机械制造技术基础第21讲(2015)

1、第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制第四节第四节 机械加工表面质量机械加工表面质量机器零件的破坏，其中少数是由于其它原因产生机器零件的破坏，其中少数是由于其它原因产生的强度不够或偶然性事故引起的超负荷而损坏，的强度不够或偶然性事故引起的超负荷而损坏，大多数是由于磨损、受外界介质的腐蚀或疲劳而大多数是由于磨损、受外界介质的腐蚀或疲劳而破坏。后者一般都是发生在零件的表面，或从表破坏。后者一般都是发生在零件的表面，或从表面层开始的，这说明零件的表面质量对产品的质面层开始的，这说明零件的表面质量对产品的质量有很大影响。量有很大影响。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控

2、制研究表面质量的目的，就是要掌握机械加工中各研究表面质量的目的，就是要掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以便应用这种工艺因素对表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高表面质量、些规律控制加工过程，最终达到提高表面质量、提高产品使用性能的目的。提高产品使用性能的目的。一、加工表面质量的概念一、加工表面质量的概念加工表面质量包含加工表面的几何形貌和表面层加工表面质量包含加工表面的几何形貌和表面层材料的物理力学性能两个方面的内容。材料的物理力学性能两个方面的内容。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制1. 加工表面的几何形貌加工表面的几何形貌加工表

3、面的几何形貌是由加工过程中的切削残留加工表面的几何形貌是由加工过程中的切削残留面积、切削塑性变形和振动等因素的综合作用在面积、切削塑性变形和振动等因素的综合作用在工件表面上形成的表面结构（图工件表面上形成的表面结构（图4-52）。）。加工表面的几何形貌（表面结构）包括表面粗糙加工表面的几何形貌（表面结构）包括表面粗糙度、表面波纹度、表面纹理方向和表面缺陷等四度、表面波纹度、表面纹理方向和表面缺陷等四个方面内容。个方面内容。图图4-52 加工表面三维形貌图加工表面三维形貌图第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（1）表面粗糙度）表面粗糙度根据加工表面轮廓的特征（波长根据加工表面轮

4、廓的特征（波长L与波高与波高H的比的比值），可将表面轮廓分为以下三种（图值），可将表面轮廓分为以下三种（图4-53）。）。L/H50的微观几何轮廓，称为微观几何形状误的微观几何轮廓，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。差，亦称表面粗糙度。图图4-53 表面粗糙度、波纹度与宏观几何形状误差表面粗糙度、波纹度与宏观几何形状误差第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（2）表面波纹度）表面波纹度 加工表面上波长加工表面上波长L与波高与波高H的比值的比值L/H = 501000的几何轮廓，称为表面波纹度（简称波度）；的几何轮廓，称为表面波纹度（简称波度）； L/H1000的几何轮廓称为

5、宏观几何形状误差。的几何轮廓称为宏观几何形状误差。图图4-53 表面粗糙度、波纹度与宏观几何形状误差表面粗糙度、波纹度与宏观几何形状误差第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（3）表面纹理方向）表面纹理方向 表面纹理方向是指加工表面刀痕纹理的方向，它表面纹理方向是指加工表面刀痕纹理的方向，它取决于表面形成过程中所采用的加工方法。取决于表面形成过程中所采用的加工方法。（4）表面缺陷）表面缺陷加工表面上出现的砂眼、气孔、裂痕等缺陷。加工表面上出现的砂眼、气孔、裂痕等缺陷。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制2. 表面层材料的物理力学性能表面层材料的物理力学性能（1

6、）表面层的冷作硬化）表面层的冷作硬化机械加工过程中因切削力作用使表面层金属产生机械加工过程中因切削力作用使表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，塑性这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，塑性减小，这种现象称为冷作硬化（强化）。减小，这种现象称为冷作硬化（强化）。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（2）表面层残余应力）表面层残余应力机械加工过程中，由于切削变形和切削热等因素机械加工过程中，由于切削

