第七节机械加工表面质量

第七节

机械加工表面质量一、机械加工表面质量概述二、表面质量对零件使用性能的影响三、加工表面粗糙度的影响因素四、表面层物理机械性能的影响因素五、提高表面质量的加工方法一、机械加工表面质量概述加工表面质量：由一种或几种加工、处理方法获得的表面层状况(几何的、物理的、化学的或其他工程性能的)。加工表面质量包括两个方面的内容：（一）加工表面的几何形状误差（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（一）加工表面的几何形状误差加工表面的几何形状误差，包括如下四个部分：（1）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差，其波长与波高比值一般小于50。其大小是以表面轮廓的算术平均偏差Ra或微观不平度的平均高度Rz表示。（一）加工表面的几何形状误差（2）波度加工表面下平度中波长与波高的比值等于50～1000的几何形状误差称为波度，它是由机械加工中的振动引起的。注意：当波长与波高比值大于1000时，称为宏观几何形状误差．例如：圆度误差．圆柱度误差等，属于加工精度范畴。（一）加工表面的几何形状误差（3）纹理方向纹理方向是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法．即主运动和进给运动的关系。（4）伤痕伤痕是在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷，它们大多是随机分布的，例如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能由于机械加工中力因素和热因素的综合作用，加工表面层金属的力学物理性能和化学性能将发生一定的变化：1表面层金属的冷作硬化（1）含义在机械加工过程中，工件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化使表面层金属的显微硬度有所提高。（2）表示法表面层金属硬度的变化用硬化程度和深度两个指标来度量。（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（3）产生原因

位错密度及其它晶体缺陷的增加是导致加工硬化的主要原因。随着变形量的增加，位错密度急剧增高，金属晶体中各原子间失去了正常的相邻关系，晶格发生畸变，形成许多亚晶界为错畸变区，这使得位错与位错间的相互缠结及大量位错在亚晶界上的塞积加重，以致位错的运动越来越困难，金属继续塑性变形的抗力增大，塑性下降，强度、硬度升高。（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能2表面层金属的金相组织机械加工过程中，由于切削热的作用会引起表面层金属的金相组织发生变化。如：在磨削淬火钢时，由于磨削热的影响会引起淬火钢的马氏体的分解，或出现回火组织，由马氏休转变为屈氏体、索氏休，使表面硬度降低。3表面层的残余应力由于切削力和热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织变化，使表面层产生残余应力。（三）表面质量的内容零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化二、表面质量对零件使用性能的影响1.对零件疲劳强度的影响（1）表面粗糙度很容易形成应力集中。对承受交变载荷的零件，减小其上容易产生应力集中部位的表面粗糙度值，可以明显提高零件的疲劳强度。（2）加工硬化适度的加工硬化，可使表层金属强化，故能减小交变变形的幅值，阻碍疲劳裂纹的产生和扩展，从而提高疲劳强度。但过高的加工硬化，会使表面脆性增加，可能出现较大的脆性裂纹，反而降低疲劳强度。二、表面质量对零件使用性能的影响（3）表面层残余应力（a）若表面的残余应力为压应力，则能部分抵消交变载荷施加的拉应力，防碍和延缓疲劳裂纹的产生或扩大，从而可以提高零件的疲劳强度。（b）若表面的残余应力为拉应力，则容易使工件在交变载荷作用下产生裂纹，从而大大降低零件的疲劳强度。

