机械加工表面质量(1)
机械加工表面加工质量
由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表 面粗糙。
机械加工表面加工质量
（2）切削速度的影响 （3）进给量的影响
加工塑性材料时，切削速度对
表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞 刺的影响）见如图4-41所示。
此外，切削速度越高，塑性变 形越不充分，表面粗糙度值越小
（1）磨削用量
▪ 砂轮的转速↑ →材料塑性变形↓ → 表面粗
糙度值↓ ；
▪磨削深度↑、工件速度↑ → 塑性变形↑ →表
面粗糙度值↑ ； 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采
用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较 小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表 面粗糙度值。
机械加工表面加工质量
（2）工件材料
•太硬易使磨粒磨钝 →Ra ↑ ； •太软容易堵塞砂轮→Ra ↑ ； •韧性太大，热导率差会使磨
影响显微硬度因素
•塑变引起的冷硬
•金相组织变化引起 的硬度变化
表面物理力学 性能
影响残余应力因素
•冷塑性变形 •热塑性变形 •金相组织变化
影响金相组织变化 因素
•切削热
机械加工表面加工质量
1. 表面层的冷作硬化
（1） 表面层加工硬化的产生
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。
机械加工表面加工质量
三、表面层金相组织变化与磨削烧伤
1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生
切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加 工区及其邻近区域产生了一定的温升。
定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当 温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织 变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现 微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。
机械加工表面质量
2．表面层物理 力学、化学性能
(1)表面粗糙度 (2)表面波度 (3)纹理方向 (4)伤痕——表面上一些个别位置 上出现的缺陷
(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。
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
影响表层残余应力的因素
三、表层金属的残余应力——拉应力或者压应力
（一）残余应力产生的原因 1）冷塑性变形——使表层产生压缩残余应力，里层产生拉伸 残余应力。
原因：加工表面受刀具或砂轮磨粒的挤压和摩擦，产生拉伸塑性变形 ，此 时里层金属处于弹性变形状态，切削后里层金属趋于弹性恢复，但受 到已产生塑性变形的表层金属牵制
第三章 机械加工表面质量
本章学习主要要解决的问题 1. 机械加工表面质量的含义 2. 为什么要控制机械加工表面质量? 3. 哪些因素会影响表面质量? 4. 怎样提高表面质量?
第三章 机械加工表面质量
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
一、机械加工表面质量的含义
1．表面的几何特征
2）热塑性变形——表层产生拉伸残余应力，里层产生压缩残 余应力。
原因：切削和磨削过程中，表层的温度比里层高，表层的热膨胀较大；加 工后零件冷却至室温时，表层金属体积的收缩受到里层的牵制。
影响表层残余应力的因素
3）相变引起的体积变化 金相组织的变化引起表层金属的比容增大，则表层金属将产生 压缩残余应力，而里层金属产生拉伸残余应力； 金相组织的变化引起表层金属的比容减小，则表层金属产生拉 伸残余应力，而里层金属产生压缩残余应力 。
• 提高砂轮速度，降低工件转速，减小纵向进给速度——增大单位面 积的磨粒数
机械加工表面质量--机械加工表面质量对机器使用性能的影响
机械加工表面质量机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。
产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取决于零件表面层的质量。
研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。
