機械加工表面質(zhì)量(共51頁).ppt

1、1第五章 機械加工表面質(zhì)量 2 尺寸精度形狀精度位置精度（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）表面粗糙度波度紋理方向傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀特征表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應力圖5-1 加工質(zhì)量包含的內(nèi)容3第五章第五章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量4第五章第五章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量55.1 加工表面質(zhì)量的概念加工表面質(zhì)量的概念5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響5.3 影響加工表面粗糙度的因素影響加工表面粗糙度的因素5.4 影響加工表面層物理機械性能的因素影響加工表面層物理

2、機械性能的因素5.5 改善表面粗糙度的方法改善表面粗糙度的方法5.6 工件表面強化的常見方法工件表面強化的常見方法6 加工表面質(zhì)量：工件加工后表面層的狀態(tài)。加工表面質(zhì)量：工件加工后表面層的狀態(tài)。加工加工表面質(zhì)量表面質(zhì)量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面層物理、表面層物理、力學性能變化力學性能變化表面層幾何表面層幾何形狀特征形狀特征表面層冷作硬化表面層冷作硬化表面層殘余應力表面層殘余應力表面層金相組織的變化表面層金相組織的變化紋理方向紋理方向表面缺陷表面缺陷(傷痕傷痕)5.1 加工表面質(zhì)量的概念微觀幾何輪廓宏觀幾何輪廓789 一般情況下表面硬一般情況下表面硬化層的深度可達化層的深度可達0.

3、05 0.30mm。10111. 表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響 （一）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響零件磨損三個階段：零件磨損三個階段：初期磨損階段；正常磨損階段；劇烈磨損階段初期磨損階段；正常磨損階段；劇烈磨損階段零件耐磨性的影響因素：零件耐磨性的影響因素： 摩擦副的材料；潤滑條件；表面質(zhì)量摩擦副的材料；潤滑條件；表面質(zhì)量(接觸面積接觸面積)。圖圖5-1 5-1 磨損過程的基本規(guī)律磨損過程的基本規(guī)律121. 表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響 表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大和太小

4、都不耐磨 表面粗糙度太大表面粗糙度太大，接觸表面的實際壓強增大，粗，接觸表面的實際壓強增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??；糙不平的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??； 表面粗糙度太小表面粗糙度太小，也會導致磨損加劇。因為表面，也會導致磨損加劇。因為表面太光滑，存不住潤滑油，接觸面間不易形成油膜，太光滑，存不住潤滑油，接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。（一）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響13圖圖5-1 表面粗糙度與初期磨損量的關系表面粗糙度與初期磨損量的關系表面粗糙

5、度的最佳值與機器零件的工作情況有關表面粗糙度的最佳值與機器零件的工作情況有關，載，載荷加大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度荷加大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨之右移。值也隨之右移。 5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響142. 冷作硬化對耐磨性的影響冷作硬化對耐磨性的影響 加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。 因為表面的冷作硬化使磨擦副表面層金屬的因為表面的冷作硬化使磨擦副表面層金屬的顯微顯微硬度提高，塑性降低硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。性變形和塑性變形

6、。 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。HB磨損量磨損量(m) 過分的冷作硬化，將引過分的冷作硬化，將引起金屬組織過度起金屬組織過度“疏松疏松”，在相對運動中可能會產(chǎn)生在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨成小顆粒，使零件加速磨損。損。5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響15 3. 表面紋理對耐磨性的影響表面紋理對耐磨性的影響 表面紋理的形狀及刀紋方向?qū)δ湍バ缘挠绊?，紋表面紋理的形狀及刀紋方向?qū)δ湍バ缘挠绊?，紋理形狀及刀紋方向影響理形狀及刀紋方向影響有效接觸面積有效接觸面積與與潤滑液的存留潤滑液的存留。4.