二、表面质量对零件使用性能的影响2.对抗腐蚀性能的影响（1）表面粗糙度在粗糙表面的凹谷处容易因积聚腐蚀性介质而发生化学腐蚀，凸峰处可能因产生电化学作用而引起电化学腐蚀。二、表面质量对零件使用性能的影响（2）表面层残余应力对抗腐蚀性有较大影响。残余压应力使表面紧密，腐蚀介质不易进入，从而增强抗腐蚀性；残余拉应力则会降低抗腐蚀性。（3）表面冷硬或金相组织变化引起残余应力而降低耐腐蚀性。

二、表面质量对零件使用性能的影响对配合质量的影响（1）表面粗糙度值使配合间隙增大，实际过盈量减小。（2）表面层残余应力可能引起变形，改变零件的形状和尺寸，从而影响配合精度。二、表面质量对零件使用性能的影响4.对耐磨性的影响（1）表面粗糙度值直接影响有效接触面积和压强，以及润滑油的保存状况。二、黑表面拆质量真对零渐件使叠用性捞能的拨影响（2络）表狐面层桨加工扫硬化提高匀硬度眨，减盛小接陡触区垫的弹兔性、瞧塑性膜变形脚，使森分子议亲和伶力减糟小，示从而允减小日磨损母。但过陵度硬汪化时呆，表汉面脆典性过删高，杆将引霉起金千属组步织的题“疏比松”虹，甚别至会庄出现笛疲劳炭裂纹涨，使组磨损划加剧饿，乃假至产城生剥不落，剧故加疫工硬慎化的箭硬度厚也有滨一个果最优途值。（3吃）表恐面层竿金相调组织夕变化改变孤零件浓材料蔽的原评有硬益度，增影响窃耐磨鞋性。食适度夸的残戏余压踏应力稍一般上使结双构紧丙密，虾有助慈于提闲高耐湖磨性竖。二、乱表面责质量绘对零粱件使往用性肉能的祝影响零件图表面剧质量粗糙懒度太嫂大、脾太小殊都不教耐磨适度级冷硬惊能提异高耐村磨性对疲膨劳强得度的乔影响对耐央磨性卖影响对耐押腐蚀漠性能压的影炉响对工秧作精普度的挂影响粗糙满度越逃大，样疲劳驳强度醒越差适度振冷硬辟、残倦余压特应力醋能提灯高疲候劳强吐度粗糙般度越愈大、狮工作么精度卸降低残余剑应力接越大窜，工存作精装度降果低粗糙购度越广大，为耐腐封蚀性瘦越差压应查力提惭高耐滑腐蚀仿性，愈拉应旬力反及之则竖降低虎耐腐妨蚀性三、全加工语表面洲粗糙姓度的冒影响通因素1.匙影响瓣切削刊加工殖后表酿面粗浴糙度劲的因炭素（1破）几蜘何因凉素切削顺加工从表面勇租糙漠度值阵主要蛋取决刘于切削抬残留猜面积读的高碰度。1.杏影响晌切削冰加工槐后表队面粗格糙度胆的因葡素（2含）物求理因每素积屑茫瘤、鼓鳞刺毕，在日切削糕过程帜中刀膏具的贫刃口造圆角昏及后神刀面哨的挤租压和波摩擦雹会使你金属援材料柔产生挪塑性雄变形虎，理吧论残暂留断劈燕面歪洗曲，挠使表约面粗纺糙度敞值增越大。1.问影响细切削雕加工酸后表京面粗相糙度侵的因罢素（3新）工圈艺因但素A.刀具鼠的几伟何形果状、止材料垂和刃孩磨质捕量（a）前角前角γ增加侨，刀胳具易制于切入郑工件笔，塑随性变肢形小可以黎减小窑表面彼粗糙趁度。但前严角太搅大，睬刀刃卖有切入工负件的透倾向承，表哨面粗糙度鸡值增嘴加。1.艳影响正切削志加工镜后表独面粗丽糙度且的因打素（b）后角后角太增加起时，后现刀面蓝与工红件摩侨擦减链小，思粗糙居度有趟所改夕善。测后角茅一般屯在3示-1题0内永变化得。后角秤太大勉时，积孕屑瘤给易于鸽流到浴后刀祥面；根同时抱，后沫角大直容易衫产生孩切削秩振动萄，因溪此使业表面钉粗糙扭度值迹反而勤增加。1.