一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响（一）表面质量对耐磨性的影响1. 表面粗糙度对耐磨性的影响一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的峰部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。
零件磨损一般可分为三个阶段，初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。
表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。
一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。
但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。
因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。
2. 表面冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。
但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。
（二）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，抗疲劳破坏底能力就愈差。
2. 残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响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；而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生表面冷硬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。
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
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
机械加工表面质量1. 简介机械加工表面质量是机械制造过程中一个重要的质量指标，其直接影响着制品的外观和性能，特别是在涉及到接触表面的机械零件中。
机械加工表面质量的好坏会直接影响到摩擦、磨损、润滑和密封等方面的性能。
因此，对于机械加工表面质量的控制和评估非常重要。
2. 常见的机械加工表面缺陷机械加工表面质量的主要缺陷包括以下几种：2.1 粗糙度粗糙度是表面峰谷的高低起伏程度的度量，它直接影响到接触面的摩擦性能和润滑性能。
通常，粗糙度越小，表面质量越好。
2.2 铁锈机械加工过程中，如果没有采取适当的防护措施，金属表面容易受到空气中的氧气和水蒸气的腐蚀而产生铁锈。
铁锈不仅会损坏表面的光洁度，还会降低金属的强度和耐腐蚀性能。
2.3 划痕和切削工艺痕迹在机械加工过程中，操作不当或切削刀具磨损会导致表面出现划痕和切削工艺痕迹。
这些痕迹会影响零件的密封性能和外观质量。
2.4 焊接瑕疵在焊接过程中，不完全熔化、气孔、裂纹等问题容易导致焊接瑕疵。
焊接瑕疵不仅会降低表面质量，还会影响焊接接头的强度和密封性能。
2.5 水渍机械加工过程中，如果不对工件进行适当的清洗，可能会在表面留下水渍。
水渍不仅会降低表面的光洁度，还会影响涂层的附着力和防腐性能。
3. 表面质量评估为了评估机械加工表面质量，常见的方法包括目测评估和仪器测量两种。
3.1 目测评估目测评估是通过肉眼观察和触摸来对表面质量进行评估。
一般来说，表面光洁度、缺陷的数量和大小以及表面的平整程度可以通过目测进行初步评估，但是目测评估存在主观性较强，缺乏量化数据的问题。
3.2 仪器测量仪器测量可以通过使用专业的测量仪器来获取表面质量的精确数据。
常用的仪器包括三坐标测量仪、表面粗糙度测量仪等。
这些仪器可以对表面的粗糙度、平整度、峰谷高度等参数进行测量，并生成相应的数据报告。
4. 改善机械加工表面质量的方法为了改善机械加工表面质量，可以采取以下几种方法：4.1 选择合适的切削刀具和工艺参数在机械加工中，选择合适的切削刀具和工艺参数是提高表面质量的关键。
7.机械加工表面质量
工
法．研具与工件之间的磨粒能从工件表面上切去
表
极微薄的一层材料，得到尺寸误差和表面粗糙度
面 质 量
极低的表面．研磨后工件的尺寸误差可以在 0.001~0.003mm内，表面粗糙度．
的
工 艺
途
径
(4) 抛光
控
抛光是在布轮＼布盘或砂带等软的磨具上涂抛光
制
膏来加工工件的．抛光器具高速旋转，由抛光膏
加
的机械刮擦和化学作用将粗糙表面的峰顶去掉，
的 大随机性的接触条件,以突出它们间的高点,进行相互
