机械加工表面质量概述 (ppt 112页)
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机械制造工艺学 第四节 机械加工表面质量
2）砂轮的粒度和砂轮的修整对表面粗糙度的影响
砂轮的粒度
磨粒间的距离
磨粒的大小
砂轮的粒度号越大， 磨粒和磨粒间离越小
砂轮的粒度号↑ ，参与磨削的磨粒↑ ，粗糙度↓ ；
修整砂轮时，纵向进给量对表面粗糙度的影响甚大； 纵向进给量↓ ，砂轮表面的等高性越好 ，粗糙度 ↓ ；
（2）金属表面层的塑性变形 在磨削过程中，由于磨粒大多具有很大的负前角，很不锋 利，所以大多数磨粒在磨削时只是对表面产生挤压作用而使表 面出现塑性变形，磨削时的高温更加剧了塑性变形，增大了表 面粗糙度值。
表面层的加工硬化对疲劳强度影响 适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生，有助于 提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产生裂纹，故加工硬化程度 应控制在一定范围内。
拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；
3．表面质量对零件耐腐蚀性的影响 表面粗糙 表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质； 度的影响 波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。 零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度 表面残余应力对零件耐腐蚀性影响
（二）、表面层的残余应力 l、表面层残余应力及其产生的原因 表面层残余应力 外部载荷去除后，工件表面层及其与
基体材料的交界处仍残存的互相平衡的应力。
表面层残余应 力产生的原因
(1)冷态塑性变形引起的残余应力 (2)热态塑性变形引起的残余应力 (3)金相组织变化引起的残余应力
(1)冷态塑性变形引起的残余应力
其中： H——加工后表面层的显微硬度
H0——材料原有的显微硬度
(2)表面层金相组织变化
指的是加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织 发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面 层的物理机械性能。 (3)表面层产生残余应力 指的是加工中，由于切削变形 和切削热的作用，工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料
机械加工质量培训课件PPT(共 104张)
例: ①滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）； ②模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）； ③用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。 （近似的加工运动）
2.1 机械加工精度
i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34
例1. 在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为 ：
z1 z2
z3 z4
P(P机 （1 床 蜗丝 杆杆 螺螺 距距 ）） ，若P=6mm，
Z 1 1,1 Z 2 0 7,Z 0 3 8,Z 0 4 1,2 求加0 工后蜗杆螺距
误差是多少？
i
P1=2
P=6
解： i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34 P ห้องสมุดไป่ตู้iP Z Z2 1Z Z3 4P1 71 0 2 800 066.2857
1）主轴回转误差。 纯径向跳动误差 轴向窜动误差 纯角度摆动误差
①主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的
圆度误差等。 a. 切削力F的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形)
2
R
1
3
R3
R1 △R
o o′
理论位置
实际位置
R
4
车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。
@加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
2.1 机械加工精度
2.1.1 概述 1、机械加工精度(简称加工精度)：是指零件在机械加工后
的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理 论值相符合的程度。
2、加工误差：实际参数与理论参数的差值
2.1 机械加工精度
2.1.2 影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的
2.1 机械加工精度
i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34
例1. 在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为 ：
z1 z2
z3 z4
P(P机 （1 床 蜗丝 杆杆 螺螺 距距 ）） ，若P=6mm，
Z 1 1,1 Z 2 0 7,Z 0 3 8,Z 0 4 1,2 求加0 工后蜗杆螺距
误差是多少？
i
P1=2
P=6
解： i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34 P ห้องสมุดไป่ตู้iP Z Z2 1Z Z3 4P1 71 0 2 800 066.2857
1）主轴回转误差。 纯径向跳动误差 轴向窜动误差 纯角度摆动误差
①主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的
圆度误差等。 a. 切削力F的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形)
2
R
1
3
R3
R1 △R
o o′
理论位置
实际位置
R
4
车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。
@加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
2.1 机械加工精度
2.1.1 概述 1、机械加工精度(简称加工精度)：是指零件在机械加工后
的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理 论值相符合的程度。