逮影响数切削暴加工故后表停面粗插糙度两的因燥素（c）刀尖盖圆弧穗半径刀尖舒圆弧朵半径雪增加农，从业几何招因素铺来看泊会减夸小表耗面粗剖糙度划值。遭但会笔增加李切削敢过程姜中的旱挤压歇，塑广性变掀形增辰大，绩使表贩面粗千糙度规值增岂加。（d）刃倾强角增大杰刃倾逮角，炮对降扣低表趟面粗嘱糙度扩有利共。因走为刃鹿倾角贱增大川，实恢际工淘作前全角也塑随之学增大资，切题削过龙程中睛的金扰属塑司性变苦形程瞒度随彼之下嫁降，舞这会赠显著屠地减圣轻工钳艺系竖统的岛振动袖，从膛而使凉加工做表面配的粗剧糙度抄下降或。1.夫影响健切削女加工宅后表阿面粗补糙度炭的因眉素（E）刀具宴刃磨窜质量刀具爬的前执刀面沾、后感刀面碍等本抚身粗针糙度既值小钩，则恼被加奴工表霉面的债粗糙踩度值爬也小拨。由于哗金刚名石刀阿具质极地细尽密，闷平刃类性极竭高，惭切削狼刃钝桂圆半柴径小厕，故馆可进扔行精偿密切株削及枣超精环密切威削。硬质苗合金辅刀具茄的刃雪磨质吐量不躬如高披速钢筛刀具洞。硬提质合春金刀施具易笼崩刃钳。因跃此在豪精加竖工时委，习刷惯上圾用高魄速钢倡刀具蹲。结论唯：刀具醉前后播刀面昂的粗逆糙度矮应比蹈加工氧表面刮的粗顽糙度引低，沟如硬耳质合愉金刀钱具的方前后多刀面发都应初抛光猫到Rz悄0.庙8～妙R3份.21.泥影响势切削廊加工阀后表阿面粗出糙度求的因佩素（2备）切干削用作量进给丙量f：直接评影响跳理论援残留征高度械，还恋会影控响切墙削力尼和材嘴料塑迁性变叛形的酱变化跨。f＞谊0.宣15赵mm裕：f减小茂,表凳面粗内糙度丝式值减想小；f＜现0.茫15灭mm沾：减小f对粗旨糙度劲的影璃响不腊显著流。背吃欠刀量ap:对粗佛糙度态影响捞不明仁显。切削沈速度v：高，寻常能岔防止恰积屑载瘤、猎鳞刺腐的产约生。垒对塑糊性材膊料，宇高速顿切削胡时超姐过塑命性变困形速评度，著材料慕来不块及充垮分变荐形；弓对脆庭性材加料，录高速咽切削愿时温联度较阻高，古材料济会不逝那么船脆，泪故高允速切艰削有乒利于柔减小伶粗糙映度值1.泻影响爽切削员加工铸后表军面粗顶糙度并的因津素（3齿）甘冷却微润滑晒液的央影响（A）冷却企润滑从液可扎以渗慕入切迷削切慨口的针裂缝良中，漆帮助芒金属催被切盈削时算的撕先裂作游用，霉减少雁金属咸内摩谁擦，跌因而假减小绕了塑模性变驰形。（B）冷润仔液中锁的活哑性物举质会循在工死件、聪切屑见和刀毙面间详产生致一层躬吸附购膜而孟减少劈燕工件慰、切史屑和抚刀面厅的摩转擦力指，不见易产章生积丽屑瘤致和鳞圾刺。（C）冷润孙液起材冷却败作用殊，降阁低切曾削温说度，常减少郑塑性站变形盼，降庆低切艰削力凉，使牲表面添粗糙钉度值愉减小傅。1.敌影响袋切削焰加工般后表餐面粗痕糙度驾的因解素（4）工件你材料圾性能萝的影萍响（A）工件胞材料摄的韧猫性和录塑性鉴变形犬倾问客越大忍，在舱切削饲加工忘后的错表面岭粗糙核度越矮高。（B）工件吹材料驾金相避组织苹的晶稠粒越暴均匀嫁、粒嘉度细础，加咐工时展越能砌获得球较低颈的表待面粗薯糙度碧。1.蚂影响迷切削肌加工丝式后表鼠面粗烫糙度乐的因愈素影响耍切削毯加工洗表面零粗糙讲度的罗因素刀具晚几何蠢形状刀具屈材料粥、刃骆磨质开量切削胖用量工件垦材料残留面积↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃倾角会影响实际工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap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↓2.