7、变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力，称为的作用在工件表面层材料中产生的内应力，称为表面层残余应力。表面层残余应力。（3）表面层金相组织的变化）表面层金相组织的变化机械加工过程中，当急剧升高的切削温度超过工机械加工过程中，当急剧升高的切削温度超过工件材料金相组织变化的临界点时，其表面层就会件材料金相组织变化的临界点时，其表面层就会发生金相组织变化。发生金相组织变化。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响1. 表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响零件的耐磨性与摩擦副的材料、热

8、处理情况和润零件的耐磨性与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件等有关，但在上述条件确定的情况下，起滑条件等有关，但在上述条件确定的情况下，起主导作用的就是摩擦副的表面质量。主导作用的就是摩擦副的表面质量。（1）表面粗糙度对耐磨性的影响）表面粗糙度对耐磨性的影响 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般情表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般情况下，表面粗糙度值愈小，其耐磨性愈好。况下，表面粗糙度值愈小，其耐磨性愈好。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制在一定摩擦条件（摩擦速度及压力、摩擦因数、在一定摩擦条件（摩擦速度及压力、摩擦因数、附图附图 活塞销最合适的表面粗糙度值活塞销

9、最合适的表面粗糙度值 润滑性质等）下，润滑性质等）下，摩擦副接触面的表摩擦副接触面的表面粗糙度有一个最面粗糙度有一个最佳值。右图为发动佳值。右图为发动机活塞销最合适的机活塞销最合适的表面粗糙度值。表面粗糙度值。 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制表面粗糙度值太小，由于表面间接触紧密，不易表面粗糙度值太小，由于表面间接触紧密，不易形成润滑油膜，而且两接触表面间的分子亲和力形成润滑油膜，而且两接触表面间的分子亲和力增加，反而使磨损剧烈。增加，反而使磨损剧烈。摩擦副接触面表面粗糙摩擦副接触面表面粗糙度的最佳值还与机器零度的最佳值还与机器零件的工况（载荷大小）件的工况（载荷大小）有

10、关。有关。 图图4-54 表面粗糙度与初期磨损量的关系表面粗糙度与初期磨损量的关系第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（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机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金属机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，可降低磨损，故一般能提高其的显微硬度提高，可降低磨损，故一般能提高其耐磨性。耐磨性。但是过度的冷作硬化将使加工表面金属组织变得但是过度的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏松疏松”，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。耐磨性下降。第第四四章章 机械加工质量及其控

11、制机械加工质量及其控制（3）表面纹理对耐磨性的影响）表面纹理对耐磨性的影响在轻载运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方在轻载运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹向均与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性差。方向均与运动方向垂直时，耐磨性差。但在重载时，两相对运动零件表面的刀纹方向相但在重载时，两相对运动零件表面的刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面的刀纹方向，互垂直，且运动方向平行于下表面的刀纹方向，磨损量较小。磨损量较小。 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制2. 表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量

12、对零件疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，零件表面质量对其疲劳强度在交变载荷作用下，零件表面质量对其疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速谷部位容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、圆疲劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲劳强减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲劳强度。度。经机械加工后

13、的零件表面都存在一定的冷作硬化经机械加工后的零件表面都存在一定的冷作硬化现象，而表面冷作硬化一般伴有压应力产生，它现象，而表面冷作硬化一般伴有压应力产生，它可以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的可以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利；但冷作硬化强度过扩展，对提高疲劳强度有利；但冷作硬化强度过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。强度。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制3. 表面质量对抗腐蚀性能的影响表面质量对抗腐蚀性能的影响 零件在潮湿的空气中或在腐蚀性介质中工作时，零件在潮湿的空气中或在腐

