第三章 机械加工表面质量

第三章机械加工表面质量教学目的与要求:掌握加工表面质量对使用性能影响、熟悉影响粗糙度的因素及改善措施、熟悉影响力学性能的因素及改善措施教学重点：影响粗糙度的因素及改善措施、影响力学性能的因素及改善措施教学重点的解决办法:利用课件图片讲解.本章作业：P1403-2、3-3、3-4、3-5、3-11第三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/T131-93。表示方法：Ra、Rz、Ry。“轮廓算术平均偏差”“微观不平度十点高度”“轮廓最大高度”表面波度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：50~1000。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。表面缺陷指加工表面出现的缺陷。如砂眼、气孔、裂纹等。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；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↗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=(0.1~0.15)T零件尺寸在18~50mm时，推荐：Ra=(0.15~0.20)T零件尺寸小于18mm时，推荐：Ra=(0.20~0.25)T一定的精度应有相应的表面粗糙度！一定的尺寸公差要有相应的表面粗糙度！第二节影响表面质量的因素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↗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：工艺系统的振动：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影响因素：刀具切削用量工件材料(1)切削加工的加工硬化A:切削用量：进给量、切削速度进给量↗B:刀具形状及磨损：切削刃钝圆半径C:加工材料：塑性、碳钢含碳量切削力↗、变形↗硬化↗切削速度↗力、热作用程度？硬化？半径↗切削力↗、变形↗硬化↗后刀面磨损↗切削力↗、变形↗硬化↗热量↗↗硬化↙后刀面磨损↗↗硬化↗塑性↗（2）磨削加工的加工硬化A:工件材料：塑性、导热性B:磨削用量：背吃刀量、纵向进给量、工件速度、砂轮速度C:砂轮粒度硬化↗塑性↗热集中程度↙导热性↗弱化程度↙磨削力↗热量↗硬化↗aP↗V砂轮↗f↗V工件↗硬化↗硬化↗弱化程度↗硬化↙热集中程度↙弱化程度↙硬化↗硬化↙粒度↗磨粒作用力↙影响表面层物理、力学性能变化的因素表面层的金相变化加工中产生θ℃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。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:导热性砂轮特性：硬度冷却：方式（效果）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(+)。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(-)。不同的金相组织有不同的密度，如ρM=7.75g/cm3ρA=7.96g/cm3、ρP=7.78g/cm3、ρF=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(+)。例如：淬火钢表面回火，表层金