1、Machine Manufacturing Engineering,机 械 制 造 工 程 学,2020年4月4日,第五章 机械加工表面质量,第一节 表面质量的概念 第二节 影响表面质量的因素 第三节 控制加工表面质量的措施,第一节 表面质量的概念,一、表面质量的含义：,机械加工表面质量也称表面完整性，它包含两个方面的内容： 表面的几何特征； 表面层力学物理性能。,第一节 表面质量的概念,一、表面质量的含义：,加工表面的几何形状特征：,表面粗糙度,指加工表面的微观几何形状误差。波长与波高(L3/H3)的比值小于50。 表面粗糙度的现行标准为：GB/T 131-2006。 表示方法：Ra、Rz。
2、,表面波度,介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。波长与波高(L2/H2)的比值一般为：501000。,纹理方向,指表面刀纹的方向。它取决于表面形成所采用的机械加工方法。,一、表面质量的含义,加工表面的物理力学性能的变化：,表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬化)； 表面层因力或热的作用产生的残余应力； 表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化。,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响：,表面粗糙度对耐磨性的影响,就零件的耐磨性而言，最佳表面粗糙度Ra的值在0.8m0.2m之间为宜。,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响：,表面粗糙度对耐磨性的影响
3、,刀纹方向对耐磨性的影响,轻载时，摩擦副表面纹理方向与相对运动方向一致时，磨损最小。,重载时，摩擦副的两个表面纹理相垂直、且运动方向平行于下表面的纹路方向时，磨损最小。,两个表面纹理方向均与运动方向垂直时，磨损最大。,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响：,表面粗糙度对耐磨性的影响,刀纹方向对耐磨性的影响,冷作硬化对耐磨性的影响,残余应力对耐磨性的影响,表面为压应力时，耐磨性高。,对零件耐疲劳性的影响：,表面粗糙度对耐疲劳性的影响,残余应力对耐疲劳性的影响,冷作硬化对耐疲劳性的影响,表面为压应力时，耐疲劳性好。,冷作硬化程度 耐疲劳性,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐
4、腐蚀性的影响：,Ra值,耐腐蚀性,表面压应力,表面致密,耐腐蚀性,对零件配合精度的影响：,实验研究表明： 零件尺寸大于50mm时，推荐：Ra=(0.10.15)T 零件尺寸在1850mm时，推荐： Ra=(0.150.20)T 零件尺寸小于18mm时，推荐： Ra=(0.200.25)T,第二节 影响表面质量的因素,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,几何因素：,第二节 影响表面质量的因素,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,几何因素：,考虑刀尖圆弧角：,第二节 影响表面质量的因素,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,几何因素：,考虑刀尖圆弧角：,Ra值,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,物
5、理因素：,多数情况下是在已加工表面的残留面积上叠加着一些不规则的金属生成物、粘附物或刻痕。 形成它们的原因有积屑瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。,一、切削加工中影响表面粗糙度的因素,物理因素：,切削速度：,V Ra,工件材料性质：,刀具几何形状、材料：,前角,Ra值,冷却润滑：,一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度值较大，而脆性材料加工后易得到较小的表面粗糙度值。对于同样材料，其晶粒组织越粗大，加工表面粗糙度值越大。,切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削区金属表面的塑性变形程度下降，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，因此可大大减小加工表面粗糙度值。