14、蚀性介质中工作时，由于粗糙表面的凹谷容易聚集腐蚀性介质而发生由于粗糙表面的凹谷容易聚集腐蚀性介质而发生化学腐蚀，降低零件的抗腐蚀性。加工表面层的化学腐蚀，降低零件的抗腐蚀性。加工表面层的冷作硬化和残余应力，使表层材料处于高能位状冷作硬化和残余应力，使表层材料处于高能位状态，有促进腐蚀的作用。态，有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度、控制表面的加工硬化和残余应减小表面粗糙度、控制表面的加工硬化和残余应力，可以提高零件的抗腐蚀性能。力，可以提高零件的抗腐蚀性能。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制4. 表面质量对零件配合性质的影响表面质量对零件配合性质的影响 对于间隙配合，零件表面越

15、粗糙，磨损越大，使对于间隙配合，零件表面越粗糙，磨损越大，使配合间隙增大，降低配合精度。配合间隙增大，降低配合精度。对于过盈配合，两零件粗糙表面相配时凸峰被挤对于过盈配合，两零件粗糙表面相配时凸峰被挤平，使有效过盈量减小，降低配合件间的连接强平，使有效过盈量减小，降低配合件间的连接强度。度。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制三、加工表面的表面粗糙度三、加工表面的表面粗糙度刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。映。图图4-55 车削时工件表面的

16、残留面积车削时工件表面的残留面积第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制对于车削，加工表面的表面粗糙度值主要取决于对于车削，加工表面的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。切削残留面积的高度。当刀尖圆弧半径当刀尖圆弧半径 时，时，则：则：rrfH cotcot 图图4-55 车削时工件表面的残留面积车削时工件表面的残留面积(4-36)rrHHf cotcot0 r第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制对于刀尖圆弧对于刀尖圆弧半径半径 的的刀具，则刀具，则28rfH rrr 由上述公式可知，减小由上述公式可知，减小 f 、 、 及增大及增大 ，均，均可减小残留面

17、积的高度可减小残留面积的高度H值。值。图图4-55 车削时工件表面的残留面积车削时工件表面的残留面积(4-37)0 r第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何因素形成的理论轮廓有较大的差别，这是纯几何因素形成的理论轮廓有较大的差别，这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。对塑性材料，由于刀具对金属挤压产生了塑性变对塑性材料，由于刀具对金属挤压产生了塑性变形，加之刀具对切屑与工件分离的撕裂作用，使形，加之刀具对切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工

18、件材料韧性愈好，金属塑表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。性变形愈大，加工表面就愈粗糙。 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制对中、低碳钢材料的工件，在加工或精加工前常对中、低碳钢材料的工件，在加工或精加工前常对其作调质或正火处理，使之改善切削性能，减对其作调质或正火处理，使之改善切削性能，减小表面粗糙度。小表面粗糙度。另外，可适当增大刀具前角，合另外，可适当增大刀具前角，合理选择冷却润滑液和提高刀具刃磨质量，也是减理选择冷却润滑液和提高刀具刃磨质量，也是减小表面粗糙度值的有效措施。小表面粗糙度值的有效措施。对脆性材料，由于切屑的崩碎而在加

19、工表面上留对脆性材料，由于切屑的崩碎而在加工表面上留下了许多坑点，使表面粗糙不平。下了许多坑点，使表面粗糙不平。 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制切削速度和进给量对表面粗糙度影响很大，切削切削速度和进给量对表面粗糙度影响很大，切削速度应避开易形成积屑瘤的速度区域；进给量也速度应避开易形成积屑瘤的速度区域；进给量也不应过大。不应过大。图图4-56 切削速度对表面粗糙度的影响切削速度对表面粗糙度的影响 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制背吃刀量不易过小，否则会使刀具在加工表面上背吃刀量不易过小，否则会使刀具在加工表面上挤压和打滑，形成附加的塑性变形。挤压和

