6磨削精度与表面质量

烧伤与材料的临界烧伤温度Tb，磨削强度H、磨削温度QM有关
三、残余应力 1、概念 磨削残余应力是指磨削加工后，仍保留在工件内部的应力。
残余应力分为残余拉应力和残余压应力。
残余应力按其存在范围可以分为三类： Ⅰ类：宏观残余应力存在于整个工件或者工件局部较大的范围内， Ⅱ类，微观残余应力，存在于工件中晶粒大小范围内 Ⅲ类超微观残余应力，存在于位错 层错灯范围内 残余应力按其应力性质可以分为三类
3.提高磨削表面层质量的措施 应从减小磨削力、降低磨削温度、减小零件磨前残余应力几个 方面进行，具体措施有： 1、合理设计零件的结构，以避免产生过大的局部结构应力 2、合理选择材料 3、选择与工件材料特性相适应的砂轮 4、合理选用磨削用量 5、强化冷却以降低磨削温度，减少热应力 6、经常对砂轮进行修整。 7、在不影响性能的前提下，尽量采用较高的回火温度以消除应力
△01、△02—在HV0的 尺寸磨损量
1—接触材料较硬
2—接触材料较软
2）磨削表面硬度变化对零件疲劳强度的影响 零件磨削表面的显微硬度的变化对疲劳强度的影响规律比较 复杂。表面层加工硬化能提高零件的疲劳强度，因为硬化层会阻 碍已有疲劳裂纹的扩展和新裂纹的产生，同时，硬化层还能显著 减少外部缺陷和粗糙度的有害影响 3）磨削表面硬度变化对零件耐腐蚀性能的影响 表面金相组织的变化一般都是零件的耐腐蚀性能下降，，变形 的晶粒、发生淬火或者回火软化的表层组织，会使零件表 面的组织部均匀性增加，因此易发生腐蚀。而磨削表面硬 度的提高并不能提高零件的耐腐蚀性能。只有当硬度提高 的同时，伴随组织致密度的提高，才能提高零件的腐蚀性 能
4、增加清火花磨削行程 所谓“清火花磨削”，是指砂轮与工件之间没有径向进给量。 仅依靠系统的弹性回复力所维持的砂轮对工件的磨削过程
第二节 磨削表面粗糙度
表面粗糙度 是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微 观几何形状特性 一、表面粗糙度的表示 方法 Ra 1.轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度l内，轮廓 上各点到中线之间的 偏差的算是平均值 l
图6-12（a）为Ⅰ类硬度曲线，这种类型的硬度分布完全受加工硬 化作用，磨削后的部门硬度高于磨前硬度，产生明显的加工硬化。 在材料较软以及用较钝砂轮进行紧密磨削时长出新这种类型 图6-12（b）为Ⅱ类硬度曲线，磨后硬度仍可高于磨前硬度，有明 显的加工硬化 但此时由于部门温度较高，受热软化作用大于加工硬化，因此，最 表层发生受热软化，硬度低于磨前硬度，材料硬度不高以及半精磨 时易出现这种类型
2.磨削表面硬度变化对零件使用性能的影响 1）磨削表面硬度变化对零件耐磨性能的影响 磨削后零件表面硬度降低 抗磨损变形能力下降，耐磨性下降。表 面硬度升高抵抗变形的能力增加了 故耐磨性提高。但如果加工硬 化作用过大，尽管硬度提高很多，但过大的塑性变形会使金属基 体的微观连续性遭到破坏，而出现大量的微观裂纹及组织疏松， 反而使耐磨性降低。 磨削材料硬度与耐磨性的关系 HV0—磨前材料硬度
l 图6-5 轮廓的算术平均偏差Ra
Rz
y
1
5
pi
y vi
1
5
ypi ——第i个最大的轮廓高度； Yvi ——第i个最大的轮廓谷深
5
3.轮廓最大高度Ry
在取样长度l内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离 Ry=ypmax+yvmax 以上表示粗糙度的方法可以看出，Ry和Rz都有明确的直观性（物 理意义清楚）。但是都不能反映表面微观不平度的形状变化，指 仅仅代表轮廓的高度，并且在测量时，随取点的不同期结果差别 很大。Ra则能综合反映 表面微观几何特性，它不仅与违规轮廓 的高度有关，还和轮廓的形状有关，是一个综合指标。目前我国 采用Rz和Ra评定表面粗糙度
二、磨削烧伤 磨削时，由于磨削区的瞬时高温（一般为900～1500℃）形成零件 表层组织局部变化，并在表面的某些部分出现氧化变色 这种现象 称为磨削烧伤 磨削深度/μ m 17 烧伤颜色 银白色 氧化膜厚度/μ m 未烧伤
38
50 90
麦黄色
褐色 红褐色
46
52 58
