加工表面质量
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
机械加工表面质量PPT51页课件
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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
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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
浅谈机械加工零件表面的质量控制措施
浅谈机械加工零件表面的质量控制措施机械加工零件表面质量对于产品的性能和外观有着重要影响，因此对于机械加工零件表面质量的控制尤为重要。
本文将从机械加工零件表面的质量要求、表面质量的评价和控制措施三个方面进行论述。
一、机械加工零件表面的质量要求机械加工零件表面的质量要求包括光洁度、平整度、粗糙度和表面缺陷等方面。
1. 光洁度要求：光洁度是指零件表面的平滑程度，光洁度的要求取决于零件所处的工作环境以及外观要求。
对于机械零件的表面，要求表面光滑、无明显的划痕和凹凸不平，以保证零件配合的精度和摩擦的稳定性。
2. 平整度要求：平整度是指零件表面的平坦程度，主要包括平面度、轮廓度等指标。
平整度的要求取决于零件的安装和工作要求，例如对于密封面零件，要求平面度较高，以确保密封性能。
3. 粗糙度要求：粗糙度是指零件表面的粗糙程度，常用Ra值来表示。
粗糙度的要求取决于零件的工作环境和功能要求，例如对于滑动副零件，要求表面粗糙度较低，以减小摩擦阻力和磨损。
4. 表面缺陷要求：表面缺陷包括划痕、毛刺、气孔、裂纹等。
表面缺陷的要求取决于零件的功能和外观要求，例如对于高精度的零件，要求表面无明显的划痕和缺陷，以保证零件的性能和外观质量。
二、表面质量的评价机械加工零件表面质量的评价可以通过目视检查、手感检查、测量检查等方法进行。
1. 目视检查：通过肉眼观察零件表面的光洁度、平整度和表面缺陷等方面的质量。
目视检查主要适用于外观质量要求较高的零件。
2. 手感检查：通过手触零件表面来判断光洁度、平整度和表面缺陷等方面的质量。
手感检查主要适用于外观质量要求较低但性能要求较高的零件。
3. 测量检查：通过使用测量仪器对零件表面的光洁度、平整度、粗糙度等指标进行测量，以得到数值化的表面质量数据。
测量检查主要适用于对表面质量有精确要求的零件。
三、控制措施为了保证机械加工零件表面质量的控制，可以采取以下措施。
1. 加工前准备措施：在进行加工前，要对机床、刀具等进行检查和维护，保证加工设备的正常运行。
金属加工表面质量的影响因素及改进措施
金属加工表面质量的影响因素及改进措施1.表面质量的含义任何机械加工的表面，不可能是理想的光滑表面，总是存在一定的微观几何形状误差。
表面材料在加工时受切削力、切削热的影响，也会使原有的物理一机械性能发生变化。
表面质量包括：（1）加工表面粗糙度。
是指加工表面的较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。
（2）表面层的物理——机械性能变化。
物理一机械性能变化主要有以下三个方面的内容：①表面层的冷作硬化。
在机械加工过程中，工件表面层金属产生了强烈的塑性变化，使表层的强度和硬度都有所提高，称表面冷作硬化。
②表面层残余应力。
在切削加工过程中，由于切削变形和切削热的影响，在加工表面会产生残余应力，如果残余应力超过材料的屈服强度，就会产生表面裂纹，表面的微观裂纹将给零件带来严重的隐患。
③表面层金相的变化。
工件表面经磨削精加工时，磨削产生的高温，会烧坏工作表面，使淬火钢件表面退火，引起表层金属发生相变，将大大降低表面层的物理一机械性能。
2.机械加工表面质量对机器使用性能的影响2.1 对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对零件表面磨损的影响。
表面粗糙度值愈小，其耐磨损性愈好。
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。
（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响。
加工表面的冷作硬化一般可使耐磨性提高。
但过分的冷作硬化将引起金属过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。