2、加工误差：实际参数与理论参数的差值
2.1 机械加工精度
2.1.2 影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的
机械加工表面质量PPT51页课件
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
*
3. 表面纹理对耐磨性的影响
表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响
金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
*
2.表面层冷作硬化与残余应力对耐疲劳性的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度； 残余应力有拉应力和压应力之分， 残余拉应力：易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。 残余压应力：能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
*
衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度H； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(H-H0)/H0×100％ 式中 H0——工件原表面层的显微硬度。
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
总结:
*
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
刀尖圆弧半径rε 主偏角kr、副偏角kr′ 进给量f
5.3 影响加工表面粗糙度的因素
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
图5-1 磨损过程的基本规律
*
3. 表面纹理对耐磨性的影响
表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性的影响，纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积与润滑液的存留。
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响
金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
*
2.表面层冷作硬化与残余应力对耐疲劳性的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度； 残余应力有拉应力和压应力之分， 残余拉应力：易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。 残余压应力：能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
*
衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度H； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(H-H0)/H0×100％ 式中 H0——工件原表面层的显微硬度。
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
总结:
*
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
刀尖圆弧半径rε 主偏角kr、副偏角kr′ 进给量f
5.3 影响加工表面粗糙度的因素
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
图5-1 磨损过程的基本规律
机械加工质量及其控制概述ppt68页课件
第一节 概述
二、机械加工表面质量
（一）表面质量的概念
粗糙度太大、太小都不耐磨
适度冷硬能提高耐磨性
对疲劳强度的影响
对耐腐蚀性能的影响
对工作精度的影响
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
本章提要
机械产品质量取决于零件的加工质量和产品的装配质量，机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。 机器零件的加工质量一般用机械加工精度和加工表面质量两个重要指标表示，它的高低将直接影响整台机器的使用性能和寿命。 机械产品加工的首要任务，就是保证零件的机械加工质量要求。 本章重点讨论影响机械加工精度和表面质量的因素及其控制方法。
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
主轴回转误差的基本形式
车床上车削
镗床上镗削
内、外圆
端面
螺纹
孔
端面
纯径向跳动
机械加工中，采用近似的成形运动或近似的刀刃形状进行加工，虽然会由此产生一定的原理误差，但却可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。
原始误差
工艺系统动误差
工艺系统受力变形
刀具磨损
残余应力引起变形
测量误差
工艺系统热变形
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
二、机械加工表面质量
（一）表面质量的概念
粗糙度太大、太小都不耐磨
适度冷硬能提高耐磨性
对疲劳强度的影响
对耐腐蚀性能的影响
对工作精度的影响
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
本章提要
机械产品质量取决于零件的加工质量和产品的装配质量，机器零件的加工质量是整台机器质量的基础。 机器零件的加工质量一般用机械加工精度和加工表面质量两个重要指标表示，它的高低将直接影响整台机器的使用性能和寿命。 机械产品加工的首要任务，就是保证零件的机械加工质量要求。 本章重点讨论影响机械加工精度和表面质量的因素及其控制方法。
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
（1）主轴回转误差
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
一、工艺系统几何误差对加工精度的影响
（一）机床的几何误差
主轴回转误差的基本形式
车床上车削
镗床上镗削
内、外圆
端面
螺纹
孔
端面
纯径向跳动
机械加工中，采用近似的成形运动或近似的刀刃形状进行加工，虽然会由此产生一定的原理误差，但却可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。
原始误差
工艺系统动误差
工艺系统受力变形
刀具磨损
残余应力引起变形
测量误差
工艺系统热变形
第二节 机械加工精度的影响因素及控制
