第二章 已加工表面质量分析

第二章 已加工表面质量
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已加工表面质量
包括两方面： 1、表面几何学方面 主要指零件外表面的几何形状方面质
量 2、表面层材质变化 零件外表面一定深度的组织、力学、
物化性能
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表面几何学方面
评定标志： 1、表面粗糙度； （主要指标）
（微观方面：以微米单位计量） 2. 表面波度：
（介于微观方面与宏观方面：宏观方面误差通 常是指几何误差，如形状精度、位置精度等） 3. 加工纹理方向； 4. 加工后表面伤痕。
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表面材质的变化
评定标志： 1、表面层的加工硬化程度及硬化层深度；
（主要指标）
加工硬化：工件经过切削加工后，已加工表面的硬度将高于工件材 料的原来的硬度的现象称为加工硬化
2. 表面残余应力的性质、大小； （主要指标）
表面残余应力：工件经过切削加工后，没有外力作用的情况下，已 加工表面内部保持的平衡而存留的不同应力称为表面残余应力。
2.工件方面 工件材料塑性越大，硬化越严重 3.切削条件方面 切削速度影响
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影响加工硬化的因素：
3.切削条件方面 进给量影响
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影响加工硬化的因素：
3.切削条件方面 背吃刀量影响
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影响加工硬化的因素：
3.切削条件方面 进给量影响
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残余应力
➢ 表面残余应力的性质、大小是已加工表面 质量的主要指标之一
具 几何形状的关系，有一小部分金属未被切下来而残留 在已加工表面上，称为残留面积。
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刀尖圆弧半径不等于零时： 刀尖圆弧半径等于零时：
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表面粗糙度产生原因
2.积屑瘤；
形成过切：
形成鳞片状毛刺
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表面粗糙度产生原因
3、鳞刺；
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表面粗糙度产生原因
鳞刺产生原因
中低速度切中碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金、 铜合金；
各种工序（车、刨、钻、拉、滚齿、螺纹切 削）均会产生；
切削塑性材料是主要原因。
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表面粗糙度产生原因
鳞刺产生过程：
1.抹拭 2.导裂 3.层积 4.切顶
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表面粗糙度产生原因
4切削过程中变形；
挤裂切屑形成时 单元切屑形成时
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表面粗糙度产生原因
5.刀具的边界磨损；
6、刀刃与工件相对位置变动； 19
其纤维方向平行于已加工表面， ※已加工表面表层的金属具有和基体组织
不同的性质，所以称为加工变质层。
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加工变质层概念
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已加工表面粗糙度
表面粗糙度产生原因： 1、几何因素所产生的粗糙度，
决定于残留面积高度； 2、由于切削过程不稳定因素所
产生的粗糙度。
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表面粗糙度产生原因
1.残留面积：切削时，由于刀具与工件的相对运动及刀
➢ 在交变载荷作用下，从提高抗疲劳角度考 虑，终工序应选择能在该表面产生残余压 应力的加工方法
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精密加工的表面质量
精密加工的概念：Ra1.25-0.63微米的加工，又分精密切 削和超精密切削。
措施： 刀具方面： ➢刀刃的锋利性和平整形； ➢刀刃的钝圆半径； ➢刀具材料的有选择； 切削条件方面： ➢切削用量；（高速度、小进给量） ➢工艺系统刚性； 切削液方面：
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评定冷作硬化指标，
三项 表层金属的显微硬度HV； 硬化层深度h； 硬化程度N。
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影响加工硬化的因素： 1.刀具方面
1、前角愈大， 硬化层深度愈小；
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影响加工硬化的因素：
2、钝圆半径越大，加工硬化也越大
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影响加工硬化的因素：
3.刀具磨损越大，加工硬化也越大；
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影响加工硬化的因素：
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已加工表面的形成过程
刀刃钝圆部分OB、 VB、及CD三部 分 构成后刀面上的总 接触长度，它的接 触情况对已加工表 面质量有很大影响。
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前刀面应力分布
用光弹法测得的 应力分布
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加工变质层概念
※被切金属进入第一变形区时，晶粒因压 缩而变长；
※接近刀刃，晶粒更为伸长成为纤维层； ※已加工表面的金属纤维被拉伸得更细，
影响表面粗糙度因素
1.刀具方面
※ 几何参数 ※ 刀面及刀刃粗糙度 ※ 刀具材料 ※ 刀具的磨损
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影响表面粗糙度因素
2.工件方面：
材料塑性影响； 金相组织影响；
3.切削条件：
速度影响； 进给量影响； 切削液影响；
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表面层加工硬化
加工硬化形成 塑性变形使晶格扭曲、畸变； 晶粒间产生剪切滑移，甚至破碎； 晶粒被拉长和纤维化， 结果：增大金属变形的阻力
➢表面残余应力概念： 工件经过切削加工后，没有外力作用的情况 下，已加工表面内部保持的平衡而存留的不 同应力称为表面残余应力。
➢ 分类：表面残余应力又分为表面残余拉应力 表面
残余压应力
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产生残余应力的Baidu Nhomakorabea因
1.机械应力引起塑性变形； 形式较多，但一般产生表面残余拉应力
2.热应力引起塑性变形发生； 一般产生表面层残余拉应力
4、切削速度越高， 残余拉应力越大， 残余应力层却减少；
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影响残余应力的因素（加工条件方面）
5、进给量增大， 残余拉应力也增大；
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影响残余应力的因素（加工条件方面）
6、背吃刀量对残余 应力的影响不太显著
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零件工作表面最终加工方法选择
➢最终工序留下的残余应力将直接影响机器 零件使用性能。
➢选择最终工序加工方法时，须考虑该零件 主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏 形式。
3.相变引起体积变化； 一般表面金属产生残余拉应力
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影响残余应力的因素（刀具方面）
1、刀具前角越小，残余拉应力越小
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影响残余应力的因素（刀具方面）
2、刀具磨损量增大，残余拉应力越大
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影响残余应力的因素（工件方面）
3、工件材料塑性越大，残余拉应力越大；
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影响残余应力的因素（加工条件方面）
减小金属的塑性 金属的物理性质发生变化 表面层金属的硬度和强度提高这种现象称为加工硬 化(或称为强化)
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加工后表层金属性质
取决于强化和弱化综合作用的结果。
弱化：被冷作硬化的金属处于高能位的
不稳定状态，金属的不稳定状态向比较稳 定的状态转化， 弱化作用的大小取决于温度的高低、时间 的长短和强化程度的大小。
3. 表面层的金相组织
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已加工表面质量对零件使用性能的影响
表面粗糙度对零件使用性能影响： 耐磨性； 接触性能； 抗疲劳强度； 抗腐蚀能力； 润滑性能。 注意表面粗糙度合理选用问题 （加工成本与正常使用要求关系）
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已加工表面质量对零件使用性能的影响
加工硬化对零件使用性能影响： 耐磨性；（会出现硬度不均） 抗疲劳强度； 加速刀具的磨损； 残余应力对零件使用性能影响： 零件变形； 抗疲劳能力； 耐腐蚀能力。