大学精品课件：第五章机械加工表面质量

1、Machine Manufacturing Engineering,机 械 制 造 工 程 学,2021年2月8日,第五章 机械加工表面质量,第一节 表面质量的概念 第二节 影响表面质量的因素 第三节 控制加工表面质量的措施,第一节 表面质量的概念,一、表面质量的含义,机械加工表面质量也称表面完整性，它包含两个方面的内容： 表面的几何特征； 表面层力学物理性能,第一节 表面质量的概念,一、表面质量的含义,加工表面的几何形状特征,表面粗糙度,指加工表面的微观几何形状误差。波长与波高(L3/H3)的比值小于50。 表面粗糙度的现行标准为：GB/T 131-2006。 表示方法：Ra、Rz,表面波度

2、,介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。波长与波高(L2/H2)的比值一般为：501000,纹理方向,指表面刀纹的方向。它取决于表面形成所采用的机械加工方法,一、表面质量的含义,加工表面的物理力学性能的变化,表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬化)； 表面层因力或热的作用产生的残余应力； 表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响,表面粗糙度对耐磨性的影响,就零件的耐磨性而言，最佳表面粗糙度Ra的值在0.8m0.2m之间为宜,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响,表面粗糙度对耐磨性的影响,刀纹方向对耐磨性的影响

3、,轻载时，摩擦副表面纹理方向与相对运动方向一致时，磨损最小,重载时，摩擦副的两个表面纹理相垂直、且运动方向平行于下表面的纹路方向时，磨损最小,两个表面纹理方向均与运动方向垂直时，磨损最大,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响,表面粗糙度对耐磨性的影响,刀纹方向对耐磨性的影响,冷作硬化对耐磨性的影响,残余应力对耐磨性的影响,表面为压应力时，耐磨性高,对零件耐疲劳性的影响,表面粗糙度对耐疲劳性的影响,残余应力对耐疲劳性的影响,冷作硬化对耐疲劳性的影响,表面为压应力时，耐疲劳性好,冷作硬化程度 耐疲劳性,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐腐蚀性的影响,Ra值,耐腐蚀性,表面压

4、应力,表面致密,耐腐蚀性,对零件配合精度的影响,实验研究表明： 零件尺寸大于50mm时，推荐：Ra=(0.10.15)T 零件尺寸在1850mm时，推荐： Ra=(0.150.20)T 零件尺寸小于18mm时，推荐： Ra=(0.200.25)T,第二节 影响表面质量的因素,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,几何因素,第二节 影响表面质量的因素,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,几何因素,考虑刀尖圆弧角,第二节 影响表面质量的因素,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,几何因素,考虑刀尖圆弧角,Ra值,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,物理因素,多数情况下是在已加工表面的残留面积上叠加着一

5、些不规则的金属生成物、粘附物或刻痕。 形成它们的原因有积屑瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,物理因素,切削速度,V Ra,工件材料性质,刀具几何形状、材料,前角,Ra值,冷却润滑,一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度值较大，而脆性材料加工后易得到较小的表面粗糙度值。对于同样材料，其晶粒组织越粗大，加工表面粗糙度值越大,切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削区金属表面的塑性变形程度下降，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，因此可大大减小加工表面粗糙度值,二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素,磨削加工时磨粒很钝，常具有很大的

6、负前角，会使加工表面产生严重的塑性变形，形成沟槽和隆起，增大了表面粗糙度。因此，砂轮的粒度、修整、速度和磨削切深、工件速度等都对磨削时的表面粗糙度造成影响,二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素,磨削用量,砂轮的特性,粒度,粒度号,Ra值,砂轮的硬度,硬度,难脱落,Ra值,硬度,易脱落,不易保持形状,精度,砂轮的修整,冷却,修整砂轮是改善磨削表面粗糙度的重要因素，砂轮修整得越好，砂轮磨粒微刃等高性越好，磨出工件的表面粗糙度值越小,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的加工硬化,机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎

7、化，引起表面层的强度和硬度都提高的现象，称加工硬化,评定指标： 表面层的显微硬度 HV 硬化层深度 h 硬化程度 N,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的加工硬化,机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和硬度都提高的现象，称加工硬化,评定指标： 表面层的显微硬度 HV 硬化层深度 h 硬化程度 N,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的加工硬化,机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和硬

8、度都提高的现象，称加工硬化,评定指标： 表面层的显微硬度 HV 硬化层深度 h 硬化程度 N,影响因素： 刀具 切削用量 工件材料,工件材料的硬度越低，塑性越大时，冷作硬化程度也越大,表面层的金相变化,加工中,达到相变温度,产生相变,烧伤的形式,退火烧伤,回火烧伤,淬火烧伤,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,工件表面温度超过相变温度AC3，但无冷却液，工件表面被退火。 工件干磨时易发生这种烧伤,工件表面温度未达到相变温度AC3，但超过马氏体的转变温度，工件表层组织为回火屈氏体或索氏体,工件表面温度超过相变温度AC3，冷却充分，工件表面被二次淬火。但淬透层很薄，其下层仍为回火屈氏体或索氏体

9、,表面层的金相变化,影响磨削烧伤的因素,磨削用量,aP,工件表层温度,烧伤,V砂轮,工件表层温度,烧伤,f,工件表层温度,烧伤,V工件,工件表层温度,热源作用时间,烧伤,工件材料,砂轮特性,冷却,工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的硬度、强度、韧性和导热系数。 工件材料硬度高、强度高、韧性和密度大都会使磨削区温度升高，因而容易产生磨削烧伤。 导热性能比较差的材料，如耐热钢、轴承钢、不锈钢等，在磨削时也容易产生烧伤,砂轮表面上磨粒的切削刃口尖锐锋利些，摩削力、温度就会下降，所以提高磨粒硬度和强度是关键。 此外采用粗粒度砂轮、较软的砂轮都可提高砂轮自锐性，同时砂轮不易被切屑堵塞，因此都可避免磨

10、削烧伤发生,表面层的残余应力,冷态塑性变形,热态塑性变形,局部金相组织变化,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的残余应力,冷态塑性变形,热态塑性变形,局部金相组织变化,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,不同的金相组织有不同的密度，如M=7.75g/cm3 A=7.96g/cm3、P=7.78g/cm3、F=7.88g/cm3 当金相组织变化时，由于密度不同，体积会发生变化。如果表层金属膨胀则残余应力为压应力(-)，反之，如果表层金属体积缩小则产生残余拉应力(,在切削热的作用下，已加工面产生热膨胀，此时表层产生热压应力。加工后，表层已产生的热塑性变形收缩受到内层金属的阻碍。故加工后表面层残余应力为拉应力(+) ，里层为压应力(-),在切削力的作用下，已加工面受后刀面的挤压，使晶格扭曲，表层金属比容积增大，体积膨胀，而内层金属又阻止其伸长。故加工后表面层残余应力为压应力(-)，里层为拉应力(,表面层的残余应力,冷态塑性变形,热态塑性变形,局部金相组织变化,例如：淬火钢表面回火，表层金属由马氏体转变成屈氏体或索氏体，密度由7.75g/cm3变为7.78g/cm3,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,第三节 控制加工表面质量的措施,一、采用光整加工方法降低表面粗糙度,