110
Fra Baidu bibliotek155
紫色
蓝色
68
72
图反映了产生磨削烧伤的 原因。 材料的磨削温度与磨削强 度可近似用直线表示，其 斜率用θ角表示。 磨削强度时反应磨削参数 的一个综合指标，如磨削 深度、砂轮硬度等。 Tb-- 磨削烧伤临界温度 反映被磨材料产生烧伤的 最低温度，简称他与材料 成分、热处理状态有关 磨削烧伤与磨削强度H、磨削 温度Qm的关系
x
图6-5 轮廓的算术平均偏差Ra
1 Ra y x dx l0
l
或近似为
1 n Ra y i n 1
2.微观不 平度的十点平均高度Rz 在取样长度l内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个谷深的 平均值之和 yp4
yp1 yp2 yp3 yp5
yv2 yv1
x yv3 yv4
yv5
图6-12（c）为Ⅲ类硬度曲线完全受热软化作用的影响，磨后硬度 低于磨前硬度，部门发生软化其程度及层深受磨削条件的影响很大。 普通磨削通常都容易出现这种类型 图6-12（d）为Ⅳ硬度曲线，最表面由于磨削热很高而造成表面淬 火硬化，硬度高于磨前硬度，在淬硬层下较深的范围内收高温软化 的影响，硬度低于磨前硬度。磨削深度过大或砂轮钝化易产生这种 类型的硬度分布
第一节、磨削精度
零件的磨削精度是指零件在墨小加工后，其形状、尺寸和 表面相互位置三个方面与理想零件的符合程度 一、磨削误差的来源分析 来源于 1.磨床-夹具-砂轮所组成的工艺系统本身的误差 2.磨削过程中出现的载荷和各种扰动。包括受力变形、热 变形、振动、磨损等引起的误差
1.工艺系统误差 工艺系统误差包括磨削工序之前各道工序的各类误差： 磨前偏心量、 平行度、 平面度 磨床-家具-砂轮的安装定位误差等。 在磨削过程中，系统的定位误差不可能被消除，因此，磨削前， 磨床应经过精细的调整，工件的安装也要精确定位
2.磨削过程误差 在磨削过程中，使砂轮与工件位置发生改变从而降低磨削精 度的主要原因有： 1）由磨削力引起的磨床 和工件的弹性变形 ε=ε1+ε2+（ε3·ε4）+ε5 ε1——砂轮轴的位移 ε2——砂轮的弹性位移 ε3——头架顶尖的位移 ε4——尾座顶尖的位移 ε5——工件的弹性位移 ε被称为残留余量 图6-2 磨削系统的弹性变形
2、磨削用量的影响， a.在磨削用量中 若降低砂轮速度，可减少单位时间内参与磨削的磨 粒数，则单颗磨粒负荷增大，工件塑性变形和犁沟两侧的隆起 增大，因此表面粗糙度增大；
b.若增大工件速度将减少工件单位长度上磨削的磨粒数，是单 颗磨粒的磨削厚度和金属切削量增大，将增大表面粗糙度； c.增大磨削深度，将增加塑性变形的程度，从而使表面粗糙度 增大。另外磨削加工系统的刚度是产生磨削振纹的重要因素。
6）导轨、轴承和轴等部件的非弹性变形
三、提高磨削精度的措施 1、磨床的检修
1) 床身导轨的检测与修刮 2) 滑鞍座导轨的检测与修刮
3) 砂轮主轴与轴瓦间的间隙调整 4) 砂轮主轴电机与砂轮的平衡 2、砂轮的修整 1) 用金刚笔精修、再用油石细修 2) 用金刚笔精修、再用精车后的砂轮细修 3、合理选用磨削用量
2）磨床和工件的热变形 工件的热变形，是由于磨削热分布不均匀造成的。特别对于薄壁或 小型工件的影响尤其显著。这一变形，不像弹性位移可以用清火花 磨削反复磨削消除，而只能靠加大冷却液来抑制。磨床的热变形， 对工件的精度的影响也是重要的，对于液压传动来说，可以将油池 移出床身，以减少磨床的热变形 3）磨削切刃引起的塑性耕犁 当切刃通过以后，弹性变形部分回复，塑性变形的隆起部分保 留下来，这种尺寸误差也是磨削精度的影响因素 4）磨床和工件的振动 振动对工件的被磨削表面和砂轮工作面都会带来不良的影响， 因而对磨削精度的影响是非常严重的 5）砂轮磨损后其形状、尺寸的变化 一般正常磨削状态下，砂轮每转的损耗量在半径方向上的减少量是 砂轮切入量的1/5000～1/2000
2、残余应力产生的原因 1）磨削力造成工件表面的弹塑性变形 2）磨削热产生的热应力 3）组织转变导致的组织应力
磨削力产生的表面残余应力
磨削热产生的表面残余应力
3.残余应力对零件使用性能的影响。
