第1920讲第四章机械加工表面质量

•Hλ
•RZ
•RZ
•λ
• a）波度
b）表面粗糙
度
第1920讲第四章机械加工表面质量
• 一、加工表面质量的概念
几何形状误差>刀纹方向
第1920讲第四章机械加工表面质量
• 一、加工表面质量的概念
• 2、表层金属的力学物理性能和化学性能。
➢表面层金属的冷作硬化 •（一般加工：0.05~0.30mm •滚压加工：几个毫米）
•1、刀尖的几何因素的影响 • 切削加工后表面粗糙度的值主要取决于切削残留面积 的高度，影响残留面积高度的因素有：刀尖圆弧半径rε， 主偏角kr、副偏角kr′，进给量f。如图所示
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度 .
图: 理论表面粗糙度
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度 .
•对疲劳强度 的影响
•对工作精度 的影响
•对耐腐蚀性 能的影响
•适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度
•粗糙度越大、配合精度降低
•残余应力越大，加工精度降低
•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
第1920讲第四章机械加工表面质量
•§4-2 影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施 •一、切削加工表面粗糙度
第1920讲第四章机械加工表面质量
•§4-3影响表面层力学物理性能的工艺因素及其改进措施
•一. 加工表面层的冷作硬化
•1、定义
• 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。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•§4-1 加工表面质量对使用性能的影响
• 一、加工表面质量的概念
•表面微观几 何形状特征
•加工表面质 量
•表面物理力 学性能的变化
•表面粗糙度 •表面波度 •表纹面理波方度向 •伤痕
•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1920讲第四章机械加工表面质量
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、表面质量对零件使用性能的影响
❖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，容易造成干摩擦而 加剧磨损；表面粗糙度太小，接触面间容易发生分子粘接， 机械咬合作用增大。 ❖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。
❖韧性材料：
• 工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗 糙。
❖材料金相组织：
• 对同样的材料，金相组织越粗大，加工表面粗糙度大， 故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面 粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。
❖ 脆性材料：
• 加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、磨削加工后的表面粗糙度
2.砂轮的选择
粒度大------Ra小（46—60号） 砂轮硬度----硬度大，磨粒不易脱落，自锐性差，塑变大 砂轮组织——磨粒、结合剂、气孔的比例 砂轮材料 氧化物（刚玉）----磨削钢类件 碳化物（碳化硅，碳化硼）----铸铁，硬质合金 高硬（人造金刚石，立方氮化硼）---极小Ra
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、磨削加工后的表面粗糙度
2、物理因素对Ra的影响
热多---塑变增加----晶粒拉长、裂纹、堆积 （1）磨削用量 V砂轮增大-----塑变小---------Ra小 V工件增大-----塑变增大-------Ra大 磨深增大-----塑变增大-------Ra大
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、表面质量对零件使用性能的影响
（2）纹理对耐磨性的影响
❖ 纹理（有效接触面积，润滑液的存留） ❖ 圆弧状，凹坑状耐磨性好；尖峰状耐磨性差。 ❖ 刀纹方向与运动方向相同耐磨性好；垂直时耐磨
性差。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、表面质量对零件使用性能的影响
• 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小 表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑 动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•表面质量对零件使用性能的影响小结：
•对耐磨性影 响
•粗糙度太大、太小都不耐磨 •适度冷硬能提高耐磨性
•零件表面质 量
• 一、加工表面质量的概念
• 1、表面的几何形状误差 ➢表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值 小于50（ 微观几何形状误差：Ra---表面轮廓算术平均偏差； Rz---微观不平点高度）。 ➢表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在50~1000的几 何形状误差（宏观几何形状误差：圆度误差、圆柱度误差) ➢纹理方向：表面刀纹的方向（图4-2） ➢伤痕：加工表面个别位置出现的缺陷
•（3）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 为它使摩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。
延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、表面质量对零件使用性能的影响
•3．表面质量对零件耐腐蚀性能的影响
•（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 • 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深， 渗透与腐蚀作用越强烈。 • 因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。
➢表面层的残余应力
切削力和切削热综合作用下，表面层金属晶格 会发生不同程度的塑形变形或产生金相组织的变 化，使表层金属产生残余应力。
➢表面层金相组织的变化
切削热引起
第1920讲第四章机械加工表面质量
•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 •（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。如图所示。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、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零件疲劳强度的影响
❖ 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，残余拉应力容易使
已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。
❖ 残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一. 加工表面层的冷作硬化
•2、影响表面冷作硬化的因素
•以切削加工为例： •⑴ 切削用量影响 ➢ f↑→切削力↑→塑变↑→冷硬↑
➢ 切削速度影响复杂：（力与热 综合作用结果）
• 一方面：切削速度v↑→塑变↓→
•
冷硬↓
• 另一方面：切削热作用时间短，
•使冷硬程度有所增加
第1920讲第四章机械加 工表面质量
2020/11/25
第1920讲第四章机械加工表面质量
主要内容
•§4-1 加工表面质量对使用性能的影响 •§4-2 影响表面粗糙度的工艺因素 •§ 4-3 影响表面层力学物理性能的工艺因素
•§ 4-4 机械加工过程中的振动
第1920讲第四章机械加工表面质量
•第四章 机械加工表面质量
如右上图所示，由国家标准规定的表面粗糙度定义， 轮廓的算术平均偏差：
阴影部分面积 / 测量长度 同理，如右下图所示，取测量长度为f的一段工件廓，则 理论表面粗糙度为：
阴影部分面积 / 测量长度=
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度
而三角形底边长度
.
