，防止冷却液四处飞溅。冷却液四处飞溅。采用喷雾冷却：采用喷雾冷却：使用压缩空气使冷却液雾化，并使用压缩空气使冷却液雾化，并以高速喷入磨削区，以高速喷入磨削区，雾化了的冷却液雾化了的冷却液在气化时带走了大量的热量，但这需在气化时带走了大量的热量，但这需要一套专用装置。要一套专用装置。内冷却法：内冷却法：砂轮高速旋转时，靠离心力使冷砂轮高速旋转时，靠离心力使冷却液通过砂轮的孔隙被甩出来，冷却却液通过砂轮的孔隙被甩出来，冷却液可直接进入磨削区。液可直接进入磨削区。要求使用要求使用多孔砂轮，对多孔砂轮，对冷却液应仔细冷却液应仔细过滤，以免堵过滤，以免

35、堵塞砂轮孔隙。塞砂轮孔隙。比较简单的方法是在喷嘴上方设比较简单的方法是在喷嘴上方设置挡板，并使它紧贴砂轮表面，挡板置挡板，并使它紧贴砂轮表面，挡板可以减轻砂轮圆周表面上高压气流的可以减轻砂轮圆周表面上高压气流的影响，使冷却液能顺利地进入磨削区。影响，使冷却液能顺利地进入磨削区。在砂轮圆周上开一些斜槽，也有在砂轮圆周上开一些斜槽，也有利于将冷却液带进磨削区，对减少磨利于将冷却液带进磨削区，对减少磨削烧伤也有一定的作用。削烧伤也有一定的作用。三、三、表面层残余应力表面层残余应力1.残余应力产生的原因残余应力产生的原因 在机械加工中，由于切削力和切削热在机械加工中，由于切削力和切削热的作用，工件表面

36、层金属产生塑性变形或的作用，工件表面层金属产生塑性变形或金相组织发生变化，导致表面层与基体的金相组织发生变化，导致表面层与基体的交界处产生相互平衡的应力，称为表面层交界处产生相互平衡的应力，称为表面层残余应力。残余应力。一般切削加工时，切削温度不算高，一般切削加工时，切削温度不算高，表面层金属以冷态塑性变形为主，表面层表面层金属以冷态塑性变形为主，表面层产生残余压应力。产生残余压应力。对磨削加工和高速加工，切削区的温对磨削加工和高速加工，切削区的温度较高，表面层金属以热态塑性变形为主，度较高，表面层金属以热态塑性变形为主，表面层产生残余拉应力。表面层产生残余拉应力。表面残余应力产生的原因：表面

37、残余应力产生的原因：（1 1）冷态塑性变形引起的残余应力）冷态塑性变形引起的残余应力 在切削力作用下，已加工表面产生强在切削力作用下，已加工表面产生强烈的塑性变形，表面层金属体积膨胀，受烈的塑性变形，表面层金属体积膨胀，受到与它相连的里层金属的阻止，表面层产到与它相连的里层金属的阻止，表面层产生残余压应力，里层产生残余拉应力。生残余压应力，里层产生残余拉应力。当刀具从被加工表面上切除金属时，当刀具从被加工表面上切除金属时，由于后刀面的挤压和摩擦作用，加大了表由于后刀面的挤压和摩擦作用，加大了表面层伸长的塑性变形，表面层的伸长变形面层伸长的塑性变形，表面层的伸长变形受到基体金属的限制，也在表面层

38、产生了受到基体金属的限制，也在表面层产生了残余压应力。残余压应力。（2）热态塑性变形引起的残余应力）热态塑性变形引起的残余应力 工件已加工表面在切削热作用下产生工件已加工表面在切削热作用下产生热膨胀，此时金属基体温度较低，因此表热膨胀，此时金属基体温度较低，因此表面产生热压应力。当切削过程结束时，表面产生热压应力。当切削过程结束时，表面温度下降。由于表层已产生热塑性变形面温度下降。由于表层已产生热塑性变形要收缩并受到基体限制，故而产生残余拉要收缩并受到基体限制，故而产生残余拉应力。磨削温度越高，热变形越大，残余应力。磨削温度越高，热变形越大，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。拉应力也越大，有

39、时甚至产生裂纹。（3 3）金相组织变化引起残余应力）金相组织变化引起残余应力 切削时产生的高温会引起表层金相组切削时产生的高温会引起表层金相组织变化。不同的金相组织有不同的密度，织变化。不同的金相组织有不同的密度，如淬火钢原来的组织是马氏体，磨削加工如淬火钢原来的组织是马氏体，磨削加工后，表层可能回火，马氏体变为接近珠光后，表层可能回火，马氏体变为接近珠光体的屈氏体或索氏体，密度增大而体积减体的屈氏体或索氏体，密度增大而体积减小，产生残余拉应力。如果表层温度超过小，产生残余拉应力。如果表层温度超过AcAc3 3，冷却又充分，则表层将又成为马氏体，冷却又充分，则表层将又成为马氏体，体积膨胀，产生

