机械制造技术34

1、4.3 4.3 机械加工表面质量机械加工表面质量 机械机械加工表面质量决定了机器的使加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿命用性能和延长使用寿命。 本章主要研究零件表面层在加工中本章主要研究零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，的变化和发生变化的机理，掌握机械掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的影加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律响规律，运用这些规律来控制加工中，运用这些规律来控制加工中的各种影响因素，以的各种影响因素，以满足表面质量的满足表面质量的要求。要求。4.3.1 表面质量的含义表面质量的含义.表面质量表面质量表面层的几何形状表面层的几何形状表面层的物理机械性能表面层的

2、物理机械性能1、表面层的表面粗糙度、表面层的表面粗糙度是指表面微观几何是指表面微观几何形状误差形状误差2、表面层的物理机械性能、表面层的物理机械性能表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化表面层残余应力表面层残余应力表面质量的含义表面质量的含义 表面层冷作硬化表面层冷作硬化 零件在加工中表面层金属零件在加工中表面层金属产生强烈的塑性变形后，引产生强烈的塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高起的强度和硬度都有所提高的现象。的现象。 表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 由于切削热引起工件由于切削热引起工件表面温升过高，表面层表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化

3、金属发生金相组织变化的现象。的现象。 表面质量的含义表面质量的含义 表面层残余应力表面层残余应力 由于加工过程中切削变由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表形和切削热的影响，工件表面层产生的残余应力。面层产生的残余应力。 4.3.24.3.2表面质量对机器使用性能的影响表面质量对机器使用性能的影响 （1 1）表面粗糙度耐磨性的影响）表面粗糙度耐磨性的影响1. 1. 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 接触面的表面接触面的表面粗糙度有一个粗糙度有一个最佳值，它与最佳值，它与零件的工作情零件的工作情况有关况有关 表面层的冷硬可显著地减少零件的表面层的冷硬可显著地减少零件的磨损，磨损

4、，但如果表面硬化过度，会发但如果表面硬化过度，会发生表面层剥落现象，使磨损加剧。生表面层剥落现象，使磨损加剧。表面层产生表面层产生金相组织变化时金相组织变化时，由于，由于改变了基体材料原来的硬度，因而改变了基体材料原来的硬度，因而也直接也直接影响其耐磨性影响其耐磨性。 (2) (2) 表面冷作硬化对耐磨性的影响表面冷作硬化对耐磨性的影响 2、表面质量对疲劳强度的影响、表面质量对疲劳强度的影响表面粗糙度表面粗糙度值值越大，表面裂纹越深，越大，表面裂纹越深，纹底半径愈小，纹底半径愈小，抗抗疲劳能力越差。疲劳能力越差。表面层残余拉应力使疲劳裂纹扩大，表面层残余拉应力使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；表面

5、层残余压应力能加速疲劳破坏；表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的发生。坏的发生。 .3 3、表面质量对耐蚀性的影响、表面质量对耐蚀性的影响 零件零件表面粗糙度值越大表面粗糙度值越大，潮湿潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积空气和腐蚀介质越容易堆积在零在零件表面四处件表面四处而发生化学腐蚀而发生化学腐蚀 4 4、对零件的其它影响、对零件的其它影响 表面质量表面质量对零件对零件的配合质量、密封的配合质量、密封性能及摩擦系数都性能及摩擦系数都有很大的影响有很大的影响。4.3.3 影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素（1 1）刀具几何形状的复映）刀具几何形

6、状的复映1 1、切削加工影响表面粗糙度的因素、切削加工影响表面粗糙度的因素（2 2）工件材料的性质）工件材料的性质 加工塑性材料时，由于刀具加工塑性材料时，由于刀具对金属的挤压产生了塑性变形，对金属的挤压产生了塑性变形，工件材料韧性越好，金属的塑性工件材料韧性越好，金属的塑性变形就越大，加工表面越粗糙。变形就越大，加工表面越粗糙。 （3 3）切削用量的影响）切削用量的影响 选择低速宽刀精切或高速精选择低速宽刀精切或高速精切可使表面粗糙度明显减小切可使表面粗糙度明显减小 过小的背吃刀量或进给量，过小的背吃刀量或进给量，将使刀具在被加工表面上挤压和将使刀具在被加工表面上挤压和打滑，形成附加的塑性变

7、形，会打滑，形成附加的塑性变形，会增大表面粗糙度值。增大表面粗糙度值。(4) (4) 进给量、切深对表面粗糙进给量、切深对表面粗糙度的影响度的影响2 2、磨削加工影响表面粗糙度的因素、磨削加工影响表面粗糙度的因素砂轮的粒度愈细，则工件上的刻砂轮的粒度愈细，则工件上的刻痕也愈细，粗糙度值愈低。痕也愈细，粗糙度值愈低。砂轮的修整质量越高，砂轮工作砂轮的修整质量越高，砂轮工作表面上的等高微刃就越多，工件表表面上的等高微刃就越多，工件表面粗糙度值愈低。面粗糙度值愈低。提高砂轮速度可以增加单位时间提高砂轮速度可以增加单位时间内工件单位面积上的刻痕数，粗糙内工件单位面积上的刻痕数，粗糙度可以显著减低。度可

