顾崇衔等编著的第三版的《机械制造工艺学》的ppt课件第四章-机械加工表面质量教学内容

1、第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量顾崇衔等编著的第三版的机械制造工艺学的PPT课件第四章-机械加工表面质量第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量NoImage 4-1 加工表面质量的基本概念加工表面质量的基本概念一、概述一、概述零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。面质量。机械加工表面质量决定了机器的机械加工表面质量决定了机器的使用性能使用性能和延长和延长使使用寿命用寿命。机械加工表面质量是以机械零件的。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面加工表面和和表面表面层层作为分析和研究对象的。作为分析和研究对象的。

2、机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米然只有极薄的一层（几微米几十微米），但都错综复杂几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的耐磨性、抗腐蚀性、配合质量和疲劳强地影响着机械零件的耐磨性、抗腐蚀性、配合质量和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。的重视。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量NoImage 4-1 加工表面质

3、量的基本概念加工表面质量的基本概念一、概述一、概述吸附层吸附层 88nm基体材料基体材料纤维层纤维层压缩区压缩区 几十几十几百几百微米微米热影响区热影响区显微硬度显微硬度残余应力残余应力加工表面层沿深度变化示意图加工表面层沿深度变化示意图第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量零件表面质量零件表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几表面微观几何形状特征何形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 表面质量的内容表面质量的内容 4-1 加工表面质量的基本概念加工表面质量的

4、基本概念一、概述一、概述第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量NoImage 4-1 加工表面质量的基本概念加工表面质量的基本概念一、概述一、概述表面粗糙度：表面粗糙度：是指表面是指表面微观微观几何形状误差，其波长与波高的比几何形状误差，其波长与波高的比值在值在L1/H140的范围内，波距的范围内，波距0.020.10.100.500.251.250.12.00.5010.00.84.02.010.010.050.02.512.510.080.0503208.040.01、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-2 机械加工

5、表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度1、 切削加工表面粗糙度的形成及影响因素切削加工表面粗糙度的形成及影响因素(1)(1)几何因素几何因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr进给量进给量f第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量(2)(2)物理力学因素物理力学因素 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成l 被加工材料的性能被加工材料的性能塑性变形塑性变形

6、的影响的影响 切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生塑性变形。塑性变形。l 与切削机理有关的物理因素与切削机理有关的物理因素刀瘤刀瘤和和鳞刺鳞刺的影响的影响第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成(2)(2)物理力学因素物理力学因素刀瘤对工件表面质量的影响刀瘤对工件表面质量的影响切削过程中切屑底层和前刀面发生冷焊的结果。切削过程中切屑底层和前

7、刀面发生冷焊的结果。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度鳞刺的产生：鳞刺的产生：切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象。削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象。1、 切削加工表面粗糙度的形成切削加工表面粗糙度的形成(2)(2)物理力学因素物理力学因素鳞刺的形成：抹试阶段、导裂阶段、层积阶段、刮成阶段第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表

8、面质量工件材料的影响工件材料的影响v 韧性材料：韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。v 脆性材料：脆性材料：加工粗糙度接近理论值。加工粗糙度接近理论值。加工脆加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙

9、。 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度2、 切削加工表面粗糙度的影响因素切削加工表面粗糙度的影响因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量切削速度的影响切削速度的影响 加工塑性材料时，加工塑性材料时，切削速度切削速度对表面粗糙度对表面粗糙度的影响如图所示。积屑瘤和鳞刺仅在低速时产的影响如图所示。积屑瘤和鳞刺仅在低速时产生。切削速度越高，塑性变形越不充分，表面生。切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小；选择低速宽刀精切和高速精切，粗糙度值越小；选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面

10、粗糙度。可以得到较小的表面粗糙度。 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度2、 切削加工表面粗糙度的影响因素切削加工表面粗糙度的影响因素加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响实线只考虑塑性变形的影响虚线考虑刀瘤和鳞刺的影响第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量其它因素的影响其它因素的影响 合理使用合理使用冷却润滑液冷却润滑液，适当增大，适当增大刀具的刀具的前角前角，提高，提高刀具的刃磨质量刀具的刃磨质量等，均能有效地等，均能有效地减小表面粗糙度值。减小表面粗糙