7、表面層產(chǎn)生的金相組織變化對零件耐磨性的影響表面層產(chǎn)生的金相組織變化對零件耐磨性的影響 金相組織的變化引起金相組織的變化引起基體材料硬度基體材料硬度的變化，進而的變化，進而影響零件的耐磨性。影響零件的耐磨性。5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響16（二）表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響（二）表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響 1. 表面粗糙度對疲勞強度的影響表面粗糙度對疲勞強度的影響 n 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。n 對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。 在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易在交變載荷作用下，表

8、面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。n表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，應力集中越嚴重，其抗疲勞破壞的能力越差。應力集中越嚴重，其抗疲勞破壞的能力越差。 5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響172.表面層冷作硬化與殘余應力對耐疲勞性的影響表面層冷作硬化與殘余應力對耐疲勞性的影響 適度的適度的表面層冷作硬化能表面層冷作硬化能提高提高零件的零件的疲勞強度疲勞強度； 殘余應力有拉應力和壓應力之分，殘余應力有拉應力和

9、壓應力之分，殘余拉應力：殘余拉應力：易使已加工表面易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴展而產(chǎn)生裂紋并使其擴展而降低疲勞強度降低疲勞強度。 殘余壓應力：殘余壓應力：能夠能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應力部分地抵消工作載荷施加的拉應力，延緩疲勞裂紋的擴展，從而延緩疲勞裂紋的擴展，從而提高提高零件的零件的疲勞強度疲勞強度。5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響18（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響 1. 表面粗糙度對耐腐蝕性的影響表面粗糙度對耐腐蝕性的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強烈。越深，滲透與腐

10、蝕作用越強烈。減小零件表面粗糙減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能度，可以提高零件的耐腐蝕性能。 2.表面殘余應力對耐腐蝕性能的影響表面殘余應力對耐腐蝕性能的影響 零件表面零件表面殘余壓應力殘余壓應力使零件表面緊密，腐蝕性物使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進入，質(zhì)不易進入，可增強零件的耐腐蝕性可增強零件的耐腐蝕性，而表面殘余，而表面殘余拉應力則降低零件耐腐蝕性。拉應力則降低零件耐腐蝕性。 5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響19（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響1.表面粗糙度對零件配合精度的影響表面粗糙度對零件配合精度的影響 間隙配合間隙配合:粗糙度

11、值增大會使磨損增大，造成間隙增大，破粗糙度值增大會使磨損增大，造成間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。壞了要求的配合性質(zhì)。 過盈配合過盈配合:裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，產(chǎn)生塑性變裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，產(chǎn)生塑性變形，實際過盈量減小，降低了配合件間的聯(lián)接強度。形，實際過盈量減小，降低了配合件間的聯(lián)接強度。 過渡配合過渡配合:因多用壓力及錘敲裝配，表面粗糙度也會使配合因多用壓力及錘敲裝配，表面粗糙度也會使配合變松。變松。2.表面殘余應力對零件工作精度的影響表面殘余應力對零件工作精度的影響 表面層有較大的殘余應力，就會影響它們精度的穩(wěn)定性。表面層有較大的殘余應力，就會影響它們精度的穩(wěn)定性。

12、5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響20表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響：表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響： 減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測量精度；量精度； 對滑動零件，減小表面粗糙度可降低其摩擦系數(shù)，從對滑動零件，減小表面粗糙度可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。而減少發(fā)熱和功率損失。 表面層的殘余應力會使零件在使用過程中繼續(xù)變形，表面層的殘余應力會使零件在使用過程中繼續(xù)變形，失去原來的精度，降低機器的工作質(zhì)量。失去原來的精度，降低機器的工作質(zhì)量。5.2 加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響21加工表面質(zhì)量對

13、零件使用性能的影響加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性適度冷硬能提高耐磨性對疲勞強度的對疲勞強度的影響影響對耐磨性影響對耐磨性影響對耐腐蝕性能對耐腐蝕性能的影響的影響對配合質(zhì)量的對配合質(zhì)量的影響影響粗糙度越大，疲勞強度越差粗糙度越大，疲勞強度越差適度冷硬、殘余壓應力能提高疲適度冷硬、殘余壓應力能提高疲勞強度勞強度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低殘余應力越大，工作精度降低殘余應力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應力提高耐腐蝕性，拉應力反壓應力提高耐腐蝕性，拉

