机械制造工艺学课件：机械加工表面质量及其控制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机 械 制 造 工 艺 学,机械加工表面质量及其控制,5.1,机械加工表面质量,5.2,影响表面粗糙度的因素,5.3,影响加工表面力学性能的因素,5.1,机械加工表面质量,产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量；所谓表面质量是指零件在加工后表面层的状态机器零件的使用性能如耐磨性、疲劳强度、耐蚀性等等除与材料本身的性能和热处理有关外，主要决定于加工后的表面质量1.,表面层微观几何形状误差,加工后的表面几何形状，总是以,“,峰,，,“,谷,”,交替的形式偏离理想的表面这是由于在机械加工过程中，刀痕、切削过程中的切屑分离时的塑性变形，工艺系统的某些振动，刀具与被加工表面的摩擦等造成的根据偏离的误差又有宏观和微观之分，表面粗糙度是微观几何形状误差，又称之为微观不平度表面粗糙度，波度和形状误差三者的区分，通常都按波距,(,峰与峰或谷与谷的距离,),来划分1,）表面粗糙度,是指加工表面的微观几何形状误差,（,2,）波度,是介于加工精度（宏观）和表面粗糙度（微观）之间的周期性几何形状特性。

主要由振动所引起2.,表面层物理机械性能的变化,（,1,）表面层冷作硬化,零件在机械加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使表层的硬度和强度都有提高，这种现象称作冷作硬化2,）表面层金相组织变化,切削加工时，特别是磨削时的高温，常会引起表层金属发生相变通常称为磨削烧伤3,）表面层残余应力,零件加工过程中的切削冷塑性变形和切削热塑性变形的影响，使加工表层会产生残余应力若残余应力超过了材料的极限强度，就会产生裂纹微观裂纹将给零件带来严重的隐患2.,表面层物理机械性能的变化,3.,表面质量对零件使用性能的影响,1.,对零件摩擦磨损的影响,2.,对零件工作精度的影响,3.,对零件配合性质的影响,4.,对零件疲劳强度的影响,5.,对零件抗腐蚀性能的影响,5.2,影响表面粗糙度的因素,用去除材料的方法加工时，表面粗糙度形成的原因大致归结为两个方面：,1,）几何因素,切削刃与工件相对运动的轨迹所形成的表面粗糙度2,）物理因素,被加工材料的性质及切削原理的有关因素加工中工艺系统的振动对表面粗糙度也有影响1.,切削加工影响表面粗糙度的因素,（,1,）影响表面粗糙度的几何因素,在切削加工中，刀具对工件加工表面上残留的面积越大，表面越粗糙。

残留面积的大小，与进给量、刀尖半径及刀具的主，副偏角有关2,）影响表面粗糙度的物理因素,切削加工时，积屑瘤时结时落当脱落时，积屑瘤的碎片粘结在已加工表面上，形成细小毛刺积屑瘤还可使表面撕裂而形成鳞片状毛刺此外，对于宽刃刀、定尺寸刀和成形刀，其刀刃本身的表面粗糙度对工件表面粗糙度的影响也很大3,）振动对表面质量的影响,1),强迫振动,强迫振动是由具有一定频率的周期性变化的外界激振力所引起的一种振动其特点是：振动频率为外界激振力的频率；不会自行衰减消失；当外界激振力的频率接近或等于工艺系统的固有频率时会引起共振2),自激振动,自激振动是一种在没有外界激振力的情况下所产生的振动4,）减少切削加工表面粗糙度值的措施,1,）合理选择刀具几何参数,减少刀具的主偏角和副偏角；适当增大刀具的前角、后角和刃倾角2,）合理选择切削用量,选择较高的切削速度；减少进给量,3,）改善工件材料的组织性能,4,）合理选择刀具材料和提高刃磨质量,2.,磨削加工的表面粗糙度,（,1,）磨削加工表面粗糙度的形成,在磨削过程中，是由砂轮上砂粒形成的微刃进行切削故磨削加工表面是由微刃刻划出的沟槽形成的单纯的从几何因素考虑，单位面积上的刻痕越多,(,即通过单位面积的磨粒数多,),，刻痕的深度越均匀，则表面粗糙度参数值就越小。