11、度值。进给量的影响进给量的影响 减小减小进给量进给量f固然可以减小表面粗糙度值，固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度2、 切削加工表面粗糙度的影响因素切削加工表面粗糙度的影响因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量影响切削加工表影响切削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨质量刀具材料、刃磨质量切削用量切削用量工件材料工件材料残留面积 Ra前角 Ra后角摩擦

12、Ra刃倾角会影响实际工作前角 v Raf Raap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性 Ra同样材料晶粒组织大 Ra，常用正火、调质处理刀具材料强度 Ra刃磨质量 Ra冷却、润滑 Ra 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素一、切削加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，痕形成的，工件单位面积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面

13、粗糙度值越小。刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度1、 磨削加工后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，且磨粒大多数是负前磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工表面挤压，没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟工表面挤压，没有切削作用。加工表面在多次挤压下出现沟槽与隆起，又由于磨削时的高温更加剧了塑性变形，故表面槽与隆起，又由于磨削时

14、的高温更加剧了塑性变形，故表面粗糙度值增大。粗糙度值增大。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度1、 磨削加工后表面粗糙度磨削加工后表面粗糙度磨粒在工件上的刻痕磨粒在工件上的刻痕第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量(1)(1)砂轮的磨粒砂轮的磨粒 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度 磨粒磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越

15、好。则砂轮单位面积细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。2、 磨削中影响粗糙度的因素磨削中影响粗糙度的因素(2)(2)砂轮修整砂轮修整 砂轮修整砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面

16、质量v 砂轮转速砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。多，表面粗糙度值就越小。v 工件速度工件速度对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。工件的速度增大，通过加工表面的磨粒数减少，响相反。工件的速度增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。因此表面粗糙度值增大。v 砂轮的纵向进给量砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。 为提高磨削效率

17、，通常在开始磨削时采用较大的径向为提高磨削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表面粗糙度值。磨削，以减小表面粗糙度值。(3)(3)磨削用量磨削用量 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度2、 磨削中影响粗糙度的因素磨削中影响粗糙度的因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量(4)(4)工件材料工件材料太硬易使磨粒磨钝太硬易使磨粒磨钝 Ra ；太软容易堵塞砂轮太软容易堵塞砂轮Ra ；韧性太大，

18、热导率差会使磨粒早期崩落韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落Ra 。 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度2、 磨削中影响粗糙度的因素磨削中影响粗糙度的因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量影响磨削加工表影响磨削加工表面粗糙度的因素面粗糙度的因素 粒度粒度Ra 金刚石笔锋利金刚石笔锋利，修正导程、径，修正导程、径向进给量向进给量 Ra磨粒等高性磨粒等高性Ra硬度硬度钝化磨粒脱落钝化磨粒脱落 Ra硬度硬度磨粒脱落磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差太硬、太软

19、、韧性、导热性差 Ra砂轮粒度砂轮粒度工件材料性质工件材料性质砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮硬度砂轮硬度砂轮砂轮V Raap、工件、工件V 塑变塑变 Ra粗磨粗磨ap生产率生产率精磨精磨ap Ra(ap=0光磨光磨) 4-2 机械加工表面的粗糙度及其影响因素机械加工表面的粗糙度及其影响因素二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表表面层冷

20、作硬化面层冷作硬化、金相组织的变化金相组织的变化和和残余应力的产生残余应力的产生。由于磨。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。很大。 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量影响表面层物理力学性能的主要因素影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力表面物理力学性能学性能影响影响金相组金相组织变化织变化因素因素影响影响显微硬显微硬度度因素

21、因素影响影响残余应残余应力力因素因素 塑变引起的冷硬塑变引起的冷硬 金相组织变化引起金相组织变化引起的硬度变化的硬度变化 冷塑性变形冷塑性变形 热塑性变形热塑性变形 金相组织变化金相组织变化 切削热切削热 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化冷作硬化冷作硬化金相组织变化金相组织变化残余应力残余应力表表现现形形式式第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量切削或磨削加工中，表面层金属由于塑性变形使晶格扭切削或磨削加工中，表面层金属由于塑性变形使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移, ,晶粒被拉长和纤维化，甚至晶粒被拉长和纤维化，甚

