【正文】 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。 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。 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 吸附層 8nm 基體材料 纖維層 壓縮區(qū) 幾十~幾百微米 熱影響區(qū) 顯微硬度 殘余應(yīng)力 加工表面層沿深度變化示意圖 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 零件表面質(zhì)量 表面粗糙度 表面波度 表面物理力學(xué)性能的變化 表面微觀幾何形狀特征 表面層冷作硬化 表面層殘余應(yīng)力 表面層金相組織的變化 表面質(zhì)量的內(nèi)容 41 加工表面質(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。 傷痕： 是加工表面上一些個(gè)別位置上出現(xiàn)的缺陷。 表面層的幾何形狀 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 L1范圍內(nèi)的凹凸不平 (表面粗糙度 )H1 L2范圍內(nèi)的凹凸不平 (波度 )H2 平面度 H3 表面粗糙度和波度 表面層的幾何形狀 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 1) 表面層冷作硬化 (簡(jiǎn)稱冷硬 )： 在機(jī)械加工中 ,零件表面層產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后 ,引起的強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。 2) 表面層金相組織的變化： 機(jī)械加工過(guò)程中，由于切削熱或磨削熱的作用引起工件表面溫升過(guò)高，表面層金屬的金相組織發(fā)生變化的現(xiàn)象。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 表面層的物理機(jī)械性能 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 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 零件耐磨性的影響因素： 摩擦副的材料；潤(rùn)滑條件；表面質(zhì)量 (接觸面積 )。 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 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 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 初期磨損量與粗糙度的關(guān)系 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 T7A鋼車削后不同冷硬度與耐磨性的關(guān)系 HB 磨損量(μm) 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 （ 3）表面層產(chǎn)生的金相組織變化零件耐磨性的影響 ? 金相組織的變化引起 基體材料硬度的變化 ，進(jìn)而影響零件的耐磨性。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位、劃痕和裂紋等容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。 因此 減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能 。 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能還有其它方面的影響： 如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測(cè)量精度；對(duì)滑動(dòng)零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。 表面層的殘余應(yīng)力會(huì)使零件在使用過(guò)程中繼續(xù)變形，失去原來(lái)的精度，降低機(jī)器的工作質(zhì)量。 粗糙度的測(cè)量方法？ 參數(shù)及數(shù)值 /um 取樣長(zhǎng)度 /mm 評(píng)定長(zhǎng)度 /mm Ra Rz 、 Ry ≥~ ≥~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 50~320 切削加工表面粗糙度的形成 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 切削加工表面粗糙度的形成及影響因素 (1)幾何因素 ?刀尖圓弧半徑 rε ?主偏角 kr、副偏角 kr′ ?進(jìn)給量 f 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 (2)物理力學(xué)因素 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 切削加工表面粗糙度的形成 ? 被加工材料的性能 —— 塑性變形 的影響 切削過(guò)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 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 鱗刺的產(chǎn)生： 切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層和工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。 加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，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。積屑瘤和鱗刺僅在低速時(shí)產(chǎn)生。 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 切削加工表面粗糙度的影響因素 加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響 實(shí)線 —— 只考慮塑性變形的影響 虛線 —— 考慮刀瘤和鱗刺的影響 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ④其它因素的影響 合理使用 冷卻潤(rùn)滑液 ，適當(dāng)增大 刀具的前角 ，提高 刀具的刃磨質(zhì)量 等，均能有效地減小表面粗糙度值。 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 一、切削加工后的表面粗糙度 切削加工表面粗糙度的影響因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 影響切削加工表面粗糙度的因素 刀具幾何形狀 刀具材料、刃磨質(zhì)量 切削用量 工件材料 ?殘留面積 ↓ →Ra↓ ?前角 ↑→ Ra↓ ?后角 ↑→摩擦 ↓→Ra↓ ?刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角 ? v↑→ Ra↓ ?f↑→ Ra↑ ?ap對(duì) Ra影響不大，太小會(huì)打滑，劃傷已加工表面 ?材料塑性 ↑→ Ra↑ ?同樣材料晶粒組織大 ↑→ Ra↑，常用正火、調(diào)質(zhì)處理 ?刀具材料強(qiáng)度 ↑→ Ra↓ ?刃磨質(zhì)量 ↑→ Ra↓ ?冷卻、潤(rùn)滑 ↑→ Ra↓ 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 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 二、磨削加工后的表面粗糙度 磨削加工后表面粗糙度 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(guò)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 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 磨粒在工件上的刻痕 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 ? 砂輪轉(zhuǎn)速 越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(guò)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 。