表面质量概念机械加工表面质量是指零件在机械加工后表面层
的变化。
２．加工表面质量对零件使用性能的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响 （２）表面质量对零件疲劳强度的影响 （３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 （４）表面质量对配合性质的影响 （５）表面质量对零件的使用性能其他
方面的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响
磨损过程的基本规律： 零件的磨损可分为三个阶段，如图1-17所示。 第Ⅰ阶段：（初期磨损阶段）由于摩擦副开始工作时，两个零件
④伤痕 在加工表面的一些个别位置上 出现的缺陷。
在加工表面的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。
（２）表面层物理、化学和力学性能
●表面层加工硬化（冷作硬化）。 ●表面层金相组织变化及由此引起的表层金
属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。 ●表面层产生残余应力或造成原有残余应力
表面层的加工硬化对耐磨性的影响
表面层的加工硬化，一般能提高耐磨性0.5～l 倍。这是因为加工硬化提高了表面层的强度， 减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现 疲劳裂纹和产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围 之内。
表面互相接触，一开始只是在两表面波峰接触，当零件受力时， 波峰接触部分将产生很大的压强，因此磨损非常显著。 第Ⅱ阶段：经过初期磨损后，实际接触面积增大，磨损变缓，进 入磨损的第Ⅱ阶段，即正常磨损阶段。这一阶段零件的耐磨性最 好，持续的时间也较长。 第Ⅲ阶段：由于波峰被磨平，表面粗糙度参数值变得非常小，不 利于润滑油的储存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至 发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进入磨损的第Ⅲ阶段，即 急剧磨损阶段。
２．加工表面质量对零件使用性能的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响 （２）表面质量对零件疲劳强度的影响 （３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 （４）表面质量对配合性质的影响 （５）表面质量对零件的使用性能其他
方面的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响
磨损过程的基本规律： 零件的磨损可分为三个阶段，如图1-17所示。 第Ⅰ阶段：（初期磨损阶段）由于摩擦副开始工作时，两个零件
④伤痕 在加工表面的一些个别位置上 出现的缺陷。
在加工表面的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。
（２）表面层物理、化学和力学性能
●表面层加工硬化（冷作硬化）。 ●表面层金相组织变化及由此引起的表层金
属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。 ●表面层产生残余应力或造成原有残余应力
表面层的加工硬化对耐磨性的影响
表面层的加工硬化，一般能提高耐磨性0.5～l 倍。这是因为加工硬化提高了表面层的强度， 减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现 疲劳裂纹和产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围 之内。
表面互相接触，一开始只是在两表面波峰接触，当零件受力时， 波峰接触部分将产生很大的压强，因此磨损非常显著。 第Ⅱ阶段：经过初期磨损后，实际接触面积增大，磨损变缓，进 入磨损的第Ⅱ阶段，即正常磨损阶段。这一阶段零件的耐磨性最 好，持续的时间也较长。 第Ⅲ阶段：由于波峰被磨平，表面粗糙度参数值变得非常小，不 利于润滑油的储存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至 发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进入磨损的第Ⅲ阶段，即 急剧磨损阶段。
机械加工表面质量
第三章机械加工表面质量第一节概述评价零件是否合格的质量指标除了机械加工精度外，还有机械加工表面质量。
机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态。
探讨和研究机械加工表面，掌握机械加工过程中各种工艺因素对表面质量的影响规律，对于保证和提高产品的质量具有十分重要的意义。
一机械加工表面质量的含义机械加工表面质量又称为表面完整性，其含义包括两个方面的内容：1．表面层的几何形状特征表面层的几何形状特征如图3-1所示，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，其评定参数主要有轮廓算术平均偏差R a或轮廓微观不平度十点平均高度R z；⑵表面波度它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。
⑶表面加工纹理它是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。
⑷伤痕它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。
2．表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容：⑴表面层的加工冷作硬化；⑵表面层金相组织的变化；⑶表面层的残余应力。
二表面质量对零件使用性能的影响1．表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性将起着关键性的作用。
由于零件表面存在着表面粗糙度，当两个零件的表面开始接触时，接触部分集中在其波峰的顶部，因此实际接触面积远远小于名义接触面积，并且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。
在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。
当两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面积小、压应力大，在接触处的波峰会产生较大的弹性变形、塑性变形及剪切变形，波峰很快被磨平，即使有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，导致零件接触表面的磨损加剧。