20、打滑，形成附加的塑性变形。可以采取适当增大刀具的前角，降低刀具的前刀可以采取适当增大刀具的前角，降低刀具的前刀面和后刀面的表面粗糙度，增大刀具的后角，合面和后刀面的表面粗糙度，增大刀具的后角，合理选择切削液等各项措施，均有利于减小加工表理选择切削液等各项措施，均有利于减小加工表面的表面粗糙度值。面的表面粗糙度值。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制磨削加工表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无磨削加工表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数条极细的沟槽形成的。每单位面积上的刻痕愈数条极细的沟槽形成的。每单位面积上的刻痕愈多，以及刻痕的等高性愈好，粗糙度值就愈低。多，以及刻痕的等高性愈

21、好，粗糙度值就愈低。磨削加工表面粗糙度的形成是由几何因素和表面磨削加工表面粗糙度的形成是由几何因素和表面层材料的塑性变形决定的，但起主要作用的可能层材料的塑性变形决定的，但起主要作用的可能是某一类因素或某一个别因素决定的。是某一类因素或某一个别因素决定的。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制四、加工表面的物理力学性能四、加工表面的物理力学性能（一）表面层材料的冷作硬化（一）表面层材料的冷作硬化1. 冷作硬化及其评定参数冷作硬化及其评定参数 经切削（或磨削）加工过的表面，其硬度往往比经切削（或磨削）加工过的表面，其硬度往往比基体的硬度高出基体的硬度高出1 2倍，硬化层深度可达几

22、十或倍，硬化层深度可达几十或几百微米。几百微米。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度。冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度。被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只被冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定要一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化。的状态转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、热作用时间弱化作用的大小取决于温度的高低、热作用时间的长短和表层金属强化程度的大小。的长短和表层金属强化程度的大小。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其

23、控制由于在加工过程中表层金属同时受到变形和热的由于在加工过程中表层金属同时受到变形和热的作用，加工后表层金属的最后性质取决于强化和作用，加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。弱化综合作用的结果。 评定冷作硬化的指标是：表层金属的显微硬度评定冷作硬化的指标是：表层金属的显微硬度HV，硬化层深度，硬化层深度 h 和硬化程度和硬化程度 N。硬化程度硬化程度 N =（HVHV0）/HV0100%，式中式中HV0为工件内部金属的显微硬度。为工件内部金属的显微硬度。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制2. 影响冷作硬化的因素影响冷作硬化的因素表面层的冷作硬化程度决定于产

24、生塑性变形的力、表面层的冷作硬化程度决定于产生塑性变形的力、变形速度以及变形时的温度。变形速度以及变形时的温度。力愈大，硬化程度愈大。变形速度愈大，塑性变力愈大，硬化程度愈大。变形速度愈大，塑性变形愈不充分，硬化程度也就减小。变形时的温度，形愈不充分，硬化程度也就减小。变形时的温度，不仅影响塑性变形程度，还能部分地消除冷作硬不仅影响塑性变形程度，还能部分地消除冷作硬化。化。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（1）刀具的影响）刀具的影响增大切削刃的钝圆半径、减小刀具的前角以及刀增大切削刃的钝圆半径、减小刀具的前角以及刀具后刀面磨损增大，都会使加工表面层塑性变形具后刀面磨损增大

25、，都会使加工表面层塑性变形增加，切削力增大，冷作硬化程度和硬化层深度增加，切削力增大，冷作硬化程度和硬化层深度都将增加。都将增加。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（2）切削用量的影响）切削用量的影响切削速度增大时，刀具对工件的作用时间缩短，切削速度增大时，刀具对工件的作用时间缩短，塑性变形不充分，随着切削速度的增大和切削温塑性变形不充分，随着切削速度的增大和切削温度的升高，冷作硬化程度将会减小。度的升高，冷作硬化程度将会减小。背吃刀量和进给量增大，塑性变形加剧，冷作硬背吃刀量和进给量增大，塑性变形加剧，冷作硬化加强。化加强。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及