14、應力反之則降低耐腐蝕性之則降低耐腐蝕性總結(jié)總結(jié):22 機械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為機械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾幾何因素何因素和和物理力學因素物理力學因素兩個方面。兩個方面。（一）切削加工時表面粗糙度的影響因素（一）切削加工時表面粗糙度的影響因素1. 幾何因素幾何因素刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr進給量進給量f5.3 影響加工表面粗糙度的因素23副副偏偏角角主主偏偏角角，K Kf f：進進給給量量，K Kk kc co ot tc co ot tk kf fH H r rr rr rr r刀刀尖尖圓圓弧弧半半徑徑r r8 8r r

15、f fH H2 2當?shù)都鈭A弧半徑當?shù)都鈭A弧半徑r=0=0時，殘留面積高度時，殘留面積高度H為為當?shù)都鈭A弧半徑當?shù)都鈭A弧半徑r0 0時，時，v 減小進給量減小進給量f、減小主偏角、減小主偏角kr和副偏角和副偏角kr、增大刀、增大刀尖圓弧半徑尖圓弧半徑r，都能減小理論殘留面積的高度，都能減小理論殘留面積的高度H，也就，也就減小了零件的表面粗糙度。減小了零件的表面粗糙度。 殘留殘留面積高度面積高度H H的計算：的計算：242. 非幾何因素非幾何因素（1）工件材料的影響）工件材料的影響v韌性材料韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。表面愈

16、粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理。v 脆性材料脆性材料：加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑：加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙表面粗糙。5.3 影響加工表面粗糙度的因素（2）切削速度的影響）切削速度的影響加工塑性材料時，加工塑性材料時，切削速度切削速度對表面粗糙對表面粗糙度的影響如圖所示。度的影響如圖所示。積屑瘤和鱗刺積屑瘤和鱗刺僅在

17、僅在低速時產(chǎn)生。切削速度越高，塑性變形低速時產(chǎn)生。切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小；越不充分，表面粗糙度值越小；選擇低選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。的表面粗糙度。 實線只考慮塑性變形的影響虛線考慮刀瘤和鱗刺的影響26（4）其它因素的影響）其它因素的影響 此外，合理使用此外，合理使用冷卻潤滑液冷卻潤滑液，適，適當當增大刀具的前角增大刀具的前角，提高，提高刀具的刃刀具的刃磨磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。糙度值。（3）進給量的影響）進給量的影響 減小進給量減小進給量f固然可以減小表面粗糙固然

18、可以減小表面粗糙度值，但度值，但進給量過小，表面粗糙度會進給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢。有增大的趨勢。5.3 影響加工表面粗糙度的因素27影響切削加工表面影響切削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量刀具材料、刃磨質(zhì)量切削用量切削用量工件材料工件材料殘留面積 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃傾角會影響實際工作前角 v Raf Raap對Ra影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面材料塑性 Ra同樣材料晶粒組織大 Ra，常用正火、調(diào)質(zhì)處理刀具材料強度 Ra刃磨質(zhì)量 Ra冷卻、潤滑 Ra影響切削加工表面粗糙度的因素影響切削加工表面粗糙度的因素28外圓磨削外圓磨削（

19、二）磨削加工時表面粗糙度的影響因素（二）磨削加工時表面粗糙度的影響因素磨削用量：磨削用量：砂輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速、軸向進給量（砂輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速、軸向進給量（f）、砂輪縱向進）、砂輪縱向進給量（給量（ap）。）。砂輪的六因素砂輪的六因素：磨料，粒度，結(jié)合劑，硬度，組織，形狀尺寸。：磨料，粒度，結(jié)合劑，硬度，組織，形狀尺寸。5.3 影響加工表面粗糙度的因素29 工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的刻痕形成的，工件單位面積上通過的砂粒數(shù)越多，則刻痕刻痕形成的，工件單位面積上通過的砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。越多