2.2 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，抗疲劳破坏的能力就愈差。
（2 ）残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响。
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：表面冷硬化一般伴有残余压应力的产生，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。
影响机械加工表面质量的因素及采取的措施
影响机械加工表面质量的因素及采取的措
施
机械加工表面质量受到多种因素的影响，以下是一些常见因素及采取的措施：
1. 切削参数：
- 切削速度：过高的切削速度可能导致表面粗糙度增加，应根据工件材料和刀具选择适当的切削速度。
- 进给速度：过高的进给速度会增加切削力，可能导致振动和不稳定，影响表面质量，应选择适当的进给速度。
- 切削深度：过大的切削深度可能导致切削力增加和刀具失稳，影响表面质量，应选择适当的切削深度。
2. 刀具选择：
- 刀具材料和涂层：选择适当的刀具材料和涂层，能够提供更好的切削性能和寿命，有利于提高表面质量。
- 刀具尺寸和几何形状：选择合适的刀具尺寸和几何形状，以确保切削稳定性和表面质量。
3. 工件夹持和支撑：
- 夹持方式：选择适当的夹持方式和夹具，确保工件固定稳定，避免振动和变形，有利于提高表面质量。
- 支撑结构：对于柔性或薄壁工件，提供适当的支撑结构，以减少振动和变形，有助于改善表面质量。
4. 切削润滑和冷却：
- 切削润滑剂：使用适当的切削润滑剂，可以减少摩擦和热量，改善切削过程，提高表面质量。
- 冷却剂：使用合适的冷却剂冷却切削区域，防止过热，减少切削力和刀具磨损，有利于提高表面质量。
5. 切削震动和振动控制：
- 刀具和工件的几何匹配：确保刀具和工件的几何匹配，减少切削震动和振动的发生，有助于提高表面质量。
- 切削参数的优化：通过调整切削参数，降低切削震动和振动的发生，有助于改善表面质量。
以上是一些常见的影响机械加工表面质量的因素和采取的措施。
在实际应用中，还需根据具体情况进行综合考虑和调整，以获得满足要求的表面质量。
加工表面质量名词解释
加工表面质量名词解释
加工表面质量是指通过加工制造过程中对零件表面的加工精度、表面形状、表面光洁度等方面的要求。
下面是一些常见的加工表面质量名词解释：
1. 光洁度：表面光滑程度的度量，通常使用Ra值表示。
Ra值越小，表面越光滑。
2. 平面度：平面与某个基准面之间的最大距离差，通常使用mm或μm表示。
3. 圆度：圆形轮廓与理论圆形之间的最大距离差，通常使用mm或μm表示。
4. 残余毛刺：加工后留在零件表面的微小凸起，通常使用μm 表示。
5. 毛坯余量：零件加工后与最终尺寸之间的距离差，通常使用mm或μm表示。
6. 粗糙度：表面的不规则程度，通常使用Rz、Rmax、Rt值表示。
Rz值越小，表面越光滑。
这些参数通常用于描述零件表面的质量要求，以确保零件能够达到其设计要求并且具有所需的性能和可靠性。
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。
简析机械加工表面质量对零件使用性能的影响问题
简析机械加工表面质量对零件使用性能的影响问题
机械加工表面质量对零件的使用性能有很大的影响，它直接影响到零件的摩擦、磨损、耐蚀性和疲劳寿命等方面。
以下是对机械加工表面质量影响因素的简析：
1. 摩擦和磨损：机械加工表面的粗糙度会直接影响零件与其他物体之间的摩擦及磨
损情况。
如果表面太光滑，摩擦系数往往会较高，在摩擦过程中容易产生滑脱现象；而如
果表面太粗糙，摩擦系数虽然较低，但易引起磨损严重。
要根据实际情况选择合适的加工
表面质量，以达到最佳的摩擦和磨损阻力。
2. 耐蚀性：机械加工表面质量对零件的耐蚀性也有很大影响。
粗糙表面易于积存氧
化物和磨料，从而加速零件的腐蚀过程；而光滑表面往往能更好地抵御外部环境的侵蚀。
所以，在需要耐蚀性较高的零件上，要尽可能采用较为光滑的加工表面质量。
3. 疲劳寿命：机械加工表面质量还会对零件的疲劳寿命产生影响。
粗糙表面容易形
成微小的裂纹和应力集中点，从而加速零件的疲劳破坏；而光滑表面则能减少应力集中，
延长零件的使用寿命。
在需要较高疲劳寿命的零件上，应该优先考虑提高加工表面的光滑度。
机械加工的表面质量对零件的使用性能有着显著的影响。