26、其控制（3）加工材料的影响）加工材料的影响工件材料的硬度愈低、塑性愈大，其冷硬现象愈工件材料的硬度愈低、塑性愈大，其冷硬现象愈严重。碳钢中含碳量愈大，强度愈高，塑性愈小，严重。碳钢中含碳量愈大，强度愈高，塑性愈小，冷硬程度愈小。冷硬程度愈小。有色金属虽塑性大，但熔点低，易弱化，冷硬程有色金属虽塑性大，但熔点低，易弱化，冷硬程度就比钢要小得多。铜件比钢件小度就比钢要小得多。铜件比钢件小30%，铝件比，铝件比铜件小铜件小75%左右。左右。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（二）表面层材料金相组织变化（二）表面层材料金相组织变化1. 磨削烧伤磨削烧伤在磨削加工时，由于所消耗的能量

27、绝大部分要转在磨削加工时，由于所消耗的能量绝大部分要转化为热，传给被磨工件表面，当温度达到相变温化为热，传给被磨工件表面，当温度达到相变温度以上时，表层金属将发生金相组织的变化，并度以上时，表层金属将发生金相组织的变化，并伴随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，同时伴随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，同时出现彩色出现彩色 （黄、褐、紫、青）氧化膜，这种现象（黄、褐、紫、青）氧化膜，这种现象称为磨削烧伤。称为磨削烧伤。 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制在磨削淬火钢时，可能会出现以下三种不同类型在磨削淬火钢时，可能会出现以下三种不同类型的烧伤：的烧伤：（1）回火烧伤）回火烧伤

28、磨削区温度未达到相变温度（碳钢为磨削区温度未达到相变温度（碳钢为 7230C ），），但已超过马氏体的转变温度，工件表面层金属的但已超过马氏体的转变温度，工件表面层金属的原回火马氏体组织将转变为硬度较低的回火组织原回火马氏体组织将转变为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体）。（索氏体或托氏体）。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（2）淬火烧伤）淬火烧伤磨削区温度超过相变温度，再加上冷却液的急冷磨削区温度超过相变温度，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，其作用，使表层金属出现二次淬火马氏体组织，其硬度比原回火马氏体的高，但其厚度只有几微米，硬度比原回火马氏

29、体的高，但其厚度只有几微米，在其下层因冷却速度缓慢而形成比原来回火马氏在其下层因冷却速度缓慢而形成比原来回火马氏体硬度低的回火组织（索氏体或托氏体）。体硬度低的回火组织（索氏体或托氏体）。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（3）退火烧伤）退火烧伤磨削区温度虽超过相变温度，但因磨削中无冷却磨削区温度虽超过相变温度，但因磨削中无冷却液，工件冷却速度缓慢而使表层金属形成退火组液，工件冷却速度缓慢而使表层金属形成退火组织，致使表层金属硬度急剧下降。织，致使表层金属硬度急剧下降。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制2. 改善磨削烧伤的途径改善磨削烧伤的途径磨削烧伤严

30、重影响零件的使用性能，必须采取措磨削烧伤严重影响零件的使用性能，必须采取措施加以控制。施加以控制。磨削烧伤的主要原因是磨削温度过高，根源是磨磨削烧伤的主要原因是磨削温度过高，根源是磨削热。控制磨削烧伤有两个途径：一是尽可能减削热。控制磨削烧伤有两个途径：一是尽可能减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量减少少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量减少传入工件的热量。传入工件的热量。 第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制采用硬度稍软的砂轮，适当减小磨削深度和磨削采用硬度稍软的砂轮，适当减小磨削深度和磨削 速度，适当增加工件的回速度，适当增加工件的回转速度和轴向进给量，采转速度和轴

31、向进给量，采用高效冷却方式，如高压用高效冷却方式，如高压大流量冷却、喷雾冷却、大流量冷却、喷雾冷却、内冷却（图内冷却（图4-57）等措施，）等措施，都可以降低磨削区温度，都可以降低磨削区温度，防止磨削烧伤。防止磨削烧伤。 图图4-57 内冷却装置内冷却装置第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（三）表面层残余应力（三）表面层残余应力1. 加工表面产生残余应力的原因加工表面产生残余应力的原因（1）表层材料比体积增大）表层材料比体积增大(冷塑性变形的影响冷塑性变形的影响)在切削力的作用下，加工表面受到切削刃钝圆部在切削力的作用下，加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩擦，产生

