机械制造技术：机械加工表面质量

工件材料性质
•太硬、太软、韧性、导热性差
↑→ Ra↓
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2、表面粗糙度的控制
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3、表面物理力学性能的控制
影响显微硬度因素
表面物理力学性能
影响残余应力因素
影响金相组织变化 因素
•切削热
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冷作硬化
机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格 扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和 硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。
高速(35～ 50 m/s)打击被加 工零件表面
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4、表面强化工艺
滚压加工
利用淬硬的滚压工具(滚轮或滚 珠)在常温下对工件表面施加压力， 使其产生塑性变形，工件表面上原 有的波峰被填充到相邻的波谷中， 以减小表面粗糙度值，并使表面产 生冷硬层和残余压应力，从而提高 零件的承裁能力和疲劳强度。
波峰被填充到 相邻的波谷中
金相组织变化 机械加工过积中，在工件的加工区及其邻近的区域，温度会急剧升高，当温度
超过工件材料金相组织变化的临界点，就会发生金相组织变化。
磨削热是造成金相组织变化的根源，故改善磨削烧伤可有两个途径：
尽可能减少磨削热的产生； 改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。
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4、表面强化工艺
表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形， 以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面层产生残余压应力。这 种方法工艺简单、成本低廉，应用广泛。
机械加工 表面质量
表面的几何特征
表面层物理力学、
化学性能
Байду номын сангаас
(1)表面粗糙度 (2)表面波度 (3)纹理方向
(1)表面层加工硬化(冷作硬化)。 (2)表面层金相组织变化。 (3)表面层产生残余应力。
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1、表面质量基本概念
表面质量对零件 使用性能的影响
粗糙度太大、太小都不耐磨
适度冷硬能提高耐磨性
粗糙度越大，疲劳强度越差 适度冷硬、残余压应力能提高
疲劳强度 粗糙度越大、工作精度降低
残余应力越大，工作精度降低
粗糙度越大，耐腐蚀性越差 压应力提高耐腐蚀性，拉应力
反之则降低耐腐蚀性
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2、表面粗糙度的控制
切削残留面积
切
➢影响因素： 刀尖圆弧半径 r , 主偏角 kr , 副偏角 kr , 进给量 f
表面强化常用工艺方法
喷丸强化 滚压加工 液体磨料强化等
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4、表面强化工艺
喷丸强化
➢ 喷丸强化是利用大量快速 运动的珠丸打击被加工工件 表面，使工件表面产生冷硬 层和压缩残余应力，如图所 示为珠丸挤压工件表面的状 态, 可显著提高零件的疲劳 强度。
使表面产生冷硬 层和残余压应力
珠丸(直径为 0.4～ 4mm)
TECHNOLOGY OF MECHANICAL MANUFACTURE
机任械务 加说 明工表面质量
主要内容：
1. 表面质量基本概念 2. 表面粗糙度的控制 3. 表面物理力学性能的控制。 4. 表面强化工艺
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1、表面质量基本概念
机械加工表面质量是指经过机械加工后零件表面层所产生的物理机械性能的变 化以及表面层微观几何形状误差
削
加
切削表面塑性变形和积屑瘤
工
时
➢ 切削速度影响最大：v = 10～50m/min范围，易产生积屑瘤和鳞
刺，表面粗糙度最差。
➢ 其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等
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2、表面粗糙度的控制
工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面 积上通过的砂粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。
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2、表面粗糙度的控制
砂轮粒度
•粒度↓→Ra↓
影响磨削加工表面 粗糙度的因素
砂轮修正 砂轮硬度
• 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↓
磨削用量
•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)
滚压工具
F
表面产生冷硬层 和残余压应力
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影响因素
•塑变引起的冷硬 •金相组织变化引起的硬度变化
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残余应力 机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处会
产生互相平衡的弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。
影响因素
•冷塑性变形 •热塑性变形 •金相组织变化
首要因素
影响磨
削裂纹
磨削用量
的因素 工件材料及热处理规范
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