《机械制造工艺学》第二版 王先奎 课件机械制造工艺学ch4-2 表面粗糙

第二节影响加工表面粗糙度的工艺因

素及其改进措施一

、

切削加

工

表

面

粗

糙

度二、磨削加工后的表面粗糙度(一)几何

因素

的影

响(二)物理因素的影响--表面层金属的塑性变形一、切削加工表面粗糙度切削

加

工

表

面

粗

糙

度

值

主

要

取决于切削残留面积的高度。影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径r

、主偏角k、副偏角k',,

及进给量f

等。用尖刀切削的情

况，切削残留面积的高度为用圆弧刀刃切削的情况，切削残留面

积的高度为片ctgk,-ctgk,

8图4-6

车削、刨削时残留面积的高度H=K₁从

上

述

两

表

达

式

可

知

：

进

给

量f和

刀

尖

圆弧半径r,对切削加工表面粗糙度的影响比

较明

显。

切削

加

工

时，

选

择

较

小

的

进

给

量f和较大的刀尖圆弧半径r

。,

将会使表面粗糙

度

得

到

改

善

。切

的

加

工

后

表

面

粗

糙

度

的

实际

轮

廓形

状

一

般

部

与

纯

几

何

因

素

所

形

成的

理

论

轮

京有较大的差别。这是由于切削加工中有

塑性变形发生的缘故。图3-7描述了加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响。切削速度v处于20-50m/min

时，

表

面

粗

糙

度

最

大，因

为

此时

常

容易出

现积

屑

瘤、

使加工表面质

量

严

重

恶

化；

当切

削速度v超

过

100m/min时，

粗

糙

度

下降，

并

趋

于

稳

定。

在

实

际切削时，选择低速宽刀精切和高速精切，往往

可以得到较小的表面粗糙度值。图4-7

加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响40

60

80切

削

速

度v(m/min)7.

06.

05.

04.

O3.

O+2.

01.

0微观

不

平

度

十

点

高

度

R

:

(

u

m

)10012014020加

工

脆

性

材

料

，

切

削

速

度

对

表

面粗

糙度的影响不大。

一般说，切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。

对于同样的材料，金相组织越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。为减小

切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前进行调质等处理，

目的在于得到均匀细

密的晶粒组织和较高的硬度。此外，合理选择切削液，适当增大刀具的前角、提高刀具的刃磨质量等。均能有

效

地

减

小

表

面

粗

糙

度

值

。二

、磨削加工后的表面粗糙度(

一

)

几

何因

素

的

影

响1.磨削用量对表面粗糙度的影响2.砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影

响(二)物理因素的影响

-

-

表面层金属的

塑变形1.

磨

削

用

量2.

砂轮的选择(

一

)

几

何

因

素

的

影

响磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无

数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可

以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积

的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。1

,

磨

削

用

量

对

表

面

粗

糙

度

的

影

响砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表

面的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越

小

。工

件

速

度

对

表

面

粗

糙

度

的

影

响

刚

好

与砂轮速度的影响相反，增大工件速度时，

单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，表面粗糙度值将增加。砂轮的纵向进给减小，工件表面的每个部位被砂轮重复磨削的次数增加，

被磨表面

的

粗

糙

度

值

将

减

小

。2

.