20、，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。v砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。表面粗糙度值就越小?！吧拜喫俣壬拜喫俣葀，Ra”v工件轉(zhuǎn)速對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相工件轉(zhuǎn)速對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。反。工件轉(zhuǎn)速增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面工件轉(zhuǎn)速增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面粗糙度值增大粗糙度值增大?！肮ぜ俣葀w，Ra ”v砂輪縱向進給砂輪縱向進給增大增大，工件表面被砂輪重復磨削的次數(shù)工件表面被砂輪重復磨削的次數(shù)減少減少，被磨表面的粗糙度值將被磨表面的粗糙

21、度值將增大增大。“砂輪縱向進給f，Ra ”1. 磨削用量對表面粗糙度值的影響磨削用量對表面粗糙度值的影響（二）磨削加工時表面粗糙度的影響因素（二）磨削加工時表面粗糙度的影響因素v 磨削深度磨削深度增大，表層塑性變形將隨之增大，被磨表面粗糙增大，表層塑性變形將隨之增大，被磨表面粗糙度值也會增大。度值也會增大?！澳ハ魃疃饶ハ魃疃萢p，Ra ”v光磨次數(shù)光磨次數(shù)，Ra1. 磨削用量對表面粗糙度值的影響磨削用量對表面粗糙度值的影響（二）磨削加工時表面粗糙度的影響因素（二）磨削加工時表面粗糙度的影響因素 為提高磨削效率，通常在開始磨削時采用較大的徑向進給量，為提高磨削效率，通常在開始磨削時采用較大的徑向

22、進給量，而在磨削后期采用較小的徑向進給量或無進給量磨削，以減小表而在磨削后期采用較小的徑向進給量或無進給量磨削，以減小表面粗糙度值。面粗糙度值。31n砂輪粒度：砂輪粒度：磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細，刃口的磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細，刃口的等高性越好。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨削表等高性越好。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越細密均勻，表面粗糙度值就越小。太細，砂輪面上的刻痕就越細密均勻，表面粗糙度值就越小。太細，砂輪易被堵塞使加工表面燒傷。易被堵塞使加工表面燒傷。砂輪粒度常取砂輪粒度常取4660號。號。n砂輪硬度砂輪硬度:太硬，不易太硬，不易磨

23、粒脫落磨粒脫落,表面粗糙度增大；太軟，磨粒表面粗糙度增大；太軟，磨粒易脫落易脫落,使表面粗糙度值使表面粗糙度值增大增大。硬度合適、自勵性好。硬度合適、自勵性好Ra常選常選用中軟砂輪。用中軟砂輪。n砂輪組織砂輪組織。緊密組織在精密磨獲得高精度和較小的表面粗糙。緊密組織在精密磨獲得高精度和較小的表面粗糙度值；疏松組織不易堵塞度值；疏松組織不易堵塞,適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料。中等組織的砂輪中等組織的砂輪2.砂輪性能對表面粗糙度值的影響砂輪性能對表面粗糙度值的影響 磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多數(shù)是負前角，切磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多數(shù)是負前角，切削刃又不銳利，

24、大多數(shù)磨粒在磨削過程中只是對被加工表面擠壓，沒削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過程中只是對被加工表面擠壓，沒有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時的高溫更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。的高溫更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。32n砂輪修整：砂輪修整：砂輪修整除了使砂輪具有正確的幾何形狀外，更砂輪修整除了使砂輪具有正確的幾何形狀外，更重要的是使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃。因此，重要的是使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃。因此，砂輪修整的質(zhì)量對磨削表面的粗糙度影響很大。砂輪修整的質(zhì)量對磨削表