6、,二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素,磨削加工时磨粒很钝，常具有很大的负前角，会使加工表面产生严重的塑性变形，形成沟槽和隆起，增大了表面粗糙度。因此，砂轮的粒度、修整、速度和磨削切深、工件速度等都对磨削时的表面粗糙度造成影响。,二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素,磨削用量,砂轮的特性,粒度：,粒度号,Ra值,砂轮的硬度：,硬度,难脱落,Ra值,硬度,易脱落,不易保持形状,精度,砂轮的修整：,冷却,修整砂轮是改善磨削表面粗糙度的重要因素，砂轮修整得越好，砂轮磨粒微刃等高性越好，磨出工件的表面粗糙度值越小。,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的加工硬化,机械加工中，金属被加工表面层受切
7、削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和硬度都提高的现象，称加工硬化。,评定指标： 表面层的显微硬度 HV 硬化层深度 h 硬化程度 N,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的加工硬化,机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和硬度都提高的现象，称加工硬化。,评定指标： 表面层的显微硬度 HV 硬化层深度 h 硬化程度 N,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的加工硬化,机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变
8、形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和硬度都提高的现象，称加工硬化。,评定指标： 表面层的显微硬度 HV 硬化层深度 h 硬化程度 N,影响因素： 刀具 切削用量 工件材料,工件材料的硬度越低，塑性越大时，冷作硬化程度也越大。,表面层的金相变化,加工中,达到相变温度,产生相变,烧伤的形式：,退火烧伤,回火烧伤,淬火烧伤,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,工件表面温度超过相变温度AC3，但无冷却液，工件表面被退火。 工件干磨时易发生这种烧伤。,工件表面温度未达到相变温度AC3，但超过马氏体的转变温度，工件表层组织为回火屈氏体或索氏体。,工件表面温
9、度超过相变温度AC3，冷却充分，工件表面被二次淬火。但淬透层很薄，其下层仍为回火屈氏体或索氏体。,表面层的金相变化,影响磨削烧伤的因素：,磨削用量,aP,工件表层温度,烧伤,V砂轮,工件表层温度,烧伤,f,工件表层温度,烧伤,V工件,工件表层温度,热源作用时间,烧伤,工件材料,砂轮特性,冷却,工件材料对磨削区温度的影响主要取决于它的硬度、强度、韧性和导热系数。 工件材料硬度高、强度高、韧性和密度大都会使磨削区温度升高，因而容易产生磨削烧伤。 导热性能比较差的材料，如耐热钢、轴承钢、不锈钢等，在磨削时也容易产生烧伤。,砂轮表面上磨粒的切削刃口尖锐锋利些，摩削力、温度就会下降，所以提高磨粒硬度和强
10、度是关键。 此外采用粗粒度砂轮、较软的砂轮都可提高砂轮自锐性，同时砂轮不易被切屑堵塞，因此都可避免磨削烧伤发生。,表面层的残余应力,冷态塑性变形,热态塑性变形,局部金相组织变化,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,表面层的残余应力,冷态塑性变形,热态塑性变形,局部金相组织变化,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,不同的金相组织有不同的密度，如M=7.75g/cm3 A=7.96g/cm3、P=7.78g/cm3、F=7.88g/cm3 当金相组织变化时，由于密度不同，体积会发生变化。如果表层金属膨胀则残余应力为压应力(-)，反之，如果表层金属体积缩小则产生残余拉应力(+)。,在切削热的
11、作用下，已加工面产生热膨胀，此时表层产生热压应力。加工后，表层已产生的热塑性变形收缩受到内层金属的阻碍。故加工后表面层残余应力为拉应力(+) ，里层为压应力(-) 。,在切削力的作用下，已加工面受后刀面的挤压，使晶格扭曲，表层金属比容积增大，体积膨胀，而内层金属又阻止其伸长。故加工后表面层残余应力为压应力(-)，里层为拉应力(+)。,表面层的残余应力,冷态塑性变形,热态塑性变形,局部金相组织变化,例如：淬火钢表面回火，表层金属由马氏体转变成屈氏体或索氏体，密度由7.75g/cm3变为7.78g/cm3,三、影响表面层物理、力学性能变化的因素,第三节 控制加工表面质量的措施,一、采用光整加工方法降低表面粗糙度,渗氮、渗碳等化学热处理,激光表面处理技术,二、表面强化工艺改善物理力学性能,机械强化工艺：,喷丸强化；,滚压加工；,第三节 控制加工表面质量的措施,一、采用光整加工方法降低表面粗糙度,渗氮、渗碳等化学热处理,激光表面处理技术,液体磨料强化。,二、表面强化工艺改善物理力学性能,机械强化工艺：,喷丸强化；,滚压加工；,本 章 作 业,第五章 习 题：五-2,