32、了强烈的塑性变分与后刀面的挤压与摩擦，产生了强烈的塑性变形，表层金属体积发生膨胀，但受到与其相连的形，表层金属体积发生膨胀，但受到与其相连的里层基体材料的限制，故表层材料产生残余压应里层基体材料的限制，故表层材料产生残余压应力，里层材料则产生与之相平衡的残余拉应力。力，里层材料则产生与之相平衡的残余拉应力。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（2）切削热的影响（热塑性变形的影响）切削热的影响（热塑性变形的影响）切削中在切削区产生大量切削热的影响，表面层切削中在切削区产生大量切削热的影响，表面层产生残余拉应力，里层产生残余压应力。产生残余拉应力，里层产生残余压应力。 图图4-5

33、8 表面层金属产生拉伸应力分析图表面层金属产生拉伸应力分析图金属具有高金属具有高塑性的温度塑性的温度金属熔化金属熔化时的温度时的温度室温室温第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制（3）金相组织变化的影响）金相组织变化的影响切削时的高温会使表面层的金相组织发生变化。切削时的高温会使表面层的金相组织发生变化。不同的金相组织有不同的密度。表面层金属金相不同的金相组织有不同的密度。表面层金属金相组织变化引起的体积变化，必然受到与之相连的组织变化引起的体积变化，必然受到与之相连的基体金属的阻碍，因此就有残余应力产生。当表基体金属的阻碍，因此就有残余应力产生。当表面层金属体积膨胀时，表层金

34、属产生残余压应力，面层金属体积膨胀时，表层金属产生残余压应力，里层金属产生残余拉应力；反之，表层金属产生里层金属产生残余拉应力；反之，表层金属产生残余拉应力，里层金属产生残余压应力。残余拉应力，里层金属产生残余压应力。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制实际机械加工后的表面层残余应力是上述三方面实际机械加工后的表面层残余应力是上述三方面原因产生残余应力的综合结果。在一定条件下，原因产生残余应力的综合结果。在一定条件下，其中某一种或两种原因可能起主导作用。其中某一种或两种原因可能起主导作用。表表4 -10列出了各种加工方法在工件表面上产生残列出了各种加工方法在工件表面上产生残余

35、应力的情况。余应力的情况。第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制 加工方法加工方法 残余应力的符号残余应力的符号 残余应力值残余应力值/MPa车车 削削一般情况下，表面受拉，里层受压；一般情况下，表面受拉，里层受压；v500m /min时，表面受压，里层受拉时，表面受压，里层受拉200800，刀具磨损后可达，刀具磨损后可达1000磨磨 削削一般情况下，表面受压，里层受拉一般情况下，表面受压，里层受拉2001000铣铣 削削同车削同车削6001500碳钢淬硬碳钢淬硬表面受压，里层受拉表面受压，里层受拉400750钢珠滚压钢件钢珠滚压钢件表面受压，里层受拉表面受压，里层受拉700800喷丸强化钢件喷丸强化钢件表面受压，里层受拉表面受压，里层受拉10001200渗碳淬火渗碳淬火表面受压，里层受拉表面受压，里层受拉10001100镀镀 铬铬表面受压，里层受拉表面受压，里层受拉400镀镀 铜铜表面受压，里层受拉表面受压，里层受拉200表表4-10 各种加工方法在工件表面上残留的内应力各种加工方法在工件表面上残留的内应力第第四四章章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制2. 零件主要工作表面最终加工工序加工方法的选零件主要工作表面最终加工工序加工方法的选择择 零件主要工作表面的最终工序在该工作表面上留零件主要工作表面的最终工序在该