砂

轮

粒

度

和

砂

轮

修

整

对

表面

粗

糙

度的

影

响

砂轮的粒度不仅表示磨粒的大小。

而且还表示磨粒之间的距离，表3-1列出了5号组织、不同粒度的砂轮的磨粒尺寸和磨粒之间的距离。磨削金属时，参与磨削的每一颗磨粒

都会在加工表面上刻出跟它的大小和形状

相同的一道小沟。在相同的磨削条件下，

砂轮的粒度号数越大。参加磨削的磨粒越

多，表面粗糙度就越小。表4-1磨粒尺寸和磨粒之间的距离砂轮粒度

磨粒的尺寸范围(μm)(mm)36井

500~600磨粒间的平均距离0.4750.369

0.255

0.228355~425250~300180~21246#

60#

80#修

整

砂

轮

的

纵

向

进

给

量

对

磨

削

表

面

的

粗糙度影响甚大。用金刚石修整砂轮时，

金刚石在砂轮外缘上打出一道螺旋槽，其螺

距等

于

砂

轮

转

一

转

时

金刚

石

笔

在

纵向的移动量。砂轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面上。修整砂轮时，金刚

石

笔

的

纵

向

进

给

量

越

小

，

砂

轮

表

面

磨

粒

的

等高性越好，被磨工件的表面粗糙度值就

越

小

。

小

表

面

粗

糙

度

值

磨

削

的

实

践表

明，修

整

砂

轮

时

，

砂

轮

转

一

转

金

刚

石

笔的

纵向

进给量如能减少到0.01μrn,

磨削表面粗糙

度就可达Rz0.1～0.2μm。(

二

)

物

理

因

素

的

影

响

-

表

面层

金属

的塑性变形砂

轮的磨削

速

度

远比

一

般

切削加工

的速度高得多，且磨粒大多为负前角，

磨

削比压

大，

磨削区

温

度

很

高，

工

件

表层

温

度有时可达900℃,工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此，磨削过程的塑性变形要比

一

般

切削

过

程

大

得

多

。由于塑性变形的缘故，被磨表面的几

何

形

状

与

单

纯

根

据

几

何因

素

所

得

到的原始

形状大不相同。在力因素和热因素的综合

作用下，被磨工件表层金属的晶粒在横向

上

被

拉

长了，

有时

还

产

生

细

微的

裂口

和

局

部的金属堆积现象。影响磨的表层金属塑

性变形的因素，往往是影响表面粗糙度的决定性因素。1.腾

削

用

量图

4

-

8

是

采

用GD60ZR2A砂

轮磨削

3

0CrMnSiA材

料时，

磨削

用

量

对

表面

粗糙

度的影响曲线。砂轮

速

度

越高，

就

有

可能

使

表

层金

属

塑

性

变形的传播速度大于切削速度，工件材料来不

及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小。工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将

增

大

。磨

削

深

度

对

表

层

金

属

塑

性

变

形

的影

响很

大

。

增大磨削深度，塑性变形将随之增大，被磨的

表

面

粗

糙

度

值

会

增

大

。V工件

(m/min)

b)图4-8

磨削用量对表面粗糙度的影响背吃刀量ap(mm)R(μm)R.(ltm)U砂轮

(m/s)Ra

(lm)c)a)2.砂轮的选择

砂

轮的粒

度、硬

度、组织和材料的选择不同、都会对被磨工件表层

金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗

糙

度

。单纯从几何因素考虑，

砂轮粒度越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好

，

。

反

而

会

在

加

工

表

面

产

生

烧

伤等

现象，

使表面粗糙度值增大。因此，砂轮粒度常取为46～60号。砂

轮

的

硬

度是

指

磨

粒

在

磨

创

力作

用

下

从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬，

磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被新

磨

粒

替

代，

使

表

面

粗

糙

度

增

大。

砂

轮

选得太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也

会使表面粗糙度值增大。通常选用中软砂

轮。砂检的组织是

指

磨

粒、

结

合

剂

和气孔的

比例关系。紧密组织中的磨粒比例大。气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能

获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏

松

组

织的

砂

轮

不易

堵

塞，

适

于

磨

削

软金

属、

非

金

属

软

材

料

和

热

敏

性

材

料

(

磁钢、不

锈

钢

、

耐

热

钢

等

)

,

可

获

得

较小

的表

面粗糙度值。

一般情况下，应选用中等

组

织

的

砂

轮

。砂

轮

材

料的

选

择也

很

重

要。

砂

轮

材

料

选择适当，可获得满意的表面粗糙度。氧

化物(刚玉)砂轮适于磨削钢类零件；碳

化物(碳化

硅、碳

化

硼

)

砂

轮

适

于

磨削

铸

铁、硬

质

合

金

等

材

料；

用

高

硬

磨

料(人造

金刚

石、

立

方

氮

化

硼

)

砂

轮

磨

削

可

获

得

极

小的表面粗糙度值，但加工成本很高。此外，磨削液的作用十分重要。对于

磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因

素的影响往往占主导地