8、以显著减低。工件速度越大，单个磨粒的磨工件速度越大，单个磨粒的磨削厚度就越大，单位时间内磨削削厚度就越大，单位时间内磨削工件表面的磨粒数减少，表面粗工件表面的磨粒数减少，表面粗糙度值增大。糙度值增大。径向进给量增大将增加塑性变径向进给量增大将增加塑性变形的程度从而增大粗糙度。形的程度从而增大粗糙度。采用较小的轴向进给量，则磨采用较小的轴向进给量，则磨削后表面粗糙度较低。削后表面粗糙度较低。4.3.4 4.3.4 影响加工表面层物理影响加工表面层物理力学性能的因素力学性能的因素1 1、表面层的冷作硬化、表面层的冷作硬化冷作硬化：在切削或磨削加工时，表面层冷作硬化：在切削或磨削加工时，表面层金属由

9、于塑性变形使晶体间产生剪切剪切金属由于塑性变形使晶体间产生剪切剪切滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎，金属滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎，金属组织变得更为密实，其显微硬度明显高于组织变得更为密实，其显微硬度明显高于工件材料本身的硬度。工件材料本身的硬度。v.由于工件表面的由于工件表面的加工硬化层的硬加工硬化层的硬度分布不均匀，度分布不均匀，软硬不一致的交软硬不一致的交界处界处容易产生应容易产生应力集中力集中而造成零而造成零件的疲劳裂纹，件的疲劳裂纹，故在加工中故在加工中应避应避免或减少出现加免或减少出现加工硬化现象工硬化现象。影响冷作硬化的主要因素影响冷作硬化的主要因素 1) 1) 刀具的影响：切

10、削刃钝圆半径增刀具的影响：切削刃钝圆半径增大，冷硬增强。大，冷硬增强。2) 2) 切削用量的影响：切削速度增大，切削用量的影响：切削速度增大，冷硬层深度减小。冷硬层深度减小。3) 3) 加工材料的影响加工材料的影响 工件材料的塑工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。性愈大，冷硬现象就愈严重。 2 2、表面层金相组织变化、表面层金相组织变化 磨削加工时，磨削加工所磨削加工时，磨削加工所消耗的能量绝大部分要转化为消耗的能量绝大部分要转化为热，传给被磨工件表面，使工热，传给被磨工件表面，使工件温度升高，引起加工表面层件温度升高，引起加工表面层金属金相组织的显著变化。金属金相组织的显著变化。 磨削时，

11、在很短的时间内磨削区温磨削时，在很短的时间内磨削区温度可上升到度可上升到4001000,促使加工表面促使加工表面局部表面出现金相组织的变化，强度和局部表面出现金相组织的变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂纹，这就是磨削烧伤现象。纹，这就是磨削烧伤现象。 (1) (1) 磨削烧伤磨削烧伤 回火烧伤回火烧伤：如果磨削区的温度超过马氏：如果磨削区的温度超过马氏体的转变温度，工件表层金属的回火马氏体的转变温度，工件表层金属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织体组织将转变成硬度较低的回火组织( (索氏索氏体或托氏体体或托氏体) )，淬火烧伤淬火烧伤：如果

12、磨削区温度超过了相变：如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，使表层温度，再加上冷却液的急冷作用，使表层金属出现二次淬火马氏体组织，在它的下金属出现二次淬火马氏体组织，在它的下层，出现了硬度比原先的回火马氏体低的层，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织回火组织( (索氏体或托氏体索氏体或托氏体) )退火烧伤退火烧伤：如果磨削区温度超过了相变：如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削区域又无冷却液进入，表层温度，而磨削区域又无冷却液进入，表层金属将产生退火组织金属将产生退火组织 改善磨削烧伤的途径改善磨削烧伤的途径1) 1) 正确选择砂轮正确选择砂轮2) 2) 合理选择磨削用量合理选择磨削用量3) 3) 改善冷却条件改善冷却条件3 3、残余应力的产生、残余应力的产生（1）冷塑性变形机理：）冷塑性变形机理：加工时，工加工时，工件已加工表面的表层金属受刀具钝件已加工表面的表层金属受刀具钝圆刃的强烈挤压和摩擦，圆刃的强烈挤压和摩擦， 产生严重产生严重塑性变形而不能弹性恢复，当内层塑性变形而不能弹性恢复，当内层金属弹性恢复时受到表层金属的牵金属弹性恢复时受到表层金属的牵制，故工件表层金属产生残余压应制，故工件表层金属产生残余压应力。力。 （2 2）金属组织变化：）金属组织变化