为了提高零件的使用寿命和
工作效率，需要根据具体应用需求选择合适的加工表面质量，并通过合理的加工工艺和设备，确保零件的表面质量达到要求。
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。
影响机械加工表面质量的因素及改进措施
影响机械加工表面质量的因素及改进措施
一、影响机械加工表面质量的因素。
1.机床和刀具破损：机床体系及其附件的破损，会影响刀具的正常安
装及运行，从而产生肉眼可见的小硬斑、节肢及拉伤着痕等。
刀具的破损，也会影响机加工表面的质量，表现在高点、拉伤、刀印等方面，增大机加
工表面质量不稳定性及表面粗糙度。
2.刀具磨损：刀具工作经过一段时间，就会变得锋利变尖，从而影响
机械加工表面质量，表现为断刃，切口拉伤等，给进程控制带来更多的困难，增加了失效率。
3.加工环境：通常条件下，温度、湿度、噪声及污染等外界环境因素，会影响机械加工表面质量，表现为减少刀具的硬度，使刀具失去钝化作用，从而影响机械加工表面的质量。
4.加工工艺：在机械加工过程中，不同的加工工艺选择，会影响机械
加工表面的质量，如使用过大的进给量或过长的切削时间，则会使刀具快
速磨损，影响加工表面质量。
二、改善措施。
1.检查机床及刀具：定期检查机床及刀具的破损情况，及时更换破损
的部件，使刀具能够正常工作。
2.控制刀具磨损：合理控制刀具的运行时间，根据不同材料选择合适
的刀具，以满足机械加工工艺要求，并减少刀具的损。
机械加工表面质量影响因素及改善
2、加工表面层的残余应力
2）表面层残余应力的影响因素 （1）刀具方面 ①刀具几何因素 前角对残余应力有很大影响。图p188 454 ②刀具磨损；图p189 4-55 （2)工件方面 工件材料塑性越大，切削加工后产生的残余拉应力越大。 （3）切削条件方面 切削用量三要素对残余应力影响较大。图p189 4-57 、4-58
高速钢、硬质合金或陶瓷刀具在切削低碳钢、中碳钢等塑
性金属，加工工序中都可能产生鳞刺。会使表面粗糙度加工。 成为塑性金属材料精加工的一个障碍。 在物理因素方面，降低表面粗糙度主要措施，即消除积 屑瘤和鳞刺的措施。
2、切削加工表面粗糙度的产生原因及其控制
4)切削机理的变化：
在挤裂切屑或单元切屑形成的过程中，由于单元切屑 周期性的断裂在切屑表面以下深入，在加工表面上留下挤 裂痕迹而呈现波浪形。在崩碎切屑形成过程中，从主切削 刃处开始的裂纹在接近主应力方向斜着向下延伸，造成加 工表面凹凸不平。p182图4-39 切削刃两侧的工件材料被挤压后因没有侧面的约束力
在精密磨削时不能判断试切时的吃
刀量，很不方便。
(3) 磨削用量的选择
1）提高工件速度和采用小的切深能够有效地减小残余拉应
力和消除烧伤、裂纹等磨削缺陷。
3、 磨削烧伤及磨削裂纹及其控制
2）降低砂轮速度也能得 3）提高砂轮速度的同时相应 提高工件速度，可以避免烧伤。
到残余压应力，但是会影响
生产效率，故一般不常采用。
2、切削加工表面粗糙度的产生原因及其控制
1)理论粗糙度P181:
刀具几何参数中的主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径及切削
用量中的进给量是产生理论粗糙度的最基本因素。
Rmax
f cot cot '
1.1.4加工精度和加工表面质量
加工精度和加工表面质量
一
1、零件的加工质糙度
物理机械参数：强度、硬度、磁性 其它参数：防腐性、平衡性、密封性
可以概括为两方面的含义： 1）宏观几何参数（加工精度） 2）微观几何参数与物理机械性能参数（加工表面质量）
2、加工精度概念的产生： 由于加工时不可能得到准确的参数值，并且从使用要 求方面讲也不需要绝对准确，于是就产生的加工精度的概念。
重载 轻载
思考：
新车为什么要磨合？
2、对疲劳强度的影响：
交变载荷下，零件表面不平的缺陷，最容易产生应力集中， 并可发展为疲劳裂纹，从而导致零件的疲劳破坏。
1）表面粗糙度的影响：表面粗糙度值大，将降低疲劳强度。
2）表面残余应力的影响：表面的残余压应力将抵消部分交变载荷引起的 拉应力，提高了零件的疲劳强度。
冷作硬化的程度与下列因素有关：
1）产生塑性变形的力：力越大，塑性变形越大，硬化程度越 大。 2）变形速度：速度越大，塑性变形越不充分，硬化程度越小。 3）被加工材料：材料硬度越小、塑性越大，硬化程度越大。 4）刀具：刃口圆角和后面磨损增大时，硬化程度增大。 5）切削用量：切削速度越大，硬化程度越小；进给量较大或 较小，会使硬化程度增大。