22、至破碎，引起材料的强化（使表面层金属的硬度和强度提高），破碎，引起材料的强化（使表面层金属的硬度和强度提高），这种现象称为这种现象称为加工硬化加工硬化，又称，又称冷作硬化冷作硬化或或强化。强化。 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化一、加工表面的冷作硬化一、加工表面的冷作硬化1、 冷作硬化的概念冷作硬化的概念第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量衡量表面层衡量表面层加工硬化程度加工硬化程度的指标有下列三项：的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度）表面层的显微硬度H；2）硬化层深度）硬化层深度h；3）硬化程度）硬化程度NN=(H-H0)/H0100式

23、中式中 H0工件原表面层的显微硬度。工件原表面层的显微硬度。 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化一、加工表面的冷作硬化一、加工表面的冷作硬化2、 衡量表面层加工硬化的指标衡量表面层加工硬化的指标第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 表面层冷作硬化的程度决定于表面层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力产生塑性变形的力、变形变形速度速度及及变形时的温度变形时的温度。力越大，塑性变形越大，则硬化程度。力越大，塑性变形越大，则硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；变越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；变形时的温度不仅影响

24、塑性变形程度，还会影响变形后金相组形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。织的恢复程度。 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化一、加工表面的冷作硬化一、加工表面的冷作硬化3、 影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 刀具几何形状的影响刀具几何形状的影响切削刃切削刃 r、前角、前角、后面磨损量、后面磨损量VB 表层金属的塑变加剧表层金属的塑变加剧冷硬冷硬切削用量的影响切削用量的影响 切削速度切削速度v温度升高，冷硬恢复；温度升高，冷硬恢复；刀具、工件接触时间短，塑变刀具、工件接触时间

25、短，塑变冷硬冷硬 f切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬f 较小较小刀具刃口圆角在加工表面单位长度刀具刃口圆角在加工表面单位长度上的挤压次数增多上的挤压次数增多冷硬冷硬工件材料性能的影响工件材料性能的影响 材料塑性材料塑性冷硬冷硬 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化一、加工表面的冷作硬化一、加工表面的冷作硬化3、 影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化热变质层热变质层切削加

26、工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其邻近区域产生了一定的温升。邻近区域产生了一定的温升。定义：定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹，这种现象称为降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨磨削烧伤削烧伤。淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种形式。有三种形式。1. . 表面层金相

27、组织变化与磨削烧伤的产生表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量淬火烧伤淬火烧伤回火烧伤回火烧伤退火烧伤退火烧伤 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化热变质层热变质层2. . 磨削烧伤的三种形式磨削烧伤的三种形式 磨削时，当工件表面层温度超过相变临界温度磨削时，当工件表面层温度超过相变临界温度Ac3Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。若此时无冷却液，表层金时，则马氏体转变为奥氏体。若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。硬度和强度均大属空冷

28、冷却比较缓慢而形成退火组织。硬度和强度均大幅度下降。这种现象称为幅度下降。这种现象称为退火烧伤退火烧伤。磨削时，如果工件表面层温度只是超过原来的回磨削时，如果工件表面层温度只是超过原来的回火温度，则表层原来的回火马氏体组织将产生回火现象火温度，则表层原来的回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），这而转变为硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），这种现象称为种现象称为回火烧伤回火烧伤。磨削时工件表面温度超过相变临界温度磨削时工件表面温度超过相变临界温度Ac3Ac3时，则时，则马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外

29、层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回火索氏体火马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄，表面层总的硬度是和屈氏体。由于二次淬火层极薄，表面层总的硬度是降低的，这种现象称为降低的，这种现象称为淬火烧伤淬火烧伤。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化热变质层热变质层距表层距离距表层距离 ：二次淬火层二次淬火层：高温回火层高温