25、面的粗糙度影響很大。精細修整過的精細修整過的砂輪可有效減小被磨工件的表面粗糙度值。砂輪可有效減小被磨工件的表面粗糙度值。n砂輪磨料：砂輪磨料： 砂輪磨料選擇適當，可獲得滿意的表面粗糙度。砂輪磨料選擇適當，可獲得滿意的表面粗糙度。2.砂輪性能對表面粗糙度值的影響砂輪性能對表面粗糙度值的影響氧化物（剛玉）砂輪：磨鋼類零件；氧化物（剛玉）砂輪：磨鋼類零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂輪：磨鑄鐵、硬質(zhì)合金等；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂輪：磨鑄鐵、硬質(zhì)合金等；高硬材料（人造金剛石、立方氮化硼）砂輪：可獲極小高硬材料（人造金剛石、立方氮化硼）砂輪：可獲極小表面粗糙度值，成本高。磨硬質(zhì)合金等脆性材料。表面粗糙

26、度值，成本高。磨硬質(zhì)合金等脆性材料。33表面物理機械表面物理機械性能性能影響金相組織影響金相組織變化因素變化因素影響顯微硬度影響顯微硬度因素因素影響殘余應力影響殘余應力因素因素塑變引起的冷硬塑變引起的冷硬金相組織變化引金相組織變化引起的硬度變化起的硬度變化冷塑性變形冷塑性變形熱塑性變形熱塑性變形金相組織變化金相組織變化切削熱切削熱5.4 影響加工表面層物理機械性能的因素冷作硬化冷作硬化殘余應力殘余應力金相組織變化金相組織變化表表現(xiàn)現(xiàn)形形式式34（一）加工（一）加工 表面層的冷作硬化表面層的冷作硬化1.1.表面層冷作硬化的產(chǎn)生表面層冷作硬化的產(chǎn)生 冷作硬化冷作硬化：機械加工時，工件表面層金屬受到

27、切機械加工時，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強烈的塑性變形，使削力的作用產(chǎn)生強烈的塑性變形，使晶格扭曲晶格扭曲，晶，晶粒間產(chǎn)生粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強度和硬度增加從而使表面層的強度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強化。工硬化，又稱冷作硬化和強化。5.4 影響加工表面層物理機械性能的因素35衡量表面層加工硬化程度的指標衡量表面層加工硬化程度的指標有下列三項：有下列三項： 1）表面層的顯微硬度）表面層的顯微硬度H；2）硬化層深度）硬化層深度h；3）硬化程度）硬化程度N N=(H-H0)/

28、H0100 式中式中 H0工件原表面層的顯微硬度。工件原表面層的顯微硬度。5.4 影響加工表面層物理機械性能的因素36 (1)刀具幾何形狀的影響刀具幾何形狀的影響切削刃切削刃 r、前角、前角、后面磨損量、后面磨損量 表層金屬的塑變加劇表層金屬的塑變加劇冷硬冷硬(3)切削用量的影響切削用量的影響 切削速度切削速度v塑變塑變冷硬冷硬 f切削力切削力塑變塑變冷硬冷硬 (2)工件材料性能的影響工件材料性能的影響 材料塑性材料塑性冷硬冷硬2.2.影響冷作硬化的因素影響冷作硬化的因素 表面層冷作硬化的程度決定于表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度變形速度及及變變形時的溫度形

29、時的溫度。力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大；速度越。力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大；速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越??；變形時的溫度不僅影大，塑性變形越不充分，則硬化程度越??；變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復程度。響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復程度。37 切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加工切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加工區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。 磨削加工時，表面層有很高的溫度，當溫度達到磨削加工時，表面層有很高的溫度，當溫度達到相變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化相變臨界

30、點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強，強度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋，度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋，使工件表面呈現(xiàn)氧化膜顏色。這種現(xiàn)象稱使工件表面呈現(xiàn)氧化膜顏色。這種現(xiàn)象稱磨削燒傷磨削燒傷。 （二）表層金屬的金相組織變化（二）表層金屬的金相組織變化1.1.磨削燒傷磨削燒傷5.4 影響加工表面層物理機械性能的因素382）淬火燒傷淬火燒傷 1）回火燒傷回火燒傷 3）退火燒傷退火燒傷 磨削時，如果工件表面層溫度只只是超過原來的回火溫度是超過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織硬度較低的回火組織（索氏體或屈氏體