第七节 机械加工表面质量
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
表面粗糙度 表面微观几何 形状特征 表面波度
零件表面质量
表面物理力学 性能的变化 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.影响切削加工后表面粗糙度的因素
（c）刀尖圆弧半径
• 刀尖圆弧半径增加，从几何因素来看会减小表 面粗糙度值。但会增加切削过程中的挤压，塑 性变形增大，使表面粗糙度值增加。 •
（d）刃倾角
• 增大刃倾角，对降低表面粗糙度有利。因为刃 倾角增大，实际工作前角也随之增大，切削过 程中的金属塑性变形程度随之下降，这会显著 地减轻工艺系统的振动，从而使加工表面的粗 糙度下降。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（4）砂轮材料
• 砂轮材料可分为氧化物系（刚玉）、碳 化物系（碳化硅、碳化硼）和高硬磨料 系（人造金刚石、立方氮化硼）。 • 氧化物系：适于磨削钢类零件 • 碳化物系：磨削铸铁、硬质合金等材料
• 高硬磨料：可获得极小的表面粗糙度值， 但加工成本很高。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（5）砂轮的修整
• 修整工具有单颗粒金刚石笔和金刚石滚轮，也 可用白口铸铁或砂轮来修整，以单颗粒金刚石 笔修整的质量为最好。 • 修整砂轮的纵向进给量愈小，磨削的表面粗糙 度值愈小。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（6）砂轮速度
• 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。
机械制造工艺课件第四章机械加工表面质量
★★★
机械制造工艺
★★★
第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
★★★
机械制造工艺
基本慨念
★★★
第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
★★★
机械制造工艺
★★★
2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-3
表面残留面积
★★★
机械制造工艺
★★★
金属切削过程幻灯片
★★★
机械制造工艺
★★★
2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
机械制造工艺
★★★
第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
★★★
机械制造工艺
基本慨念
★★★
第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
★★★
机械制造工艺
★★★
2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
★★★
机械制造工艺
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图4-3
表面残留面积
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机械制造工艺
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金属切削过程幻灯片
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机械制造工艺
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2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
第3章 机械加工表面质量及其控制
Hλ
λ RZ RZ
a）波度
b）表面粗糙度
零件加工表面的粗糙度与波度
3
3.1.1 加工表面质量概念
无氧铜镜面三 维形貌及表面 轮廓曲线
4
3.1.1 加工表面质量概念
加工纹理方向及其符号标注
5
3.1.1 加工表面质量概念
表面层金属力学物理性能和化学性能
表面层金属冷作硬化 表面层金属金相组织变化
式中 HV —— 硬化层显微硬度（HV）； HV0 —— 基体层显微硬度（HV）。
20
3.3.1 加工表面层冷作硬化
硬度(HV)
影响切削加工表面冷作 硬化因素
切削用量影响
f↑，冷硬程度↑ 切削速度影响复杂（力与热综 合作用结果） 切削深度影响不大
400 v =170(m/min) 300 135(m/min) 100(m/min )
Machining Surface Qபைடு நூலகம்ality and its Influence to Use Performance
2
3.1.1 加工表面质量概念
加工表面的几何形貌
表面粗糙度 — 波长/波高＜50 波度 — 波长/波高=50～1000；且具有周期特性
宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000 纹理方向－表面刀纹形式 表面缺陷－如砂眼、气孔、裂纹等
3.2 影响加工表面质量工艺因 素及其改进措施
Technology Factors Influencing Machining Surface Quality and its Improving
8
3.2.1 切削加工表面粗糙度
残留面积
影响因素：刀尖圆弧半径 rε、主偏角κr、副偏角κ’r 、进给量 f
λ RZ RZ
a）波度
b）表面粗糙度
零件加工表面的粗糙度与波度
3
3.1.1 加工表面质量概念
无氧铜镜面三 维形貌及表面 轮廓曲线
4
3.1.1 加工表面质量概念
加工纹理方向及其符号标注
5
3.1.1 加工表面质量概念
表面层金属力学物理性能和化学性能
表面层金属冷作硬化 表面层金属金相组织变化
式中 HV —— 硬化层显微硬度（HV）； HV0 —— 基体层显微硬度（HV）。
20
3.3.1 加工表面层冷作硬化
硬度(HV)
影响切削加工表面冷作 硬化因素
切削用量影响
f↑，冷硬程度↑ 切削速度影响复杂（力与热综 合作用结果） 切削深度影响不大
400 v =170(m/min) 300 135(m/min) 100(m/min )
Machining Surface Qபைடு நூலகம்ality and its Influence to Use Performance
2
3.1.1 加工表面质量概念
加工表面的几何形貌
表面粗糙度 — 波长/波高＜50 波度 — 波长/波高=50～1000；且具有周期特性
宏观几何形状误差（平面度、圆度等）—波长/波高＞1000 纹理方向－表面刀纹形式 表面缺陷－如砂眼、气孔、裂纹等
3.2 影响加工表面质量工艺因 素及其改进措施
