【正文】 表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 表面粗糙度： 是指表面 微觀 幾何形狀誤差，其波長(zhǎng)與波高的比值在 L1/H1＜ 40的范圍內(nèi)，波距 1mm。 機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。本章旨在 研究 零件表面層在加工中的變化和發(fā)生變化的機(jī)理， 掌握 機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律， 運(yùn)用 這些規(guī)律來(lái)控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 第 四 章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 本章提要 機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和延長(zhǎng)使用壽命。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的 加工表面 和 表面層 作為分析和研究對(duì)象的。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 機(jī)械加工表面質(zhì)量的概念 表面粗糙度及其影響因素 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 控制加工表面質(zhì)量的途徑 振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響及其控制 內(nèi)容提綱 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 零件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。雖然只有極薄的一層（幾微米 —— 幾十微米），但都錯(cuò)綜復(fù)雜地影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。 表面波度： 是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差 L3/H3 = 1000）和表面粗糙度間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波長(zhǎng)與波高的比值在 40＜ L2/H2＜ 1000的范圍，波距 =1~10mm 紋理方向： 紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。例如：砂眼、氣孔、裂痕等。一般情況下表面硬化層的深度可達(dá) — 。 3) 表面層殘余應(yīng)力： 是由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。因?yàn)楸砻嫣饣?，存不住?rùn)滑油，接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 （ 2）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響 ? 加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。 ? 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 ? 適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 1）表面粗糙度對(duì)零件配合精度的影響 表面粗糙度較大，則降低了配合精度。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 1）表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。 （ 2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面 殘余壓應(yīng)力 使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入， 可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性 ，而表面 殘余拉應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性 。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 零件表面質(zhì)量 粗糙度太大、太小都不耐磨 適度冷硬能提高耐磨性 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 對(duì)耐磨性的影響 對(duì)耐腐蝕性能的影響 對(duì)工作精度的影響 粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差 適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲勞強(qiáng)度 粗糙度越大、工作精度降低 殘余應(yīng)力越大，工作精度降低 粗糙度越大，耐腐蝕性越差 壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反之則降低耐腐蝕性 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 一、切削加工后的表面粗糙度 機(jī)械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為 幾何因素 和 物理力學(xué) 因素兩個(gè)方面。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 物理因素 切削加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度有比較大的差別。切削過程中刀具的刃口圓角及后刀面對(duì)工件擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 (3) 、 工藝系統(tǒng)振動(dòng) 低頻振動(dòng) — 〉 表面波度；高頻振動(dòng) — 〉 表面粗糙度 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ① 工件材料的影響 ? 韌性材料： 工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。 ? 脆性材料： 加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越?。贿x擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。 ③ 進(jìn)給量的影響 減小 進(jìn)給量 f固然可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過小，表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 二、磨削加工后的表面粗糙度 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，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過程中只是對(duì)被加工表面擠壓，沒有切削作用。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 二、 磨削加工后的表面粗糙度的影響因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 (1)砂輪的磨粒 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 二、磨削加工后的表面粗糙度 磨粒 在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等高性越好。 磨削中影響粗糙度的因素 (2)砂輪修整 砂輪修整 除了使砂輪具有正確的幾何形狀外，更重要的是使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 砂輪轉(zhuǎn)速 越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。工件的速度增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面粗糙度值增大。 為提高磨削效率，通常在開始磨削時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 二、磨削加工后的表面粗糙度 磨削中影響粗糙度的因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 影響磨削加工表面粗糙度的因素 ? 粒度 ↓→Ra↓ ? 金剛石筆鋒利 ↑，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量 ↓→ Ra↓ ?磨粒等高性 ↑→Ra↓ ?硬度 ↑→鈍化磨粒脫落 ↓→ Ra↑ ?硬度 ↓→磨粒脫落 ↑→Ra↑ ?硬度合適、自勵(lì)性好 ↑→Ra↓ ?太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差 ↑→ Ra↓ 砂輪粒度 工件材料性質(zhì) 砂輪修正 磨削用量 砂輪硬度 ?砂輪 V↑→ Ra↓ ?ap、工件 V↑→ 塑變 ↑→ Ra↑ ?粗磨 ap↑→生產(chǎn)率 ↑ ?精磨 ap↓→ Ra↓(ap=0光磨 ) 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 二、磨削加工后的表面粗糙度 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是 表面層冷作硬化 、 金相組織的變化 和 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素 表面物理力學(xué)性能 影響 金相組織變化 因素 影響 顯微硬度 因素 影響 殘余應(yīng)力 因素 ? 塑變引起的冷硬 ? 金相組織變化引起的硬度變化 ? 冷塑性變形 ? 熱塑性變形 ? 金相組織變化 ? 切削熱 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 冷作硬化 金相組織變化 殘余應(yīng)力 表 現(xiàn) 形 式 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 切削或磨削加工中，表面層金屬由于塑性變形使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移 ,晶粒被拉長(zhǎng)和纖維化，甚至破碎，引起材料的強(qiáng)化（使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高），這種現(xiàn)象稱為 加工硬化 ，又稱 冷作硬化 或 強(qiáng)化。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 一、加工表面的冷作硬化 衡量表面層加工硬化的指標(biāo) 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 表面層冷作硬化的程度決定于 產(chǎn)生塑性變形的力 、 變形速度 及 變形時(shí)的溫度 。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 一、加工表面的冷作硬化 影響冷作硬化的主要因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ⑴ 刀具幾何形狀的影響 切削刃 rε↑、前角 ↓、后面磨損量 VB↑ →表層金屬的塑變加劇 →冷硬 ↑ ⑵ 切削用量的影響 切削速度 v↑→溫度升高，冷硬恢復(fù)； 刀具、工件接觸時(shí)間短，塑變 ↓→冷硬 ↓ f↑→切削力 ↑→塑變 ↑→冷硬 ↑ f 較小 → 刀具刃口圓角在加工表面單位長(zhǎng)度 上的擠壓次數(shù)增多 ↑→ 冷硬 ↑ ⑶ 工件材料性能的影響 材料塑性 ↑→