工 修整,使误差逐步均化而得到消除,从而获得极光的表
艺 途
面和高于磨具原始精度的加工精度.
径
光整加工工艺的共同特点是没有与磨削深度相对应
的磨削用量参数,一般只规定加工时的很低的单位切
控 制
削压力,因此加工过程中的切削力和切削热都很小, 从而能获得很低的表面粗糙度.表面层不会产生热损
面
质
量
的
工
艺
途
径
（2）超精加工 超精加工是用细粒度的砂条以一定
的压力压在作低速旋转运动的工件表面上，并在
控
轴向作往复运动，工件或砂条还作轴向进给运动
制
以进行微量切削（图８．１5）的加工方法，超
加 工 表
精加工后的表面粗超度低（０.0012~0.08），留 有网状的痕迹,造成了良好的储油条件，故表面
零件表面经过加工后，表面层的物理、机械、冶金和
化学性能都变得和基体材料不同了。
2. 冷压强化工艺
控
制
加 工 表
对于承受高应力、交变载荷的零件可以采用喷丸、液 压、挤压、等表面强化工艺使表面层产生残余压应力
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。
《机械加工表面质量》习题库
第三章机械加工表面质量一、判断题1.零件的表面粗糙度值越低，疲劳强度越高。
( )2.表面的微观几何性质主要是指表面粗糙度。
( )3.切削加工时，进给量和切削速度对表面粗糙度的影响不大。
( )4.零件的表面粗糙度值越低越耐磨。
( )5.滚压加工是利用淬过火的滚压工具对工件表面施加压力，使其硬度增加，并使表面产生冷硬层和残余压应力，从而提高零件的抗腐蚀能力和疲劳强度。
( )6.滚压加工的目的主要是为了使工件表面上的凸峰填充到相邻的凹谷中，从而减小加工表面的粗糙度。
( )7.表面冷作硬化程度越高，零件的耐磨性越高。
( )二、单项选择题1.磨削加工中，大部分切削热传给了（）。
A．机床 B．工件 C．砂轮 D．切屑2.磨削表层裂纹是由于表面层的结果。
（）A．残余应力作用 B．氧化 C．材料成分不匀 D．产生回火3.加工过程中若表面层以冷塑性变形为主，则表面层产生( )应力；若以热塑性变形为主，则表面层产生( )应力；。
A．拉应力 B．不定 C．压应力 D．金相组织变化4.机械加工时，工件表面产生波纹的原因有（）。
A．塑性变形 B．切削过程中的振动 C．残余应力 D．工件表面有裂纹5．在切削加工时，下列哪个因素对表面粗糙度没有影响？（）A．刀具几何形状 B．切削用量 C．工件材料 D．检测方法6．当零件表面层有残余压应力时，（）表面层对腐蚀作用。
A．降低了 B．增加了 C．不影响 D．有时会影响7．磨削表层裂纹是由于表面层（）的结果。
A．残余应力作用 B．氧化 C．材料成分不匀 D．产生回火8．磨削光轴时、若切削条件相同，哪种工件材料磨削后表面粗糙度小( )?A．20钢； B．45钢； C．铸铁； D．铜。
9．磨削淬火钢时在下列工作条件下可能产生哪种形式的磨削烧伤：(1)在磨削条件(用切削液)( )；(2)重磨削条件(不用切削液) ( )，(3)中等磨削条件( )； (4)轻磨削条件( )。
A．淬火烧伤， B．回火烧伤； C退火烧伤； D．不烧伤。
机械加工表面质量名词解释
机械加工表面质量名词解释
机械加工表面质量是指通过机械加工（如铣削、车削、磨削等）所制造出来的工件表面的质量特征。
机械加工表面质量有着重要的意义，它直接影响到工件的性能和使用寿命。
因此，人们对机械加工表面质量提出了严格的要求，并制定出一系列的标准来进行评估。
常见的机械加工表面质量名词包括：
1. 粗糙度：是表面波动的一种度量，是表面轮廓中高低峰与表面基准面的平均距离。
它通常用Ra、Rz等参数来表示。
2. 平整度：是表面局部平坦程度的指标，是表面局部平坦面与平坦基准面间的距离差。
它通常用Waviness来表示。
3. 光洁度：是表面的反射能力，是表面镜面反射光线的亮度和光线散射的能力。
它通常用Rt来表示。
4. 凸度：是表面的突出程度的指标，是表面上的突起的最大高度与表面基准面的距离。
它通常用Rp、Rv来表示。
5. 波度：是表面上连续波动的指标，是表面波动的周期和振幅的综
合量。
它通常用Waviness来表示。
以上这些指标是机械加工表面质量中比较重要的一部分，每一个指标都有着自己的标准和要求。
为了确保机械加工表面质量的标准化和规范化，人们制定了一系列的标准，如ISO/DIS 4287、ISO 4288、GB/T 11683等。
这些标准可以帮助人们更加准确地评估和控制机械加工表面质量。
机械加工表面质量
机械加工表面质量机器零件的破坏，一般都是从表面层开头的。