30、回火层：低温回火层低温回火层：正常组织正常组织2. . 磨削烧伤的三种形式磨削烧伤的三种形式第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量1) 砂轮转速砂轮转速 磨削烧伤磨削烧伤2) 径向进给量径向进给量fp 磨削烧伤磨削烧伤3) 轴向进给量轴向进给量fa磨削烧伤磨削烧伤4) 工件速度工件速度vw磨削烧伤磨削烧伤1)1)磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃口锋利磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃口锋利磨削磨削力力磨削区的温度磨削区的温度2)2)磨削导热性差的材料磨削导热性差的材料( (耐热钢、轴承钢、不锈耐热钢、轴承钢、不锈钢钢)磨削烧伤磨削烧伤3)3)应合理选择砂轮的硬度、结合剂和组织应合理选择砂轮的

31、硬度、结合剂和组织磨削烧伤磨削烧伤磨削用量磨削用量砂轮与砂轮与工件材料工件材料 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化热变质层热变质层3. . 影响磨削烧伤的因素及改善途径影响磨削烧伤的因素及改善途径降温、散热降温、散热第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量采用内冷却法采用内冷却法 磨削烧伤磨削烧伤改善冷却条件改善冷却条件 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化热变质层热变质层3. .

32、 影响磨削烧伤的因素及改善途径影响磨削烧伤的因素及改善途径内冷却装置1锥形盖 2通道孔 3砂轮中心孔 4有径向小孔的薄壁套第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量间断磨削间断磨削受热受热磨削烧伤磨削烧伤采用开槽砂轮采用开槽砂轮 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化二、机械加工后表面层金相组织的变化热变质层热变质层3. . 影响磨削烧伤的因素及改善途径影响磨削烧伤的因素及改善途径 开槽砂轮开槽砂轮 a a） 等距开槽等距开槽 b b）变距开槽）变距开槽 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-3 机械加工后表

33、面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化三、机械加工后表面层的残余应力三、机械加工后表面层的残余应力1. . 残余应力的定义残余应力的定义定义：定义： 机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力，这面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力，这种应力即为表面层的种应力即为表面层的残余应力残余应力。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量冷塑性变形冷塑性变形工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压

34、体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。应力，而在里层产生残余拉伸应力。热塑性变形热塑性变形表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力金相组织变化金相组织变化切削过程产生的高温会引起表面层的相变，表面层切削过程产生的高温会引起表面层的相变，表面层金相变化的结果会造成体积的变化。表面层体积膨胀金相变化的结果会造成体积的变化。表面层体积膨胀时因受到基体的限制产生拉应力；反之，产生压应力。时因受到基体的限制产生拉应力；反之，产生压应力。 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化三、机械加工后

35、表面层的残余应力三、机械加工后表面层的残余应力2. . 表面层残余应力产生的原因表面层残余应力产生的原因第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量切削热在表层金属产生残余拉应力的示意图切削热在表层金属产生残余拉应力的示意图 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化三、机械加工后表面层的残余应力三、机械加工后表面层的残余应力第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量磨削裂纹和残余应力有着十分密切的关系。磨削裂纹和残余应力有着十分密切的关系。在磨削过程中，在磨削过程中，当工件表面层产生的残余应力超过工件材料的强度极限时，工当工件表面层产生的残余应力超过工件材

36、料的强度极限时，工件表面就会产生裂纹。件表面就会产生裂纹。磨削裂纹常与烧伤同时出现。磨削裂纹常与烧伤同时出现。磨削裂纹的产生与材料性质及热处理工序有很大关系。磨磨削裂纹的产生与材料性质及热处理工序有很大关系。磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所以特别容易产生磨削裂纹。磨削合碳量高的淬火钢时，由于其以特别容易产生磨削裂纹。磨削合碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。 4-3 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化三、机械加工后表面层的残余应力三、机械加

37、工后表面层的残余应力3. . 磨削裂纹磨削裂纹第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热 态塑性变形和金相组织变化的综合结果。切削加工时起主要态塑性变形和金相组织变化的综合结果。切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。 4-3

38、 机械加工后表面物理机械性能的变化机械加工后表面物理机械性能的变化三、机械加工后表面层的残余应力三、机械加工后表面层的残余应力4. . 影响表面残余应力的主要因素影响表面残余应力的主要因素第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径对零件使用性能危害甚大的残余拉应力、磨削烧伤和对零件使用性能危害甚大的残余拉应力、磨削烧伤和磨削裂纹均起因于磨削热，所以如何降低磨削热并减少其磨削裂纹均起因于磨削热，所以如何降低磨削热并减少其影响是生产上的一项重要问题。解决的影响是生产上的一项重要问题。解决的原则原则：一是减少磨一是减少磨削热的发生，二是加速磨