Technology Factors Influencing Machining Surface Quality and its Improving
8
3.2.1 切削加工表面粗糙度
残留面积
影响因素：刀尖圆弧半径 rε、主偏角κr、副偏角κ’r 、进给量 f
第9章机械加工表面质量
第9章 机械加工表面质量
9.1 机械加工表面质量概述
9.2
影响加工表面粗糙度的因素及分析
9.3
影响加工表面物理力学性能的因素及分析
9.4
机械加工的振动及控制
第9章 机械加工表面质量
内容简介： 零件的机械加工表面质量严重影响着产品的 使用性能和寿命，是加工质量的重要组成部分。本 章介绍机械加工表面质量的含义及对产品使用性能 的影响；各种主要影响加工表面质量的工艺因素和 提高加工表面质量的主要方法；机械加工振动对表 面质量的影响及控制方法等内容。
９.1.2机械加工表面质量对使用性能的影响
3．表面质量对疲劳强度的影响 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面 冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。 （1）表面粗糙度对疲劳强度的影响 表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷 作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表 面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力 就愈差。反之，表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，抗疲劳破坏的能力 越好。 （2）残余应力和加工硬化对疲劳强度的影响 残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳 裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩 展，延缓疲劳破坏的产生。 表面加工硬化一般伴有残余应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止 已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。
（a）加工塑性材料
图9-6 切削速度对表面粗糙度的影响
（b）加工脆性材料
９.2.1切削加工影响粗糙度的因素及分析
②适当减小进给量f 进给量越大，加工表面残留面积就越大，而且塑性变形也随之增 大，这样表面粗糙度值就会增大，因此，减小进给量会有效地减小表 面粗糙度值。 （3）合理选择刀具材料和提高刃磨质量 刀具材料与刃磨质量对产生积屑瘤、鳞刺等影响较大，因而影响 着表面粗糙度。如金刚石车刀对切屑的摩擦系数较小，在切削时不会 产生积屑瘤，在同样的切削条件下与其它刀具材料相比较，加工后表 面粗糙度值较小。
9.1 机械加工表面质量概述
9.2
影响加工表面粗糙度的因素及分析
9.3
影响加工表面物理力学性能的因素及分析
9.4
机械加工的振动及控制
第9章 机械加工表面质量
内容简介： 零件的机械加工表面质量严重影响着产品的 使用性能和寿命，是加工质量的重要组成部分。本 章介绍机械加工表面质量的含义及对产品使用性能 的影响；各种主要影响加工表面质量的工艺因素和 提高加工表面质量的主要方法；机械加工振动对表 面质量的影响及控制方法等内容。
９.1.2机械加工表面质量对使用性能的影响
3．表面质量对疲劳强度的影响 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面 冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。 （1）表面粗糙度对疲劳强度的影响 表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷 作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表 面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力 就愈差。反之，表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，抗疲劳破坏的能力 越好。 （2）残余应力和加工硬化对疲劳强度的影响 残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳 裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩 展，延缓疲劳破坏的产生。 表面加工硬化一般伴有残余应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止 已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。
（a）加工塑性材料
图9-6 切削速度对表面粗糙度的影响
（b）加工脆性材料
９.2.1切削加工影响粗糙度的因素及分析
②适当减小进给量f 进给量越大，加工表面残留面积就越大，而且塑性变形也随之增 大，这样表面粗糙度值就会增大，因此，减小进给量会有效地减小表 面粗糙度值。 （3）合理选择刀具材料和提高刃磨质量 刀具材料与刃磨质量对产生积屑瘤、鳞刺等影响较大，因而影响 着表面粗糙度。如金刚石车刀对切屑的摩擦系数较小，在切削时不会 产生积屑瘤，在同样的切削条件下与其它刀具材料相比较，加工后表 面粗糙度值较小。
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第5章
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义
机械加工表面质量
吸附层 <8nm
显微硬度
残余应力
压缩区 几十~几百微米
纤维层
热影响区
基体材料
加工表面层沿深度变化示意图
第5章 机械加工表面质量
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义
表面质量的含义（内容）
零件表面质量
表面微观几 何形状特征
表面物理力学 性能的变化
表面粗糙度 表面波度
表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织的变化
第5章 机械加工表面质量
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义 1、表面层的几何形状