一、加工表面质量的概念加工表面质量包含以下两个方面的内容：1．加工表面的几何形貌（1）表面粗糙度（2）表面波纹度（3）表面纹理方向（4）表面缺陷2.表面层材料的物理力学性能（1）表面层的冷作硬化（2）表面层残余应力（3）表面层金相组织变化二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响1．表面质量对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对耐磨性的影响（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响（3）表面纹理对耐磨性的影响2. 表面质量对零件疲惫强度的影响3. 表面质量对抗腐蚀性能的影响4.表面质量对零件协作性质的影响三、加工表面的表面粗糙度切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。
加工塑性材料时，切削速度v对加工表面粗糙度加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切削加工后的表面粗糙度值越大。
适当增大刀具的前角，可以降低被切削材料的塑性变形；降低刀具前刀面和后刀面的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成；增大刀具后角，可以削减刀具和工件的摩擦；合理选择冷却润滑液，可以削减材料的变形和摩擦，降低切削区的温度；实行上述各项措施均有利于减小加工表面的粗糙度。
四、加工表面的物理力学性能（一）表面层材料的冷作硬化1．冷作硬化的评定参数2．影响冷作硬化的因素（1）刀具的影响（2）切削用量的影响（3）加工材料的影响（二）表面层材料金相组织变化假如磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢的相变温度为723℃），这时工件表层金属的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤；假如磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，表层金属将发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，消失了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤；若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属便产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧伤。
机械加工表面质量
③ 金相组织变化引起 的残余应力。
切削过程中，在切削力作用下， 金属切削层产生剧烈的塑性变 形，使金属表层的比容积增大， 体积增大，但其变化受到与之 相连的里层金属的阻碍而在表 面层产生残余压应力，里层产 生残余拉应力。
切削过程中，在切削热的作用 下，加工表面的表面层产生热 膨胀，但金属基体温度较低， 阻碍表层金属的热塑变形而使 表层产生压应力。
（2）切削用量的影响
切削用量中，对加工硬化影
响最大的是切削速度和进给量。随
着进给量增大，切削力也增大，表
面层金属的塑性变形增大，硬化程
度加剧。但当进给量过小（如ƒ为
0.05～0.08 mm）时，可能使切
削厚度小于刀具刃口半径，此时刀
具与工件摩擦力加剧，使加工硬化 现象反而增大。背吃刀量对表层金
图3-32 切削用量对加工硬化的影响
3）砂轮修整质量的影响 砂轮的修整是恢复砂轮的正确形状与磨削能力。。
4）磨削用量的影响 提高砂轮速度vs有利于减小磨削表面粗糙度。砂轮速度vs越大，单位时间内参与切 削的磨粒越多，残余面积减小；同时，会使工件表面金属来不及变形，表面粗糙度降低， 如图3-31（a）所示。 工件速度vw增大，塑性变形增大，同时会使单位时间内磨削工件表面的磨粒数减少， 表面粗糙度增大，如图3-31（b）所示。 横向进给量（背吃刀量ap）对表层金属塑性变形的影响很大。增大背吃刀量，单颗 磨粒的磨屑厚度增大，磨削力增大，工件变形增大，表面粗糙度增大，如图3-31（c）所 示。
（a）
（b）
（c）
图3-31 磨削用量对表面粗糙度的影响
1.3 影响零件表面层物理力学性能的主要因素及其控制措施
1．表面层的加工硬化
1）加工硬化产生的原因 机械加工过程中，工件表面层受切削力作用，产生塑性变形，使晶格扭曲、 畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，形成纤维状组织，使表面层金属的硬度增 加，这种现象称为加工硬化或冷作硬化。
什么是机械加工表面质量？机械加工表面质量含义
什么是机械加工表面质量？机械加工表面质量含义零件的表面质量是机械加工质量的重要组成部分，表面质量是指机械加工后零件表面层的微观几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。
经机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。