即：
则
而工件外圆的轮廓的算术平均偏差（理论表面粗糙 度）为：
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、表面质量对零件使用性能的影响
•2．表面质量对零件疲劳强度的影响 •（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 ❖ 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 ❖ 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。 ❖ 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好； 反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其 抗疲劳破坏的能力越差。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、磨削加工后的表面粗糙度
1.几何因素 单位面积上刻痕越多，即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 V砂轮增大----Ra小 纵向进给量小----Ra小 V工件增大-----Ra大 （2）砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响 磨粒粒度号大（磨粒细）-----Ra小 磨粒间距小-------Ra小
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度
Fra Baidu bibliotek•（3）进给量的影响
• 减小进给量 f 固然可以减小表面粗糙度值，但进给 量过小，表面粗糙度会有增大的趋势，效率降低。
•（4）其它因素的影响
• 此外，合理使用冷却润滑液，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。
• 任何机械加工所得到的零件表面．实际上都不是 完全理想的表面，实践表明，机械零件的破坏．一般总 是从表面层开始的。这说明零件的表面质量是至关重要 的．它对产品的质量有很大影响。 • 研究加工表面质量的目的，就是要掌握机械加工 的各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便应用 这些规律控制加工过程．最终达到提高加工表面质量、 提高产品使用性能的目的。
屑之间由于冷焊而产生粘结现象，切屑在前刀面上流动时周期性地受 阻而瞬时停留，切屑代替前刀面推挤切削层，造成已加工表面上出现 拉应力而导裂，生成鳞刺。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度 •切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小：
•加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响 •选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。 •切削速度对脆性材料的影响不大。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度
•（2）切削速度的影响
• 加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响随 切削速度的变化而变化（对积屑瘤和鳞刺的影响）
•积屑瘤和鳞刺对表面粗糙度的影响较大。
•鳞刺：工件表面上微小的鱼鳞状倒刺。
鳞刺的生成机理：在中低速切削塑性金属材料且 较大时，刀－
•一. 加工表面层的冷作硬化
•⑵ 刀具几何形状的影响
➢ 切削刃钝圆半径rε↑，冷硬程度↑（其他几
何参数影响不明显）
➢刀具磨损影响显著（力和热互相作用）
• ⑶ 工件材料
➢ 材料塑性↑，冷硬倾向↑
•硬度(HV)
•34 0 •26 0 •18 0 •10 0 •0
•50钢，v = 40(m/min) • f = 0.12～0.2(mm/z)
•0. •0. •0. •0. •1. 2 •磨4 损宽度6 VB(mm8 ) 0
➢ 切削深度影响不大
•硬度(HV)
•40
0
•v =170(m/min)
•30
•135(m/min)
0
•100(m/min
•20
•5)0(m/min)
0
•工件材料：45
•10
0 •0
•0. 2
•0. •0. •0. 4 •f (mm6 /r) 8
• f 和 v 对冷硬的影响
第1920讲第四章机械加工表面质量
重要结论：刀具的几何形状影响工件
的表面粗糙度。生产中，一般应减小 f 和 来提高表面粗糙度。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度 •切削残留面积的高度： ➢直线刃车刀（a） ➢圆弧刃车刀（b）
第1920讲第四章机械加工表面质量
•一、切削加工表面粗糙度
•2、物理因素的影响
•（1）工件材料的影响
•（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 • 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易 进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零 件耐腐蚀性。
第1920讲第四章机械加工表面质量
•二、表面质量对零件使用性能的影响
•4.表面质量对零件配合质量的影响 •（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响 • 表面粗糙度较大，则降低了配合精度。 •（2）表面残余应力对零件工作精度的影响 • 表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定性。