1）残余应力对零件加工精度的影响 残余应力在没有外力和外力矩的作用下构成物体内部暂时的平衡， 同时导致材料内部产生变形。使工件难以达到加工精度。及时当时 达到了加工精度，由于残余应力具有自然释放能力这种加工精度也 不能保持， 2）对零件疲劳强度的影响 零件的疲劳破坏都经历了裂纹萌生、扩展、断裂三个阶段。当零件 表面局部开裂，裂纹萌生；在周期性交变载荷作用下裂纹不断扩展、 扩大知道剩余有效断面承受的实际应力大于其断裂极限时，材料发 生一次性断裂。残余应力对零件的疲劳强度影响是最大了 磨削表面的残余压应力可以抵消一部分外加的拉应力，从而有 效地抑制了裂纹的产生和扩展。使零件的疲劳强度大大提高。 生产中常采取一些辅助工序（表面喷丸、滚压等）
二、磨削表面粗糙度的影响因素 1、砂轮特性对磨削表面粗糙度的影响
a.砂轮的粒度越粗，砂轮单位面积上的磨粒熟越少，磨削表面上 的磨痕就越粗，则粗糙度越大； b.砂轮硬度过高，则磨粒钝化后不能及时脱落 继续磨削塑性 变形增加时表面粗糙度增大；砂轮硬度过低，磨削过程中砂 轮工作表面会过早变形，磨损的不均匀也会使磨削表面粗糙 度增大； c.砂轮修整时，修整用量的大小将直接影响着杀戮工作表面的 粗糙程度，因此修整用量太大会是杀了表面的螺纹沟痕复印到 被磨削零件上，从而造成粗糙度增大。实际上，在镜面磨削技 术中，要达到细小的表面粗糙度，精细修整砂轮是关键
第六章 磨削精度与磨削表面质量
第一节、磨削精度
第二节 磨削表面粗糙度 第三节 磨削表面层质量
产品的质量与零件的加工质量和装配质量有着密切的关 系，而零件质量的好坏，不仅与材料性质、零件表面层组织 状态，也与加工精度、表面层粗糙度等几何因素有关。虽然 这些问题只产生在薄的表面层中，却错综复杂的影响着机械 零件的精度、耐磨性、配合性质的保持、抗腐蚀性和疲劳强 度，从而影响着产品的使用性能和使用寿命
（3）残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 残余压应力可增加材料的耐腐蚀性能。 残余拉应力则明显降低材料的耐腐蚀性能。 原因是 ：一是残余压应力对腐蚀过程中钝化膜的破坏较小，而拉 引力则对钝化膜产生较强的破坏作用。使腐蚀介质连续不断地深入 零件的内部而对其进行腐蚀。 二是残余压应力可使电极电位变小，而残余拉应力则使得电极电位 向高电位变化，这种电极电位的差别形成了富士微电池，因此电位 高的电极就会被腐蚀 磨削裂纹的产生会使得零件的耐腐蚀性能大大降低。因为在裂 纹的 前端总美国存在着较大的拉应力集中，从而使腐蚀介质容 易从裂纹端部进入并沿着应力集中最大的方向不断地腐蚀，极 大地加剧了零件的腐蚀速度
3、磨削方式、 4、磨削行程数、 5、前道工序表面粗糙度、 6、切削刃形状、 7、修整条件 8、磨削液以 9、磨削振动
三、磨削表面粗糙度对零件使用性能的影响 1、磨削表面粗糙度对零件耐磨性能的影响
1—轻负荷
2—重负荷
图6-11 磨削表面粗糙度与零件耐磨性
2、磨削表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越小，有利于疲劳强度的提高。 粗糙度大的表面，极易产生较大的应力集中，使表面的实际应力 比平均盈利高1.5～2.5倍，裂纹容易生成；粗糙度小时应力集中 较为分散均匀，使裂纹产生困难。 疲劳强度除与粗糙度的大小有关外，还与 波峰、波谷的尖锐 程度有关，尖锐的波谷应力集中较大裂纹容易产生，圆钝的 波谷产生应力钝化 裂纹生成相对较困难 3.磨削表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 减小加工表面的粗糙度可以提高零件的耐腐蚀性能 磨削表面的粗糙度越大，其波谷越容易积聚腐蚀性气体或液体， 这些气体或液体通过粗糙度表面的凹谷深处向内部渗透，与未 氧化的材料发生物理化学反应，产生腐蚀，凹谷越深，底部角 度越小，尤其表面有裂纹时，腐蚀作用越强烈，
第三节 磨削表面层的机械性能 磨削表面层机械性能是指磨削后零件表面层的显微硬度、 局部金相组织、与残余应力
一、磨削表面硬度变化规律及产生原因 磨削表面硬度变化是磨削产生的形变硬化与组织转变的综合反映。
形变硬化总是使硬度升高，而组织转变既有可能是硬度升高（如发 生磨削淬火），也有可能是硬度降低（如淬火钢发生回火软化，形 变硬化发生再结晶）。磨削表面的硬度变化大致可分为四种类型