虽然只有极薄的一层（～0 .15mm），但对机器零件的使用性能有着极大的影响；零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件表面开始的，特别是现代化工业生产使机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械零件，表面层的任何缺陷都会加速零件的失效。
因此，必须重视机械加工表面质量。
一、机械加工表面质量的含义机器零件的加工质量不仅指加工精度，还包括加工表面质量，它是零件加工后表面层状态完整性的表征。
机械加工后的表面，总存在一定的微观几何形状的偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。
因此，机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面层物理力学性能两个方面的内容。
( 一) 加工表面的几何特征加工表面的微观几何特征主要包括表面粗糙度和表面波度两部分组成，如图5— 1所示。
表面粗糙度是波距L小于1mm的表面微小波纹；表面波度是指波距L在1～20mm之间的表面波纹。
通常情况下，当L/H（波距/波高）﹤50时为表面粗糙度，L/H=50～1000时为表面波度。
1 ．表面粗糙度表面粗糙度主要是由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素引起的，它是指已加工表面的微观几何形状误差。
2 ．表面波度主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的周期性形状误差（图5— 1中L 2/H 2 ），介于形状误差（L 1/H 1﹥1000）与表面粗糙度（L 3/H 3﹤50）之间。
( 二)加工表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能包括表面层的加工硬化、残余应力和表面层的金相组织变化。
机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面层金属的物理力学性能相对于基本金属的物理力学性能发生了变化。
机械加工精度和表面质量
• 磨削6级精度旳丝杠螺纹，丝杠长度L=3m，热膨 胀系数 1210，6 每磨一次温度升高3℃，则被磨 丝杠将伸长：
L (12106 3000 3)mm 0.108mm
6级丝杠旳螺距累积误差在全长上不允许超0.02mm
（3）刀具旳热变形对加工精度旳影响 • 高速钢刀具车削时刃部旳温度可高达700～800℃，
刀具旳热伸长量可达0.03～0.05mm。其影响不可忽 视。 （4）减小工艺系统热变形旳措施 ① 降低发烧量；
② 热补偿措施减小热变形；
③ 采用合理旳机床部件构造降低热变形旳影响；
④ 保持工艺系统旳热平衡，加工前使机床高速运转；
⑤ 控制环境温度。
• 精密机床一般安装在恒温车间，恒温室平均温度一般为20℃， 其恒温精度一般控制在±1℃，精密级为±0.5℃。
尺寸分散范围中心与公差带中心不重叠，表白存 在常值系统误差27.9979-27.9925=0.054mm。 （3）将镗刀伸出量缩短0.054/2(mm)，使尺寸分散范 围中心与公差带中心重叠，可处理废品问题。
活塞销孔直径尺寸实际分布曲线
2.正态分布曲线
当一批工件总数极多，加工中旳误差是由许多相 互独立旳随机原因引起旳，而且这些误差原因中 又都没有任何优势旳倾向时，则其分布是服从正 态分布旳。
③ 受力方向变化引起工件形状误差
如惯性力
毛坯形状误差旳复映 惯性力引起旳加工误差
④ 其他力引起旳加工误差 夹紧力引起旳加工误差 装夹过程中，因为刚度较低或着力点不当，会引 起工件变形，造成加工误差。
重力引起旳加工误差 零部件旳自重也会引起变形。 例如，龙门刨床、龙门铣床刀架导轨横梁旳变形， 铣镗床镗杆伸长而下垂变形等，都会造成工件旳加 工误差。
表面质量
表面质量磨损零件使用中失效形式腐蚀→从表面开始疲劳第一节第一节零件的表面质量及其对使用性能的影响一、一、机械加工表面质量的含义1、机械加工表面质量的含义：零件加工后的表面层状态或完整性的表征。
具体地说：包含两个方面的内容，一是表面的微观几何特征，二是表面的物理力学特性。
2、表面质量的内容：宏观几何→加工精度范畴(1)、微观几何特征：1）、表面粗糙度：指已加工表面的微观几何形状误差。
表面轮廓的算术平均偏差R a表面粗糙度的三种形式：微观不平均高度R z轮廓最大高度R y2)、波度：介于宏观几何形状误差与表面粗糙度的之间的周期性几何形状误差。
3)、加工纹理4)、划伤、人为破坏(2)、表面物理力学特性1)、1)、冷作硬化：指工件经机械加工后表面层的强度、硬度有提高的现象，也称为冷硬或强化。