31、），這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。 磨削時，當工件表面層溫度超過相變臨界溫度時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時無冷卻液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和強度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。淬火鋼在磨削時，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷磨削燒傷有三種形式有三種形式： 磨削時工件表面溫度超過相變臨界溫度超過相變臨界溫度時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是表面層總的硬度是降低降低的，這種現(xiàn)象稱為淬火燒傷。（二）表層金屬的金相組織變化（二）

32、表層金屬的金相組織變化392.改善磨削燒傷的工藝途徑（二）表層金屬的金相組織變化（二）表層金屬的金相組織變化n正確選擇砂輪正確選擇砂輪 選用具有一定彈性的結(jié)合劑對緩解磨削燒傷有利。彈性的結(jié)合劑對緩解磨削燒傷有利。磨削力突然增大時，磨粒可以產(chǎn)生一定的彈性退讓，使磨削徑向進給量減小，可以減輕燒傷程度。當磨削塑性較大的材料塑性較大的材料，為了避免砂輪堵塞，選用砂粒較粗砂粒較粗的砂輪的砂輪。n合理選擇切削用量合理選擇切削用量 磨削徑向進給量對磨削燒傷影響很大。磨削徑向進給量增加，磨削力和磨削熱會急劇增加，容易產(chǎn)生燒傷。適當增加磨削軸向進給量增加磨削軸向進給量可以減輕燒傷。 n改善冷卻條件改善冷卻條件

33、n向磨削區(qū)澆注更多的冷卻液，就能有效防止燒傷現(xiàn)象的發(fā)生。40（三）表面層殘余應力（三）表面層殘余應力定義：定義： 機械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，機械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，在在表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性力衡的彈性力。這種應力即為表面層的殘余應力。這種應力即為表面層的殘余應力。5.4 影響加工表面層物理機械性能的因素41 1）冷態(tài)塑變）冷態(tài)塑變 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應力，而在里層產(chǎn)

34、生殘余表層產(chǎn)生殘余壓應力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應力拉伸應力。 2）熱態(tài)塑變）熱態(tài)塑變 表層產(chǎn)生殘余拉應力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應力表層產(chǎn)生殘余拉應力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應力 3）金相組織變化）金相組織變化切削過程產(chǎn)生的高溫會引起表面層的相變，切削過程產(chǎn)生的高溫會引起表面層的相變，表面層金相變化的結(jié)果會造成體積的變化。表面層金相變化的結(jié)果會造成體積的變化。表面層體積膨脹時因受到基體的限制產(chǎn)生拉表面層體積膨脹時因受到基體的限制產(chǎn)生拉應力；反之，產(chǎn)生壓應力。應力；反之，產(chǎn)生壓應力。（三）表面層殘余應力（三）表面層殘余應力1.1.表面層殘余應力的產(chǎn)生的原因表面層殘余應力的產(chǎn)生的原因42磨削裂紋的產(chǎn)生磨削

35、裂紋的產(chǎn)生 磨削裂紋和殘余應力有著十分密切的關系。在磨削磨削裂紋和殘余應力有著十分密切的關系。在磨削過程中，當工件表面層產(chǎn)生的殘余應力超過工件材料的強過程中，當工件表面層產(chǎn)生的殘余應力超過工件材料的強度極限時，工件表面就會產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同度極限時，工件表面就會產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。時出現(xiàn)。 機械加工后工件表面層的殘余應力是冷態(tài)塑性變機械加工后工件表面層的殘余應力是冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。 切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應力。表