3、加工精度与加工误差是相关联的，加工精度在数 值上通过加工误差反映出来。
加工精度的概念
1、加工精度：实际加工的点、线、面与理想的几何参 数相符合的程度。 理想的几何参数： 1）尺寸：尺寸的公差带中心 2）形状：绝对准确的圆柱面、平面、锥面等。 3）位置：绝对平行、垂直、同轴 加工精度包括：尺寸精度、形状精度、相互位置精度
3）表面冷作硬化的影响：适当的冷硬能减小交变载荷引起的交变幅值， 阻止疲劳裂纹扩展，提高疲劳强度。
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。
机械加工表面质量第三章
机械加工表面质量第三章一、机械加工表面质量的定义机械加工表面质量是指机械加工过程中所得到的工件表面的光滑度、粗糙度和形状偏差等特征的综合表征。
在机械加工过程中，工件表面的质量对于产品的功能和外观有着非常重要的影响。
因此，在机械加工中，必须对工件的表面质量进行严格控制，以保证产品的性能和质量。
机械加工表面质量的评定主要包括以下几个方面：1.光滑度：表面的光滑度是指表面平整度和光泽度的综合评价。
优良的光滑度可以提高工件的表面美观度，并减少与介质之间的摩擦和粘附。
2.粗糙度：表面的粗糙度是指表面上微小凹凸的高度和间距。
粗糙度对于工件的摩擦、磨损和密封性能有着重要的影响。
粗糙度越小，表面越光滑，摩擦系数越小。
3.形状偏差：形状偏差主要包括平面度、直线度、圆度和轮廓度等。
形状偏差反映了工件表面轮廓与理想轮廓之间的偏离程度。
形状偏差对于工件的密封性能、装配性能和运动精度有着重要的影响。
二、机械加工表面质量的评定方法机械加工表面质量的评定方法主要包括两种：检验法和测量法。
2.1 检验法检验法是通过肉眼或放大镜观察工件表面的外观和质量特征进行评定。
这种方法简单直观，适用于工件表面质量要求不高的情况。
常见的检验法包括目视检查、放大镜检查和样品比对检验等。
2.2 测量法测量法是利用各种测量仪器对工件表面的光滑度、粗糙度和形状偏差等进行定量测量和评定。
测量法具有高精度、高灵敏度的特点，适用于对工件表面质量要求较高的情况。
常见的测量方法包括光学测量、机械测量和电子测量等。
2.2.1 光学测量光学测量是利用光学仪器进行工件表面质量的测量和评定。
常见的光学测量方法有：•白光干涉法：利用白光的干涉原理测量工件表面的形状偏差。
•投影仪测量法：利用投影仪进行工件表面形状偏差的测量。
•激光扫描法：利用激光扫描仪对工件表面进行扫描，获取工件表面形状的三维信息。
2.2.2 机械测量机械测量是利用机械仪器对工件表面质量进行测量和评定。
常见的机械测量方法有：•宏观测量法：利用尺子、卡尺等测量工具对工件表面的尺寸、平面度等进行测量。
加工精度及表面质量
3）获得尺寸精度的方法 ） ① 定径刀具法： 主要用于孔加工，如铰孔、拉孔等。此 法容易保证加工质量，生产率较高。 ② 试切法： 通过试切—→测量尺寸—→调整刀具的吃刀 量—→走刀切削—→再试切，如此反复直至达到所需 尺寸。此法主要用于单件小批生产。 ③ 调整法： 通过预先调整好机床、夹具、工件和刀具的 相对位置获得所需尺寸。此法生产率高，主要用于大 批大量生产。
2）变形强化的利弊 ） ① 对后续工序的某些加工(如刮削)带来不便； ② 可提高零件表面耐磨性和疲劳强度。
“加工精度及表面质量”部分结束！ 请转入：
“生产率 加工精度及表面质量 一、加工精度
1．尺寸精度 ． 1）尺寸精度的概念 ） 零件的直径、长度、表面间距离等尺寸的实际数 值与理想数值的接近程度。 2）尺寸公差等级 ） 尺寸精度是用尺寸公差来控制的。国标GB80079至GB1084- 79将确定尺寸精度的标准公差等级分为 20级。分别为IT01，IT0，IT1，…IT18，其中IT01的 公差值最小，尺寸精度最高。
2．形状精度 ． 1）形状精度的概念 ） 加工后零件上的线、面的实际形状，与理想形状的符 合程度。 2）形状公差的种类 ） 形状精度用形状公差控制。GB1182- 80至 GB1184- 80规定了六项形状公差，即直线度、平面度、 圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度。前4种较为常用。
常用形状公差的名称、符号、 常用形状公差的名称、符号、标注及其说明
常用位置公差的名称、符号、 常用位置公差的名称、符号、标注及其说明
项 目 图 例 说 明 平行度公差为 0.02mm， 实际平面必须位于距离为 0.02mm 且平行于 基准平面 A 的两平行平面之间 平行度