2)、2)、表面层的金相组织变化：3)、3)、加工表面层的残余应力二、二、表面质量对零件使用性能的影响耐磨性使用性能抗疲劳抗腐蚀、配合性质及其它1、表面质量对零件耐磨性的影响磨损机理磨损曲线（磨损三阶段）(1)、R n对耐磨性的影响磨损产生的原因：F↑作用→R a→弹性塑变磨损曲线：初期磨损，正常磨损、破坏磨损最佳粗糙度：R a↓↓亲和R a=0.8~0.2μmR a↑→△↑R a↓→△↓R a↓↓→△↑纹理：重载：交叉→△↓轻载：交叉→△↑为什么？(2)、冷作硬化HBS↑→接触刚度↑→变形↓→咬合↓→△↓HBS↑↑→脆↑脱落↑→△↑(3)、残余应力、金相变化残余应力、金相变化→HBS、变形→⊿2、对疲劳强度的影响——应力集中产生的前提(1)、R a↑→应力集中→裂纹→σ-1↓纹理方向与受力方向相顺σ-1↑相反σ-1↓(2)、残余应力适当→σ-1↑（疲劳由拉应力引起）（3）、冷作硬化：HBS↑→变形↓→裂纹↓→σ-1↑，HBS↑↑→脆、脱落→裂纹↑→σ-1↓3、表面质量对耐蚀配合及其他性能的影响（1）、R a↑→累积腐蚀介质↑→抗蚀性↓Ra↓→累积腐蚀介质↓→抗蚀性↑(2)、残余应力（适当）→防裂扩展→不易腐→↑(3)、冷作硬化(4)、配合性质：其它性能：密封接触刚度磨擦系数第二节 第二节 影响机械加工表面粗糙度的因素几何因素影响因素 物理因素工艺系统振动一、 一、 影响机械加工表面粗糙度的几何因素切削加工过程中，刀具相对于工件进给运动时，在被加工表面上残留的面积愈大，所获得表面将愈粗糙。
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第三节 机械加工表面质量ห้องสมุดไป่ตู้
⑵表面冷作硬化对耐磨性的影响
加工表面的冷作硬化，使摩擦副表 面层金属的显微硬度提高，故一般可使 耐磨性提高。但过分的冷作硬化将引起 金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表 层金属的剥落，使耐磨性下降。
如果表面层的金相组织发生变化， 其表层硬度相应地也随之发生变化，影 响耐磨性。
对于车削来说，如果背吃刀量较大， 主要是以刀刃的直线部分形成表面粗糙 度，此时可不考虑刀刃圆弧半径的影响， 按图5-46a的几何图形可求得：
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第三节 机械加工表面质量
研究机械加工表面质量的目的，就 是为了掌握机械加工中各种工艺因素对 加工表面质量影响的规律，以便运用这 些规律来控制加工过程，最终达到改善 表面质量、提高产品使用性能的目的。
机械加工表面质量主要内容包括两 部分，即表面的几何形状特征和表面层 的物理、机械性能变化。
图5-1 微观几何形状误差、波度与 宏观几何形状误差
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第五章 机械制造质量分析与控制
表面粗糙度是加工表面的微观几何 形状误差，其波距 () 与波高 () 之比 一般小于50。
波距 () 与波高 () 之比在50~1000 范围内的几何形状误差，称为波度。
波距 () 与波高 () 之比大于1000 的几何形状误差，称为宏观几何形状误 差。
图5-44 摩擦副的磨损过程
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第三节 机械加工表面质量
表面粗糙度对 零件表面磨损的影 响很大。一般说表 面粗糙度值愈小， 其耐磨性愈好。
接触面的表面 粗糙度有一个最佳 值。
图5-45 表面粗糙度与初期 磨损量的关系
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第三节 机械加工表面质量
表面粗糙度的最佳值与零件的 工作情况有关，工作载荷加大时， 初期磨损量增大，表面粗糙度最佳 值也加大。
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第三节 机械加工表面质量
1.表面的几何形状特性，主要由以下两个 部分组成：
(1)表面粗糙度：表面的微观几何形状误差；
(2)波度：介于加工精度（宏观）和表面粗 糙度之间的周期性几何形状误差，它主 要是加工过程中工艺系统的振动所引起 的。
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第三节 机械加工表面质量
2.表面层的物理、机械性能的变化，主要 有以下三个方面的内容：
以往强调较多的往往是制造质量， 现代的质量观，主要站在用户的立场上 衡量。
当今，服务也占据越来越重要的地位。
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第五章 机械制造质量分析与控制
制造质量，它主要指产品的制造与 设计的符合程度。
设计质量，主要反映所设计的产品， 与用户 (顾客) 的期望之间的符合程度。
服务主要包括售前的服务，售后的培训、 维修、安装等。
(1)表面层因塑性变形引起的冷作硬化； (2)表面层因切削热引起的金相组织的变化； (3)表面层中产生的残余应力。