39、削热的传出。削热的发生，二是加速磨削热的传出。 提高表面质量的工艺途径大致可以分为两类：一类是提高表面质量的工艺途径大致可以分为两类：一类是用低效率、高成本的加工方法，寻求各工艺参数的优化组用低效率、高成本的加工方法，寻求各工艺参数的优化组合，以合，以减小表面粗糙度减小表面粗糙度；另一类是着重改善工件表面的物；另一类是着重改善工件表面的物理力学性能，以理力学性能，以提高其表面质量提高其表面质量。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径一、选择合理的磨削参数一、选择合理的磨削参数 生产中比较可行的办法是通过试验来确定磨削参数：先生产中

40、比较可行的办法是通过试验来确定磨削参数：先按初步选定的磨削参数试磨，检查工件表面热损伤情况，据按初步选定的磨削参数试磨，检查工件表面热损伤情况，据此调整磨削参数直至最后确定下来。另一种方法是在磨削过此调整磨削参数直至最后确定下来。另一种方法是在磨削过程中连续测量磨削区温度，然后控制磨削参数。程中连续测量磨削区温度，然后控制磨削参数。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量光整加工是用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削光整加工是用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削和挤压、擦光的过程。光整加工工艺所使用的工具都是浮动和挤压、擦光的过程。光整加工工艺所使用的工具都是浮动连接，由加工面自身

41、导向，而相对于工件的定位基准没有确连接，由加工面自身导向，而相对于工件的定位基准没有确定的位置，所使用的机床也不需要具有非常精确的成形运动。定的位置，所使用的机床也不需要具有非常精确的成形运动。这些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，一般不能纠正这些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，一般不能纠正形状和位置误差，加工精度主要由前面工序保证。形状和位置误差，加工精度主要由前面工序保证。光整加工光整加工工艺方法有珩磨、超精加工、研磨、抛光等工艺方法有珩磨、超精加工、研磨、抛光等。 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径二、光整加工工艺二、光整加工工艺第四章第四章 机械加工表面质量机械

42、加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径二、光整加工工艺二、光整加工工艺超精加工：超精加工：用细粒度油石，在较低的压力和良好的冷却润滑用细粒度油石，在较低的压力和良好的冷却润滑条件下，以快而短促的往复运动，对低速旋转的工件进行振条件下，以快而短促的往复运动，对低速旋转的工件进行振动研磨的一种微量磨削加工方法。动研磨的一种微量磨削加工方法。 珩磨：珩磨：利用珩磨工具对工件表面施加一定的压力，同时珩磨利用珩磨工具对工件表面施加一定的压力，同时珩磨工具还要相对工件完成旋转和直线往复运动，以去除工件表工具还要相对工件完成旋转和直线往复运动，以去除工件表面的凸峰的一种加工方法。

43、珩磨后工件圆度和圆柱度一般可面的凸峰的一种加工方法。珩磨后工件圆度和圆柱度一般可控制在控制在0.0030.005mm，尺寸精度可达，尺寸精度可达IT6IT5，表面粗糙度，表面粗糙度在在Ra0.20.025m之间。之间。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径二、光整加工工艺二、光整加工工艺研磨：研磨：利用研磨工具和工件的相对运动，在研磨剂的作用下，利用研磨工具和工件的相对运动，在研磨剂的作用下，对工件表面进行光整加工的一种加工方法。研磨可采用专用对工件表面进行光整加工的一种加工方法。研磨可采用专用的设备进行加工，也可采用简单的工具，

44、如研磨心棒、研磨的设备进行加工，也可采用简单的工具，如研磨心棒、研磨套、研磨平板等对工件表面进行手工研磨。研磨可提高工件套、研磨平板等对工件表面进行手工研磨。研磨可提高工件的形状精度及尺寸精度，但不能提高表面位置精度，研磨后的形状精度及尺寸精度，但不能提高表面位置精度，研磨后工件的尺寸精度可达工件的尺寸精度可达0.001mm，表面粗糙度可达，表面粗糙度可达Ra0.025 0.006m。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量对于承受高应力、交变载荷的零件可以采用喷丸、液压、对于承受高应力、交变载荷的零件可以采用喷丸、液压、挤压等表面强化工艺使表面层产生残余压应力和冷硬层并降挤压等表面强化