事实上，在磨削过程中，不仅有几何因素，而且还伴随着塑性变形的影响另外，磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，其所切削的厚度一般只有,0.02mm,左右所以有的磨粒在磨削过程中只是在被加工表面挤压而过，未切除工件的材料加工表面经多次挤压可反复出现塑性变形由于磨削时的温度比较高，将加剧塑性变形，使加工表面变得粗糙2,）影响磨削加工表面粗糙度的主要因素,1,）砂轮的粒度,磨粒越细，砂轮单位面积上的磨粒就越多，磨削表面上的刻痕就越细、越均匀，表面粗糙度参数值就越小但磨粒太细，磨削深度就很小，同时砂轮易堵塞，生产率低2,）砂轮硬度,砂轮应具有一定的硬度，用以保持砂轮表面形状有一定工作期砂轮的硬度太高，磨粒钝化后，不能及时脱落，如果继续磨削时，则会加剧表面的挤压而加大塑性变形，甚至使表面烧伤3,）减少磨削加工表面粗糙度值的措施,1,）提高砂轮线速度,2,）选择适当粒度的砂轮,3,）精细修整砂轮的工作表面,4,）减少磨削深度和工件线速度,3,）砂轮的修整,修整砂轮除了使砂轮有正确的几何形状之外，更重要的是使砂轮工作表面形成锐利的徽刃，使砂轮有良好的磨削性能5.3,影响加工表面力学性能的因素,由于表面分析测试技术的不断发展，人们对加工表面的质量也有了更为深入、更为全面的了解。

表面层的材料在加工时也会产生物理、机械性质的变化，有些情况下还会产生化学性质的变化，该层总称为加工变质层1.,加工表面层的冷作硬化,1,）形成表面冷作硬化的原因,切削力的作用塑性变形晶格畸变、晶粒纤维化表面强化,硬化程度取决于塑性变性时力的大小、变形速度的快慢和切削温度的高低2,）影响冷作硬化的主要因素,刀具几何参数、切削用量和工件材料2.,加工表面层的金相组织变化,1,）形成表面金相组织的变化的原因,当切削温度超过工件加工表面材料的相变温度时，使表面材料的金相组织发生变化2,）磨削烧伤的类型,回火烧伤、淬火烧伤、退火烧伤3,）影响表面金相组织变化的主要因素,磨削用量、砂轮参数和冷却条件,磨削过程中因塑性变形而发生的金属强化作用，使表面金属显微硬度明显增加，但也会因磨削热的影响，使强化了的金属发生弱化砂轮钝化或切削液不充分，在磨削表面就会出现回火软化区，使表面质量下降，同时在表面出现明显的褐色或黑色斑痕，称为磨削烧伤根据磨削表面氧化膜的颜色，可以推断出磨削表面温度及烧伤程度如果磨削表面呈淡黄色时，表面温度约为,400,550,，烧伤层较浅；磨削表面呈黄色时，表面温度约为,550,700,，烧伤层浅；磨削表面呈褐色时，表面温度约为,700,850,，烧伤层较深；磨削表面呈紫色时，表面温度约为,850,100,，烧伤层深。

3.,加工表面层的残余应力,1,）形成表面残余应力的原因,冷塑性变形的影响,热塑性变形的影响,金相组织变化的影响,2,）影响表面残余应力的主要因素,切削力、切削温度和切削条件磨削表面的残余应力是由于磨削过程中金属容积发生变化等因素形成的磨削表面层残余应力的形成可由以下几种形式：,由于磨削温度的不均匀将形成热应力，一般为拉应力；由于金属组织的变化将形成相变应力，可能为拉应力或压应力；由于磨削过程塑性变形的不均衡形成塑变应力，一般为压应力残余压应力可提高零件疲劳强度和使用寿命残余拉应力将使零件表面翘曲，强度下降，形成疲劳破坏磨削过程中，当形成的残余拉应力超过工件材料的强度极限时，工件表面就会出现裂纹磨削裂纹极浅，呈网状或垂直于磨削方向有时不在表层，而存在于表层之下有时在研磨或使用过程中，由于去除了表面极薄金属层后，残余应力失去平衡，形成微细裂纹这些微小裂纹，在交变载荷作用下，会迅速扩展，并造成工件的破坏。