【正文】 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、密封性和測量精度；對滑動零件，可降低其摩擦系數，從而減少發(fā)熱和功率損失。 第 5章 機械加工表面質量 機械加工中，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 因素兩個方面。 這主要是因為在加工過程中還有塑性變形等物理因素的影響 。 第 5章 機械加工表面質量 (2)物理力學因素 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 切削過程中刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓與摩擦而產生塑性變形。 (2)物理力學因素 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 鱗刺的產生： 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撕裂現象。故對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質處理。 加工脆性材料時，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，使表面粗糙。積屑瘤和鱗刺僅在低速時產生。 加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度的影響 實線 —— 只考慮塑性變形的影響 虛線 —— 考慮刀瘤和鱗刺的影響 (2)物理力學因素 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 ④ 其它因素的影響 合理使用 冷卻潤滑液 ，適當增大 刀具的前角 ，提高 刀具的刃磨質量 等，均能有效地減小表面粗糙度值。 (2)物理力學因素 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 (3)工藝系統(tǒng)振動 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 工藝系統(tǒng)的低頻振動，一般在工件的已加工表面上產生表面波度，而工藝系統(tǒng)的高頻振動將對已加工表面的粗糙度產生影響。 第 5章 機械加工表面質量 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↓ ?刃傾角會影響實際工作前角 ? v↑→ Ra↓ ?f↑→ Ra↑ ?ap對 Ra影響不大，太小會打滑，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、調質處理 ?刀具材料強度 ↑→ Ra↓ ?刃磨質量 ↑→ Ra↓ ?冷卻、潤滑 ↑→ Ra↓ 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數極細的刻痕形成的，工件單位面積上通過的砂粒數越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。加工表面在多次擠壓下出現溝槽與隆起，又由于磨削時的高溫更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越細密均勻，表面粗糙度值就越小。因此，砂輪修整的質量對磨削表面的粗糙度影響很大。 ? 工件速度 對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉速的影響相反。 ? 砂輪的縱向進給量 小于砂輪的寬度時，工件表面將被重疊切削，而被磨次數越多，工件表面粗糙度值就越小。 磨削中影響粗糙度的因素 (3)磨削用量 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 磨削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 ?太硬易使磨粒磨鈍 →Ra ↑ ； ?太軟容易堵塞砂輪 →Ra ↑ ； ?韌性太大，熱導率差會使磨粒早期崩落 →Ra ↑ 。加工時所用的工具由加工面本身導向而相對于工件的定位基準沒有確定的位置，所使用的機床也不需要具有非常精確的成型運動。 采用這些方法加工時，其加工余量都不可能太大，一般只是前道工序公差的幾分之一。 第 5章 機械加工表面質量 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械性能產生變化，最主要的變化是 表面層冷作硬化 、 金相組織的變化 和 殘余應力的產生 。 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 第 5章 機械加工表面質量 影響表面層物理力學性能的主要因素 表面物理力學性能 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 冷作硬化 金相組織變化 殘余應力 表 現 形 式 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 第 5章 機械加工表面質量 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，晶粒間產生剪切滑移 ,晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，引起材料的強化（使表面層金屬的硬度和強度提高），這種現象稱為 加工硬化 ，又稱 冷作硬化 或 強化。 弱化作用的大小取決于溫度的高低 、 熱作用時間的長短和表層金屬的強化程度 。 冷作硬化的概念 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 加工表面層的冷作硬化 第 5章 機械加工表面質量 衡量表面層 加工硬化程度 的指標有下列三項： 1）表面層的顯微硬度 H； 2）硬化層深度 h； 3）硬化程度 N N=(HH0)/H0 100％ 式中 H0—— 工件原表面層的顯微硬度。