45、工艺使表面层产生残余压应力和冷硬层并降低表面粗糙度值，从而提高耐疲劳强度及抗应力腐蚀性能。低表面粗糙度值，从而提高耐疲劳强度及抗应力腐蚀性能。但是采用强化工艺时应很好控制工艺参数，不要造成过度硬但是采用强化工艺时应很好控制工艺参数，不要造成过度硬化，否则会使表面完全失去塑性性质，甚至引起显微裂纹和化，否则会使表面完全失去塑性性质，甚至引起显微裂纹和材料剥落，带来不良的后果。材料剥落，带来不良的后果。 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径三、采用冷压强化工艺三、采用冷压强化工艺第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径三、

46、采用冷压强化工艺三、采用冷压强化工艺1. . 喷丸喷丸 喷丸强化喷丸强化是利用压缩空气或离心力将大量直径为是利用压缩空气或离心力将大量直径为0.44mm的珠丸高速打击零件表面，使其产生冷硬层和残余压应力，可的珠丸高速打击零件表面，使其产生冷硬层和残余压应力，可显著提高零件的疲劳强度。珠丸可以采用铸铁、砂石以及钢铁显著提高零件的疲劳强度。珠丸可以采用铸铁、砂石以及钢铁制造。所用设备是压缩空气喷丸装置或机械离心式喷丸装置，制造。所用设备是压缩空气喷丸装置或机械离心式喷丸装置，这些装置使珠丸能以这些装置使珠丸能以3550mm/s的速度喷出。喷丸强化工艺可的速度喷出。喷丸强化工艺可用来加工各种形状的零

47、件，加工后零件表面的硬化层深度可达用来加工各种形状的零件，加工后零件表面的硬化层深度可达0.7 mm，表面粗糙度值，表面粗糙度值Ra可由可由3.2m减小到减小到0.4m，使用寿命，使用寿命可提高几倍甚至几十倍。可提高几倍甚至几十倍。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径三、采用冷压强化工艺三、采用冷压强化工艺2. . 滚压加工滚压加工滚压加工是在常温下通过淬硬的滚压工具（滚轮或滚珠）滚压加工是在常温下通过淬硬的滚压工具（滚轮或滚珠）对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，将工件表面上原有对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，将工件表面

48、上原有的波峰填充到相邻的波谷中，从而以减小了表面粗糙度值，并的波峰填充到相邻的波谷中，从而以减小了表面粗糙度值，并在其表面产生了冷硬层和残余压应力，使零件的承载能力和疲在其表面产生了冷硬层和残余压应力，使零件的承载能力和疲劳强度得以提高。滚压加工可使表面粗糙度劳强度得以提高。滚压加工可使表面粗糙度Ra值从值从1.255m减小到减小到0.80.63m，表面层硬度一般可提高，表面层硬度一般可提高20%40%，表面，表面层金属的耐疲劳强度可提高层金属的耐疲劳强度可提高30%50%。滚压用的滚轮常用碳。滚压用的滚轮常用碳素工具钢素工具钢T12A或者合金工具钢或者合金工具钢CrWMn、Cr12、CrNi

49、Mn等材等材料制造，淬火硬度在料制造，淬火硬度在6264HRC；或用硬质合金；或用硬质合金YG6、YT15等等制成。制成。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径三、采用冷压强化工艺三、采用冷压强化工艺3. . 金刚石压光金刚石压光金刚石压光是一种用金刚石挤压加工表面的新工艺，国外金刚石压光是一种用金刚石挤压加工表面的新工艺，国外已在精密仪器制造业中得到较广泛的应用。压光后的零件表面已在精密仪器制造业中得到较广泛的应用。压光后的零件表面粗糙度可达粗糙度可达Ra0.40.02m，耐磨性比磨削后的提高，耐磨性比磨削后的提高1.53倍，倍