伟影响武磨削丑加工班后表绘面粗抚糙度灶的因毁素（1业）砂贯轮粒疮度（a）在相页同的煤磨削瓶条件戒下，序砂轮梦的粒台度号修数越缠大，峡参加揉磨削替的磨始粒越猫多，料表面吗粗糙敬度就挪小；（b）粒度害愈细边，磨鼓削深很度应抹愈小楼，否赢则易社将砂框轮堵肢死，唐产生塘相反芒效果化，还雅容易惕产生特烧伤暂，因虽此常碎用粒罢度为论46习～6棍0号横。2.赔影响傅磨削召加工搬后表菜面粗及糙度匀的因抚素（2创）砂骆轮硬粉度砂轮桂的硬吩度是指烛磨粒俩在磨镇削力蓄作用投下从博砂轮熟上脱繁落的圈难易触程度闻，通革常选沫用中竟软砂焰轮．砂轮拢选得貌太硬，磨仰粒不算易脱应落，柔磨钝酿了的采磨粒念不能咱及时界被新惭磨粒席代替减，应钞表面巩粗糙挪度增纱大。砂轮枣选得迈太软径，磨粒活易脱箭落，桌磨削骡作用械减弱对，也封会使必表面笛粗糙愁度值摸增大恩．2.香影响灾磨削态加工壮后表竟面粗遭糙度勺的因撤素（3碑）砂富轮的碌组织砂轮名的组秧织是指茂磨粒酬、结选合剂旧和气叔孔的介比例洗关系居，选辉用中网等组雾织的帅砂轮贞。紧密作组织中的没磨粒股比例曾大，愤气孔少小，唇在成成形磨眉削和付精密火磨削膀时，煤能获屋得高芦精度怀和较然小的票表面趴祖糙扎度值球。疏松举组织的砂负轮不没易堵车塞，臭适于伪磨削驾软金宏属、扩非金朴属软妈材料君和热订敏性学村料鸟（磁颤钢、优不锈浆钢、顾耐热箭钢等逗），骑可获若得较则小的持表面杜粗糙以度值。2.舞影响迁磨削号加工茧后表益面粗房诚糙度拨的因陪素（4酷）砂然轮材自料砂轮竭材料谜可分长为氧跪化物免系（产刚玉花）、沃碳化耀物系腔（碳夜化硅乱、碳活化硼笨）和青高硬哲磨料培系（障人造爪金刚脖石、翅立方自氮化旧硼）柱。氧化获物系境：适于神磨削策钢类仆零件碳化漫物系笨：磨削刺铸铁馆、硬桑质合弃金等轨材料高硬漏磨料斯：可获香得极绒小的间表面介粗糙叫度值夹，但醋加工烂成本视很高船。2.互影响模磨削螺加工鸽后表书面粗霞糙度面的因快素（5决）砂武轮的邮修整修整牌工具崖有单夕颗粒许金刚搬石笔需和金另刚石恭滚轮伏，也盯可用述白口商铸铁雷或砂输轮来符修整俊，以两单颗袍粒金漏刚石错笔修弱整的抢质量幅为最狐好。修整俯砂轮颤的纵向饶进给尖量愈顾小，磨垒削的广表面病粗糙舒度值青愈小。2.蠢影响养磨削祥加工慈后表装面粗艇糙度垮的因件素（6串）砂胳轮速晨度砂轮耻速度寺越高增，就巡寿有可气能使忧表层至金属鬼塑性阴变形榨的传林播速足度大柜于切惑削速短度，彩工件钱材料浆来不毯及变莫形，讽致使痕表层泥金属齿的塑倦性变宴形减伞小，绳磨削男表面肢的粗隔糙度唤值将叼明显哀减小违。砂轮女的速纱度越庭高，膨单位回时间欢内通拒过被澡磨表移面的著磨粒购数就沾越多斜，因机而工倾件表继面的猎租糙愚度值械就越颈小。一般茎取：v=裁30挤-4催0m枯/s2.叫影响溪磨削弹加工壤后表河面粗勤糙度喝的因已素（7红）工残件速丸度工件生速度挎对表狗面租吴糙度印的影窄响刚虏好与袜砂轮膝速度凯的影振响相乱反，磁增大街工件扛速度服时，单位卷时间冶内通熟过被骗磨表跑面的分磨粒卡数减准少，表盖面粗龙糙度蔑值将防增加切。工件侵速度捧增加判，塑接性变传形增缘瑞加，捆表面康粗糙盈度值欢将增绵大。一般稀取：v=颈30轰m/栏mi渡n2.箱影响柿磨削轿加工腐后表宇面粗饱糙度蔬的因握素（8胃）磨柿削深边度磨削秤深度羽对表械层金捆属塑己性变蹦形的厉影响幻玉很大饱，增度大磨脑削深锋度．剧塑性末变形梅将随毛之增般大，战被磨苹的表崭面粗膏糙度滋值会露增大宋。为提炉高磨问削效凭率，摸通常遮在开捎始磨嘴削时平采用廉较大挥的径眼向进转给量微，而锁在磨钓削后明期采袋用较小鲁的径淡向进关给量随或无事进给牌量磨浴削。2.汪影响糖磨削没加工倡后表镇面粗游糙度崖的因秆素影响斤磨削培加工擦表面魄粗糙乓度的历因素粒度↓→Ra↓

金刚石笔锋利↑，修正导程、径向进给量↓→Ra↓磨粒等高性↑→Ra↓硬度↑→钝化磨粒脱落↓→Ra↑硬度↓→磨粒脱落↑→Ra↑硬度合适、自励性好↑→Ra↓太硬、太软、韧性、导热性差↑→Ra↓砂轮极粒度工件厦材料划性质砂轮烟修正磨削震用量砂轮冶硬度砂轮V↑→Ra↓ap、工件V↑→塑变↑→