垂直度公差为 0.02mm， 实际端面必须位于距离为 0.02mm 且垂直于 基准轴线 A 的两平行平面之间 垂直度
表面加工质量
任务二：手工创建原理图元器件
以绘制集成定时器555为实例，如下 图所示。
具体操作步骤如下：
1、 进入原理图元件库编辑工作界面。
执行菜单命令View→Zoom In或按 PageUp键将元件绘图页的四个象限相交点处放 大到足够程度。
2、绘制矩形
执行菜单命令Place→Rectangle，可将编 辑状态切换到画直角矩形模式。此时鼠标指针旁 边会多出一个大十字符号，将大十字指针中心移 动到坐标轴原点处，单击鼠标左键，确定直角矩 形的左上角，移动鼠标指针至矩形的右下角，单 击鼠标左键，结束这个矩形的绘制过程，如下图 所示。
第一节机械加工表面质量的相关概 念
七、耐腐蚀性 零件在潮湿的空气中或在腐蚀性介质中工作时，会发生化
学腐蚀或电化学腐蚀。 (1)由于粗糙表面的凹谷处容易积聚腐蚀性介质而发生化学
腐蚀或在粗糙表面的凸峰间容易产生电化学作用而引起电化 学腐蚀，因此，减小表面粗糙度参数值就可提高零件的耐腐 蚀性。
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第一节机械加工表面质量的相关概 念
(2)零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，加速了腐蚀 作用。如表面存在裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因 此表面残余应力一般都会降低零件的耐腐蚀性。表面冷硬或 金相组织变化时，往往都会引起表面残余应力，因而会降低 零件的耐腐蚀性。
八、配合质量 对于动配合表面，如果粗糙度参数值太大，起始磨损就较
第六章表面加工质量
第一节机械加工表面质量的相关概念 第二节表面层的物理机械性能及影响因素 第三节提高机械加工表面质量的方法
第一节机械加工表面质量的相关概 念
一、机械加工表面质量的含义 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 量包括表面层几何形状误差和表面层物理机械性能两个方面 的内容。 二、表面层几何形状误差 表面层几何形状误差主要由表面粗糙度和波度两个部分组 成。表面粗糙度是指表面的微观几何形状误差，它是切削运 动后，刀刃在被加工表面上形成的峰谷不平的痕迹。波度是 介于加工精度(宏观几何形状误差)和表面粗糙度之间的周期 性几何形状误差，它主要是由加工过程中工艺系统的振动所 引起的。
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。
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零件表面质量
表面微观几 何形状特征
表面物理力 学性能变化
表面粗糙度 表面波度
表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织变化
（1）表面粗糙度
表面的微观几何形状误差，即L1/H1 < 40 。
（2）波度
介于加工精度（宏观，即L3/H3 > 1000 ）与表面粗糙度 之间的周期性几何形状误差，即40 ≤L2/H2≤1000。它主要是 加工过程中工艺系统的振动引起。
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。
区
纤维层 ：加工材料与刀具间的
摩擦力造成。
切削热也会使表面层产生 相变
基 体
及晶粒大小变化。
材 料
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，图54-2。 ? 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。 ? 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。
表面质量对零件使用太大、太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性
零件表 面质量
对疲劳强 度的影响
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
对耐腐蚀性 能的影响
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性 拉应力则降低耐腐蚀性