50、，但比研磨后的低但比研磨后的低2040%，而生产率却比研磨高得多。金刚石，而生产率却比研磨高得多。金刚石压光用的机床必须是高精度机床，它要求机床刚性好、抗振性压光用的机床必须是高精度机床，它要求机床刚性好、抗振性好，以免损坏金刚石。此外，它还要求机床主轴精度高，径向好，以免损坏金刚石。此外，它还要求机床主轴精度高，径向跳动和轴向窜动在跳动和轴向窜动在0.01mm以内，主轴转速能在以内，主轴转速能在25006000 r/min的范围内无级调速。机床主轴运动与进给运动应分离，的范围内无级调速。机床主轴运动与进给运动应分离，以保证压光的表面质量。以保证压光的表面质量。 第四章第四章 机械加工表面质量

51、机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径三、采用冷压强化工艺三、采用冷压强化工艺4. . 液体磨料强化液体磨料强化液体磨料强化是利用液体和磨料的混合物高速喷射到已加液体磨料强化是利用液体和磨料的混合物高速喷射到已加工表面，以强化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳工表面，以强化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度的一种工艺方法。强度的一种工艺方法。液体和磨料在液体和磨料在400800Pa压力下，经过喷嘴高速喷出，射压力下，经过喷嘴高速喷出，射向工件表面，借磨粒的冲击作用，碾压加工表面，工件表面产向工件表面，借磨粒的冲击作用，碾压加工表面，工件表面产生塑

52、性变形，变形层仅为几十微米。加工后的工件表面具有残生塑性变形，变形层仅为几十微米。加工后的工件表面具有残余压应力，提高了工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度。余压应力，提高了工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面质量的检查四、表面质量的检查1. . 表面粗糙度的测定表面粗糙度的测定2. . 冷作硬化的测定冷作硬化的测定1）金相法）金相法 将试件的侧面制成金相磨片，腐蚀后放大将试件的侧面制成金相磨片，腐蚀后放大2001000倍，即可从其金相组织判断硬化深度及程度。倍，即可从其金相组织判断硬化深度及程

53、度。2）X光法光法 将一束将一束X光线照射在金属上光线照射在金属上, 射线将在晶胞中反射出来，射线将在晶胞中反射出来，在光谱上得出许多成虚线的干涉圈。如果晶粒破碎或晶格扭在光谱上得出许多成虚线的干涉圈。如果晶粒破碎或晶格扭曲变形时，则干涉圈变成实线；如果晶格参数有变化，曲变形时，则干涉圈变成实线；如果晶格参数有变化， 则干则干涉圈将产生位移，同时强度减弱，可用胶片记录其结果。利涉圈将产生位移，同时强度减弱，可用胶片记录其结果。利用这一原理，先照出试件基体用这一原理，先照出试件基体X光谱，与加工层的光谱，与加工层的X光谱比光谱比较，用机械抛光或电抛光逐次去掉加工层，将所照较，用机械抛光或电抛光逐

54、次去掉加工层，将所照X光谱比光谱比较之，直至与基体一致，即可从机械抛光等去掉的厚度得到较之，直至与基体一致，即可从机械抛光等去掉的厚度得到硬化深度。硬化深度。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面质量的检查四、表面质量的检查2. . 冷作硬化的测定冷作硬化的测定3）测量显微硬度法）测量显微硬度法 a、 HV值法：用机械抛光或电抛光逐层去除冷硬层，测量值法：用机械抛光或电抛光逐层去除冷硬层，测量其显微硬度，直至与基体相同为止，从去除的厚度可得到硬其显微硬度，直至与基体相同为止，从去除的厚度可得到硬化深度。化深度。 b、 硬化

55、层深度硬化层深度h：在试件的侧面磨出金相磨片，从外向内：在试件的侧面磨出金相磨片，从外向内打显微硬度，从其硬度变化得知硬化深度，如果硬化层很薄，打显微硬度，从其硬度变化得知硬化深度，如果硬化层很薄，则这种方法不行。则这种方法不行。 c、 当硬化层很薄时，可在斜切面上测量显微硬度。一般当硬化层很薄时，可在斜切面上测量显微硬度。一般斜切角斜切角=0o30 2o30，h=Isin，要注意斜切方向应在纵向粗，要注意斜切方向应在纵向粗糙度上，即与主运动方向平行，斜切加工要用研磨、电加工糙度上，即与主运动方向平行，斜切加工要用研磨、电加工等方法，避免在斜切面上产生加工硬化而影响测量效果。等方法，避免在斜切