力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大；速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越??；變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復程度。 定義： 磨削加工時，表面層有很高的溫度，當溫度達到相變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強度和硬度降低、產生殘余應力、甚至出現微觀裂紋，這種現象稱為 磨削燒傷 。 1. 機械加工表面層金相組織的變化 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的金相組織變化 第 5章 機械加工表面質量 淬火燒傷 回火燒傷 退火燒傷 2. 磨削燒傷的三種形式 磨削時，當工件表面層溫度超過相變臨界溫度 Ac3時，則馬氏體轉變?yōu)閵W氏體。硬度和強度均大幅度下降。 磨削時，如果工件表面層溫度只是超過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織將產生回火現象而轉變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或屈氏體），這種現象稱為 回火燒傷 。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會出現二次淬火馬氏體組織。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現象稱為 淬火燒傷 。人們根據燒傷表面上看到的黃、褐、紫、青等燒傷顏色，便可鑒別它屬于哪一類燒傷。 （ 2）酸洗法： 將已加工完的工件表面在 3%～ 5%的硝酸溶液中浸洗 30～ 40s后取出，在燈光下觀察，如果表面呈暗灰色則可判斷工件表面上無燒傷，如果表面呈黑色則說明工件已經燒傷。 （ 4）顯微硬度法： 不同性質的燒傷具有不同性質的顯微硬度分布。 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的殘余應力 第 5章 機械加工表面質量 冷塑性變形 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產生伸長塑變，基 體仍處于彈性變形狀態(tài)。 熱塑性變形 表層產生殘余拉應力，里層產生產生殘余壓應力 金相組織變化 切削過程產生的高溫會引起表面層的相變，表面層 金相變化的結果會造成體積的變化。 2. 表面層殘余應力產生的原因 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的殘余應力 第 5章 機械加工表面質量 切削熱在表層金屬產生殘余拉應力的示意圖 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的殘余應力 第 5章 機械加工表面質量 磨削裂紋和殘余應力有著十分密切的關系。 磨削裂紋常與燒傷同時出現。磨削硬質合金時，由于其脆性大，抗拉強度低以及導熱性差，所以特別容易產生磨削裂紋。 3. 磨削裂紋 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的殘余應力 第 5章 機械加工表面質量 機械加工后工件表面層的殘余應力是冷態(tài)塑性變形、熱 態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結果。磨削加工時起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面層常產生殘余拉伸應力。 至于表面鍍鉻，以及其他表面化學熱處理等強化工藝，不屬于本課程的研究范圍，這里不做介紹。解決的 原則 ： 一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。 控制加工表面質量的途徑 第 5章 機械加工表面質量 為了獲得要求的表面質量，就必須對加工方法、切削參數進行適當的控制。而對于一些直接影響產品性能、壽命和安全工作的重要零件的重要表面，就有必要加以控制了。另一種方法是在磨削過程中連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數。 由于切削速度低 、 磨削壓強小 ， 所以加工時產生很少熱量， 不會產生熱損傷 ， 并在工件表面層產生殘余壓應力 。 采用超精加工 、 珩磨工藝雖然比直接采用精磨達到要求的粗糙度要多增加一道工序 ， 但由于這些加工方法都是靠加工表面自身定位進行加工的 ， 所以機床結構簡單 ， 精度要求不高 ， 而且大多設計成多工位機床 ， 并能進行多機操作 ， 所以生產效率較高 ， 加工成本較低 。 借助強化工藝還可以用次等材料替代優(yōu)質材料 ， 以節(jié)約貴重材料 。 因此 ， 采用強化工藝必須控制好工藝參數以獲得要求的強化表面 。 2） X光法 將一束 X光線照射在金屬上 , 射線將在晶胞中反射出來，在光譜上得出許多成虛線的干涉圈。利用這一原理，先照出試件基體 X光譜，與加工層的 X光譜比較，用機械拋光或電拋光逐次去掉加工層，將所照 X光譜比較之，直至與基體一致，即可從機械拋光等去掉的厚度得到硬化深度。 b、 硬化層深度 h：在試件的側面磨出金相磨片，從外向內打顯微硬度，從其硬度變化得知硬化深度，如果硬化層很薄，則這種方法不行。一般斜切角ε=0o30’～ 2o30’， h=Isinε，要注意斜切方向應在縱向粗糙度上，即與主運動方向平行，斜切加工要用研磨、電加工等方法，避免在斜切面上產生加工硬化而影響測量效果。 (2)顯微硬度法 由于磨削燒傷時表層的顯微硬度有變化，故可從顯微硬度來測定燒傷的程度和深度。 (3) 金相組織法 同上 (4)酸洗法 將工件加工面浸泡在硝酸溶液（ 3～ 5%HNO3）中 30～ 45s后，如表面呈黑色則有燒傷，呈暗灰色則無燒傷。從裂紋的方向可以判斷殘余應力的性質，縱向裂紋是由切向應力引起的，橫向裂紋是由軸向拉應力引起的。裂紋出現愈快，殘余應力愈大。 表面質量的檢查 控制加工表面質量的途徑 第 5章 機械加工表面質量 4. 殘余應力的測定 （ 2）光譜法 在試件上放一張銀箔并照下 X 光譜圖，得到一系