（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，延缓疲劳裂纹的扩展，从而 提高零件的
疲劳强度。
工表面愈粗糙。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。
在铸造、锻造、焊接、热处理等加工过程产生的内应力 与这里介绍的表面残余应力的区别在于 前者是在整个工件上 平衡的应力，它的重新分布会引起工件的变形； 后者则是在 加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件变 形，但它对机器零件表面质量有重要影响。
（5） 表面层金相组织变化
机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升
因此，对配合精度要求比较高的零件应该规定较小的 表面粗糙度。
（2）表面残余应力对零件工作精度的影响 零件表面层有较大的残余应力，就会影响其 工作精度
的稳定性。
4. 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，可以提高其耐腐蚀性能。
H
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对于刀尖圆弧半径rε≠0的刀具，工件表面残留面积的高度：
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2. 物理因素 切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何
因素形成的理论轮廓有较大的差别，这是由于切削加工中有 塑性变形的缘故。
（1）工件材料的影响
? 塑性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加
三、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制
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。
1. 几何因素
? 刀尖圆弧半径 rε ? 主偏角 kr、副偏角 kr′ ?进给量 f
对于刀尖圆弧半径rε=0的刀具，工件表面残留面积的高度：
高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，
就会发生金相组织变化。如磨削淬火钢件时，常会出现回
火烧伤、退火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的使
用件能。
吸
附
右图为加工变质层示意图。
层
显微硬度
残余应力
吸附层 ：氧化膜或其他化合物，
纤
并吸收、渗进了气体、液体和
维
层
固体的粒子。
压
缩
压缩区：塑性变形区。
（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。
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。
（3）表面层冷作硬化
机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使 晶 格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长 ，这些都 会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为 冷作硬化。
（4）表面层残余应力
机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用 在工件表面层材料中产生的内应力，称为 表面层残余应力。
图54-2 表面粗糙度与初期磨损量的关系
（2）表面层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。
3. 表面质量对零件工作精度的影响
（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响 间隙配合：如果配合表面粗糙度较大，则在初期磨损
阶段磨损量就大，造成零件尺寸和形状发生变化，影响到 配合间隙量，改变了配合性质。
过盈配合：如果配合表面粗糙，则装配后表面的波峰 产生塑性变形，从而使有效的过盈量减小，减弱了过盈配 合的结合强度。