40、残余压应力。体积膨胀，产生残余压应力。2.2.影响表面层残余应力及磨削裂纹的因素影响表面层残余应力及磨削裂纹的因素 磨削用量是影响磨削裂纹的首要因素。磨削用量是影响磨削裂纹的首要因素。其次，磨削裂纹的产生与工件材料及其次，磨削裂纹的产生与工件材料及热处理规范有很大关系。磨削碳钢时，含热处理规范有很大关系。磨削碳钢时，含碳量越高，越容易产生裂纹，淬火钢晶界碳量越高，越容易产生裂纹，淬火钢晶界脆弱，渗碳、渗氮钢受温度影响，易在晶脆弱，渗碳、渗氮钢受温度影响，易在晶界上析出脆性碳化物和氮化物，故磨削时界上析出脆性碳化物和氮化物，故磨削时易产生裂纹。易产生裂纹。四、提高和改善零件表面层的物理力学性四、

41、提高和改善零件表面层的物理力学性能的措施能的措施（一）零件破坏形式和最终工序的选择（一）零件破坏形式和最终工序的选择 零件表层残余应力将直接影响机器零零件表层残余应力将直接影响机器零件的使用性能。残余应力的数值和性质主件的使用性能。残余应力的数值和性质主要取决于最终加工方法的选择；而零件最要取决于最终加工方法的选择；而零件最终加工方法的选择须考虑零件的具体工作终加工方法的选择须考虑零件的具体工作条件及零件可能产生的破坏形式。条件及零件可能产生的破坏形式。1.1.疲劳破坏疲劳破坏 从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，最终工序应选能在加工表面产生残余压应最终工序应选

42、能在加工表面产生残余压应力的加工方法。力的加工方法。2.2.滑动磨损滑动磨损 两个零件作相对滑动，滑动面逐渐磨两个零件作相对滑动，滑动面逐渐磨损。滑动磨损机理既有滑动摩擦的机械作损。滑动磨损机理既有滑动摩擦的机械作用，又有物理化学方面的综合作用。当表用，又有物理化学方面的综合作用。当表面层的压缩工作应力超过材料的许用应力面层的压缩工作应力超过材料的许用应力时，将使表面金属磨损。从提高零件抵抗时，将使表面金属磨损。从提高零件抵抗滑动摩擦引起的磨损考虑，最终工序应选滑动摩擦引起的磨损考虑，最终工序应选择能在加工表面上产生残余拉应力的加工择能在加工表面上产生残余拉应力的加工方法。从抵抗粘结磨损、扩散

43、磨损、化学方法。从抵抗粘结磨损、扩散磨损、化学磨损考虑对残余应力的性质无特殊要求时，磨损考虑对残余应力的性质无特殊要求时，应尽量减小表面残余应力值。应尽量减小表面残余应力值。3.3.滚动摩擦滚动摩擦 两个零件的相对滚动，滚动面将逐渐两个零件的相对滚动，滚动面将逐渐磨损。滚动磨损主要来自滚动摩擦的机械磨损。滚动磨损主要来自滚动摩擦的机械作用和来自物理化学方面的综合作用，引作用和来自物理化学方面的综合作用，引起滚动磨损的决定性因素是表层下的最大起滚动磨损的决定性因素是表层下的最大拉应力。从抵抗滚动摩擦引起的磨损考虑，拉应力。从抵抗滚动摩擦引起的磨损考虑，最终工序选择能在表面层下产生压应力的最终工序

44、选择能在表面层下产生压应力的加工方法。加工方法。表表32（二）表面强化工艺（二）表面强化工艺1.1.喷丸强化喷丸强化 是利用压缩空气或离心力将大量的珠是利用压缩空气或离心力将大量的珠丸以高速打击被加工零件的表面，使表面丸以高速打击被加工零件的表面，使表面产生冷硬层和残余压应力，可以显著提高产生冷硬层和残余压应力，可以显著提高零件的疲劳强度。零件的疲劳强度。2.2.滚压加工滚压加工 是利用淬硬的滚压工具在常温下对工是利用淬硬的滚压工具在常温下对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，工件表面施加压力，使其产生塑性变形，工件表面上原有的波峰填充到相邻的波谷中，件表面上原有的波峰填充到相邻的波谷中，以减