Ra↑粗磨ap↑→生产率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

四、伶表面叠层物驼理机蠢械性韵能的听影响再因素1.妖加工拴表面莫的冷抓作硬光化①刀鸡具的抢影响课：切削腥刃钝舞圆半脉径增甲大，机对表贺层金抹属的切挤压瞧作用吐增强峰，塑窗性变孙形加初剧，廊导致吃冷硬钳增强络。刀胶具后合刀面线磨损尼增大棚，后指刀面敌与被脊加工都表面字的摩佳擦加岸剧，度塑性斩变形歌增大腔，导酸致冷染硬增肉强。②切恳削用汤量的疏影响污：切削狗速度肤增大勺，刀指具与草工件立的作妇用时柄间缩匙短，增使塑掀性变样形扩峰展深惠度减捷小，燥冷硬拥层深材度减幸小。激切削烈速度臂增大垮后，葡切削右热在堵工件略表面医层上铸的作叠用时纹间也源缩短俊了，鸟将使鞠冷硬梨程度贞增加灵。进惠给量未增大蛙，切且削力颜也增还大，伪表层眠金属疼的塑歇性变相形加沫剧，琴冷硬排作用婶加强。③加畜工材剧料的棉影响抢：工件还材料踢的塑缝性愈婶大，牢冷硬粥现象炕就愈忽严重凉。四、旅表面智层物缝理机班械性揉能的迷影响吓因素2.贵加工基表面障层残苦余应个力在机央械加省工过现程中绳，加葬工表迎面层醒相对馅基体陶材料该发生屡形状发、体融积或捉金相恳组织驼变化照时，碰表面收层中夺即会睡产生童残余私应力酱。外微层应伞力与卸内层手应力免的符李号相谢反、取相互识平衡偏。产生召表面湾层残才余应璃力的忌主要机原因（1捕）冷宣塑性本变形（2零）热救塑性峡变形（3睬）金蠢相组雁织变忽化四、味表面休层物州理机番械性棵能的穷影响循因素（1旗）冷掌态塑椒性变哥形工件糊在进宵行切酸削、始磨削压和滚显压加聪工时墓，表挑面层裙受切韵削力冈和滚但压力振的作京用，喊产生碗冷态串塑性友变形于。冷态灰塑性汇变形忘主要辱是力享的作律用，砖表面制产生付压缩才残余菊应力至，心四部为猪拉伸勒残余解应力关。四、熄表面顺层物陵理机昼械性西能的台影响始因素（2壁）热因态塑合性变肾形—毙热应千力切削西热引帅起的田表层娃金属庙残余会拉应宪力状亚态，五里层惰为残秆余压撇应力镜。四、术表面叨层物践理机妈械性割能的侨影响捕因素（3回）金货相组击织变需化不同施的金殃相组胳织有扩不同遮的比皮重，愁马氏治休的雀比重西7.鲜75津，奥希氏体愤为比栋重7拐.9老6，烧前者鲁是各欺种金故相组允织中竭的比辰重最日小（旅比容巧最大彼）者暗，后升者是紧比重筝最大甘（比轧容最搅小）膀者。考当金富相组攻织发住生变交化时狭，由铺于比观重的炸不同弦，休绒积就下要变爸化，义产生祸残余规应力铸。（A）如果眨金相总组织脉的变肯化引锻起表慰层金奴属的打比容评增大润，则做表层老金属此将产公生压锁缩残郑余应超力，秧而里贯层金讨属产罢生拉仆伸残删余应偶力。（B）若金泡相组睁织的蓝变化犬，引跨起表民层金心属的久比容睬减小烦，则荐表层杏金属岸产生辉拉伸弱残余汤应力起，里餐层金崇属产澡生压客缩残拒余应墙力四、阳表面辉层物会理机括械性议能的供影响齿因素（定签义）区磨削口烧伤当被虎磨工茎件表栽面层季温度蓬达到宪相变勾温度凤以上枝时，夹表层吵金属菊发生招金相俩组织泳的变笛化，哗使表狼层金读属强辛度和宗硬度闪降低哨，并站伴有接残余搁应力裙产生虹，甚垒至出锯现微古观裂健纹，蜡这种和现象自称为娱~。在磨嫩削淬氧火钢择时，街可能旗产生伐以下浸三种浅烧伤境：（1惩）回火宿烧伤如果失磨削纷区的安温度江未超瞒过淬进火钢油的相轰变温推度，易但已依超过贵马氏押体的袭转变馆温度搁，工渴件表蜂层金乎属的关回火舒马氏餐体组值织将灰转变识成硬押度较逐低的细回火乖组织与（索齐氏体帆或托码氏