工件表面的波度是由机械加工振动引起的。
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第三节 机械加工表面质量
一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响 1.表面质量对耐磨性的影响 ⑴表面粗糙度对耐磨性的影响
零件磨损的三个阶段：初期磨损阶段， 正常磨损阶段，急剧磨损阶段。
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第五章 机械制造质量分析与控制
零件表面层物理机械性能方面的质 量主要是指表面层材料的冷作硬化、金 相组织的变化、残余应力。
本章将机械制造质量分成加工精度 和表面质量两个方面来研究。前者包括 尺寸精度、宏观几何形状精度和位置精 度；后者包括表面粗糙度、波度和表面 层材料物理机械性能。
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第五章 机械制造质量分析与控制
产品的制造质量主要与零件制造质 量、产品的装配质量有关，零件的制造 质量是保证产品质量的基础。
零件的机械制造质量包括零件几何 精度和零件表面层的物理机械性能两个 方面。
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第五章 机械制造质量分析与控制
零件的几何误差包括尺寸误差、几 何形状误差和位置误差。几何形状误差 又可分为宏观几何形状误差、波度和微 观几何形状误差，参见图5-1。
表面冷硬一般伴有残余压应力的产 生，可以防止裂纹产生并阻止己有裂纹 的扩展，对提高疲劳强度有利。
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第三节 机械加工表面质量
3.表面质量对耐蚀性的影响 零件的耐蚀性在很大程度上取决于
表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹 谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就 愈差。
表面层的残余拉应力会产生应力腐 蚀开裂，降低零件的耐蚀性，而残余压 应力则能防止应力腐蚀开裂。
第五章 机械制造质量分析与控制
生产任何一种机械产品，都要求 在保证质量的前提下，做到高效率、 低消耗。产品的质量是第一位的，没 有质量，高效率、低成本就失去了意 义。
产品质量是指用户对产品的满意程度。
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第五章 机械制造质量分析与控制
它有三层含意：一是产品的设计质量； 二是产品的制造质量；三是服务。
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第五章 机械制造质量分析与控制
主要内容： 机械加工精度 工艺过程的统计分析 机械加工表面质量 机械加工过程中的几种振动形式
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第三节 机械加工表面质量
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。 零件表面和表面层经过常规机械加工或特 种加工后总是存在着一定程度的微观不平 度、冷作硬化、残余应力以及金相组织变 化等问题，虽然只产生在很薄的表面层中， 但对零件的使用性能如配合精度、耐磨性、 抗腐蚀性和疲劳强度等有很大影响。
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第三节 机械加工表面质量
2.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或表面冷硬层 下面，因此零件的表面质量对疲劳强度 影响较大。
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第三节 机械加工表面质量
⑵残余应力、冷作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 破坏的发生。
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第三节 机械加工表面质量
二、影响表面粗糙度的因素
1.切削加工影响表面粗糙度的因素
⑴刀具几何形状的复映 刀具相对于工件作进 给运动时，在加工表面留下了切削层残留面 积，其形状是刀具几何形状的复映，见图546 。
图5-46 车削时工件表面的残留面积
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第三节 机械加工表面质量