45、小表面粗糙度值，并使表面产生冷硬以减小表面粗糙度值，并使表面产生冷硬层和残余压应力，从而提高零件的承载能层和残余压应力，从而提高零件的承载能力和疲劳强度。力和疲劳强度。3.3.液体磨料强化液体磨料强化 是利用液体和磨料的混合物强化是利用液体和磨料的混合物强化工件表面的方法。工件表面的方法。第 四 节工艺系统的振动一、机械加工中的振动现象一、机械加工中的振动现象 机械加工中的振动是一种常见的物理机械加工中的振动是一种常见的物理现象，它使正常的切削过程受到干扰和破现象，它使正常的切削过程受到干扰和破坏，降低了加工质量，有时甚至使加工无坏，降低了加工质量，有时甚至使加工无法进行，对精密加工的影响尤为

46、重要。法进行，对精密加工的影响尤为重要。1 1、振动对机械加工过程的危害、振动对机械加工过程的危害（1 1）影响零件的加工质量）影响零件的加工质量 工艺系统的振动，会在加工表面上留工艺系统的振动，会在加工表面上留下明显的振痕，降低了加工精度，并使表下明显的振痕，降低了加工精度，并使表面质量恶化。面质量恶化。（2 2）影响刀具和设备的寿命）影响刀具和设备的寿命 切削加工中的振动可能使刀刃崩碎，切削加工中的振动可能使刀刃崩碎，特别是较脆的刀具材料，同时还加剧设特别是较脆的刀具材料，同时还加剧设备的磨损。备的磨损。（3 3）影响生产率）影响生产率 切削加工中为了避免振动，通常不切削加工中为了避免振动

47、，通常不得不采用较小的切削用量，从而限制了得不采用较小的切削用量，从而限制了生产率的提高。生产率的提高。（4 4）污染环境）污染环境 振动时发出刺耳的噪声，有害于工振动时发出刺耳的噪声，有害于工人的健康。人的健康。2 2、机械振动的类型、机械振动的类型（1 1）自由振动）自由振动 在初始干扰力作用下，系统的平衡被在初始干扰力作用下，系统的平衡被破坏，并仅靠弹性恢复力来维持的振动称破坏，并仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。为自由振动。由于自由振动而在加工表面留下的一由于自由振动而在加工表面留下的一段振痕，在后续加工中有可能引起系统产段振痕，在后续加工中有可能引起系统产生自激振动。生自激振动

48、。（2 2）受迫振动）受迫振动 系统在周期性变化的激振力（干扰力）系统在周期性变化的激振力（干扰力）持续作用下所产生的振动称为受迫振动。持续作用下所产生的振动称为受迫振动。（3 3）自激振动）自激振动 在没有周期性干扰力的作用下，由振在没有周期性干扰力的作用下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动称为自激振动。振动称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤切削过程中产生的自激振动也称为颤振。振。受迫振动和自激振动都不属于衰减振受迫振动和自激振动都不属于衰减振动，对机械加工的影响较大。动，对机械加工的影响较大。二、机械加工中的受迫振动二、机械加工中

49、的受迫振动1 1、受迫振动产生的原因、受迫振动产生的原因 机械加工中的强迫振动是由机床外机械加工中的强迫振动是由机床外部和内部振源的激振力所引发的。部和内部振源的激振力所引发的。（1 1）系统外部的周期性激振力）系统外部的周期性激振力（2 2）高速回转零件的质量不平衡引起的）高速回转零件的质量不平衡引起的振动振动（3 3）传动机构的缺陷和往复运动部件的）传动机构的缺陷和往复运动部件的惯性力引起的振动惯性力引起的振动（4 4）切削过程的间歇性）切削过程的间歇性2.2.受迫振动的数学描述及特性受迫振动的数学描述及特性 工艺系统是一个具有无穷多个自由度工艺系统是一个具有无穷多个自由度的振动系统，可简

50、化为多自由度系统。的振动系统，可简化为多自由度系统。自由度数是指描述振动系统运动所必自由度数是指描述振动系统运动所必需的独立坐标的数目。需的独立坐标的数目。但就其某一特定自由度而言，其振动但就其某一特定自由度而言，其振动特性与相应频率的单自由度系统有近似之特性与相应频率的单自由度系统有近似之处，可简化为单自由度系统来分析。处，可简化为单自由度系统来分析。根据牛顿第二定律，单自由根据牛顿第二定律，单自由度系统的运动方程式为：度系统的运动方程式为：当进入稳态时：动力放大系数动力放大系数有阻尼的有阻尼的自由振动自由振动强迫振动强迫振动有阻尼的有阻尼的自由振动自由振动和强迫振和强迫振动的合成动的合成结