表面粗糙度：是指表面微观几何形状误差，其波长与波高的比 值在L1/H1＜40的范围内，波距<1mm。(Ra=0.012，0.025， 0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50) 表面波度：是介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H3 = 1000） 和表面粗糙度间的一种带有周期性的几何形状误差，其波长与 波高的比值在40＜L2/H2＜1000的范围，波距=1~10mm 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。 伤痕：是加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。例如：砂眼、 气孔、裂痕等。第5章 机械加工表面质量
5.1 概 述
5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响 1、 表面质量对耐磨性的影响
耐磨性主要取决于摩擦副的材料及润滑条件，还与零件的 表面质量有关。
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈 磨损阶段
摩擦副的磨损过程
第5章 机械加工表面质量
第5章 机械加工表面质量
5.1 概 述
5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响 1、 表面质量对耐磨性的影响
（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 ❖ 表面粗糙度的最佳值与机器零件的工 作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向 上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随 之右移。
5.1 概 述
第5章 机械加工表面质量
本章提要
第5章 机械加工表面质量
机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿 命。机械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表面层 作为分析和研究对象的。本章旨在研究零件表面层在加工 中的变化和发生变化的机理，掌握机械加工中各种工艺因 素对表面质量的影响规律，运用这些规律来控制加工中的 各种影响因素，以满足表面质量的要求。
Rz 、 Ry
≥0.008~0.02
≥0.025~0.10
>0.02~0.1
>0.10~0.50
>0.1~2.0
>0.50~10.0
>2.0~10.0
>10.0~50.0
>10.0~80.0
>50~320
取样长度/mm
0.08 0.25 0.8 2.5 8.0
评定长度/mm
0.4 1.25 4.0 12.5 40.0
第5章
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义 1、表面层的几何形状
机械加工表面质量
L1范围内的凹凸不平(表面粗糙度)H1 L2范围内的凹凸不平(波度)H2 平面度H3 表面粗糙度和波度
第5章
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义 1、表面层的几何形状
机械加工表面质量
参数及数值/um
Ra
5.1 概 述
5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响 1、 表面质量对耐磨性的影响
（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 ❖ 表面粗糙度太大和太小都不耐磨 表面粗糙度太大，接触表面的实际压 强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤 裂、切断，故磨损加剧； 表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。 因为表面太光滑，存不住润滑油，接触 面间不易形成油膜，容易发生分子粘结 而加剧磨损。
第5章 机械加工表面质量
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义
研究表面质量的目的，是要掌握机械加工中各种工艺因素 对表面质量的作用及影响规律，以便应用这些规律控制加工过 程，最终提高零件的表面质量和产品使用性能。
机械加工表面质量的研究内容包括加工表面几何形状特征 和表面层物理、机械性能的变化。
内容提纲
第5章 机械加工表面质量
概述 表面粗糙度影响的工艺因素及其改善的工艺措施 影响表层物理性能的工艺因素及其改进的工艺措施 控制加工表面质量的途径 机械加工中的振动及其控制措施
第5章 机械加工表面质量
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义
任何机械加工方法所得到的零件表面，实际上都不是完全 理想的表面。实践证明，机器零件的破坏，一般都从表层开始， 这从一定程度上表明零件的表面质量对产品质量影响很大。
产品工作性能的可靠性、耐久性，很大程度上取决于其主 要零件的表面质量。机器零件使用性能的耐磨性、疲劳强度、 耐蚀性等，除与材料本身的性能和热处理有关外，主要取决于 加工后的表面质量。随着产品性能的不断提高，一些重要零件 必须在高应力、高速、高温等极端条件下工作，因其工作表面 作用有最大应力并直接受外界介质的腐蚀，表面层的任何缺陷 都可能引起应力集中、应力腐蚀等现象而导致零件的损坏，于 是表面质量问题也会变得突出和复杂。
第5章 机械加工表面质量
5.1.2 机械加工表面质量对机器产品使用性能和使用寿命的影响 1、 表面质量对耐磨性的影响
（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响
加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因 为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低， 减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过 分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对 运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒， 使零件加速磨损。
第5章
5.1 概 述
5.1.1机械加工表面质量含义 2、表面层的物理机械性能
机械加工表面质量
1) 表面层冷作硬化(简称冷硬)：在机械加工中，零件表面层产 生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现 象。一般情况下表面硬化层的深度可达0.05 — 0.30mm。 2) 表面层金相组织的变化：机械加工过程中，由于切削热或磨 削热的作用引起工件表面温升过高，表面层金属的金相组织发 生变化的现象。 3) 表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影 响，工件表面层产生残余应力。