56、面上产生加工硬化而影响测量效果。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面质量的检查四、表面质量的检查2. . 冷作硬化的测定冷作硬化的测定4）脆性涂料法）脆性涂料法5）激光全息法）激光全息法6）再结晶法）再结晶法第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面质量的检查四、表面质量的检查3. . 金相组织变化的测定金相组织变化的测定(1)氧化膜法氧化膜法 磨削烧伤时，表面形成氧化膜，随着烧伤时的温不同，呈磨削烧伤时，表面形成氧化膜，随着烧伤时的温不同，呈现不同颜色，

57、从而可看出其烧程度。现不同颜色，从而可看出其烧程度。(2)显微硬度法显微硬度法 由于磨削烧伤时表层的显微硬度有变化，故可从显微硬度由于磨削烧伤时表层的显微硬度有变化，故可从显微硬度来测定烧伤的程度和深度。具体方法同上。来测定烧伤的程度和深度。具体方法同上。(3) 金相组织法金相组织法 同上同上(4)酸洗法酸洗法 将工件加工面浸泡在硝酸溶液（将工件加工面浸泡在硝酸溶液（35%HNO3）中）中3045s后，如表面呈黑色则有烧伤，呈暗灰色则无烧伤。后，如表面呈黑色则有烧伤，呈暗灰色则无烧伤。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面

58、质量的检查四、表面质量的检查4. . 残余应力的测定残余应力的测定（1）物理化学法）物理化学法 将有残余应力的试件放人相应的腐蚀剂中，表面就会产将有残余应力的试件放人相应的腐蚀剂中，表面就会产生裂纹。从裂纹的方向可以判断残余应力的性质，纵向裂纹是生裂纹。从裂纹的方向可以判断残余应力的性质，纵向裂纹是由切向应力引起的，横向裂纹是由轴向拉应力引起的。从裂纹由切向应力引起的，横向裂纹是由轴向拉应力引起的。从裂纹出现的时间，可定性的估计残余应力的大小。裂纹出现愈快，出现的时间，可定性的估计残余应力的大小。裂纹出现愈快，残余应力愈大。残余应力愈大。 所用腐蚀剂，对钢来说是弱碱溶液，对黄铜、锡青铜来所用腐

59、蚀剂，对钢来说是弱碱溶液，对黄铜、锡青铜来说是铵、汞盐。说是铵、汞盐。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面质量的检查四、表面质量的检查4. . 残余应力的测定残余应力的测定（2）光谱法）光谱法 在试件上放一张银箔并照下在试件上放一张银箔并照下X 光谱图，得到一系列虚线光谱图，得到一系列虚线的干涉圈，并将它作为比较干涉线位移、亮度、粗细的标准。的干涉圈，并将它作为比较干涉线位移、亮度、粗细的标准。在试件上照下光谱图，与银箔在试件上照下光谱图，与银箔X光谱图进行比较：光谱图进行比较： 1）干涉线由虚线变为实线；工件由于受力、热

60、作用产）干涉线由虚线变为实线；工件由于受力、热作用产生塑性变形的整体内应力。生塑性变形的整体内应力。 2）干涉线冲散，线条好象变粗；由于多晶体金属晶粒）干涉线冲散，线条好象变粗；由于多晶体金属晶粒变形产生的残余应力。变形产生的残余应力。 3）干涉线变暗；由于工件冷作硬化产生的残余应力。）干涉线变暗；由于工件冷作硬化产生的残余应力。 4）干涉线变暗变宽而旁有麻点，上述三种应力都存在。）干涉线变暗变宽而旁有麻点，上述三种应力都存在。 第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量 4-4 控制加工表面质量的途径控制加工表面质量的途径四、表面质量的检查四、表面质量的检查4. . 残余应力的测定残余应