36、面層常產(chǎn)生殘余壓縮應力。432.2.影響表層金屬殘余應力的工藝因素影響表層金屬殘余應力的工藝因素（三）表面層殘余應力（三）表面層殘余應力影響表層金屬殘余應力的主要因素有：影響表層金屬殘余應力的主要因素有：刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)、刀刀具磨損具磨損、切削用量切削用量以及以及工件材料工件材料等。等。1）刀具幾何參數(shù)）刀具幾何參數(shù) 刀具幾何參數(shù)中對殘余應力影響最大的是刀具刀具幾何參數(shù)中對殘余應力影響最大的是刀具前角前角。刀。刀具具前角前角由正變?yōu)樨摃r由正變?yōu)樨摃r，表層殘余拉應力逐漸減小，表層殘余拉應力逐漸減小。當前角。當前角為較大負值且切削用量合適時，甚至可得到殘余壓應力。為較大負值且切削用量合適時

37、，甚至可得到殘余壓應力。2）工件材料）工件材料 切削加工奧氏體不銹鋼等塑性材料時，加工表面易產(chǎn)切削加工奧氏體不銹鋼等塑性材料時，加工表面易產(chǎn)生殘余拉應力。切削生殘余拉應力。切削灰鑄鐵等脆性材料灰鑄鐵等脆性材料時，加工表面易產(chǎn)時，加工表面易產(chǎn)生殘余生殘余壓應力。壓應力。減小，442.2.影響表層金屬殘余應力的工藝因素影響表層金屬殘余應力的工藝因素（三）表面層殘余應力（三）表面層殘余應力3）刀具磨損）刀具磨損刀具刀具后刀面磨損值增大后刀面磨損值增大，使后刀面與加工表面摩擦增大使后刀面與加工表面摩擦增大，由熱應力引起的由熱應力引起的殘余應力增強殘余應力增強，使加工表面呈殘余拉應力，使加工表面呈殘余拉

38、應力，并使殘余拉應力層深度加大。，并使殘余拉應力層深度加大。4）切削用量）切削用量 切削速度切削速度Vc和進給量和進給量f對殘余應力的影響較大。對殘余應力的影響較大。Vc增加，增加，切削溫度升高切削溫度升高，由切削溫度引起的，由切削溫度引起的熱應力熱應力逐漸逐漸起主導作用起主導作用，殘余應力將增大殘余應力將增大，但殘余應力層深度減小。，但殘余應力層深度減小。進給量進給量f增加，殘余拉應力增大，但壓應力將向里層移動增加，殘余拉應力增大，但壓應力將向里層移動.背吃刀量對殘余應力的影響不顯著。背吃刀量對殘余應力的影響不顯著。減小，453.3.零件工作表面最終工序加工方法對表面零件工作表面最終工序加工

39、方法對表面層殘余應力的影響層殘余應力的影響 零件工作表面最終工序在該工作表面留下的殘余應力零件工作表面最終工序在該工作表面留下的殘余應力將直接影響零件的使用性能。不同的加工方法在加工表面將直接影響零件的使用性能。不同的加工方法在加工表面上殘留的殘余應力不同，因此零件工作表面最終工序加工上殘留的殘余應力不同，因此零件工作表面最終工序加工方法的選擇至關重要。方法的選擇至關重要。 選擇零件工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件工選擇零件工作表面最終工序加工方法，須考慮該零件工作表面的作表面的具體工作條件具體工作條件和和可能的破壞形式可能的破壞形式，盡可能使產(chǎn)生盡可能使產(chǎn)生殘余壓應力，提高零件疲勞強度

40、殘余壓應力，提高零件疲勞強度。465.5 改善表面粗糙度的方法光整加工光整加工:不切除或從工件上切除極薄材料層，以減不切除或從工件上切除極薄材料層，以減小工件表面粗糙度為目的的加工方法小工件表面粗糙度為目的的加工方法，如超級光磨和，如超級光磨和拋光等。拋光等。p研磨研磨:在精加工基礎上利用研具和磨料從工件表面在精加工基礎上利用研具和磨料從工件表面磨去一層極薄金屬的一種磨料精密加工方法。磨去一層極薄金屬的一種磨料精密加工方法。 尺寸公差等級可達尺寸公差等級可達IT5IT3，Ra值可達值可達0.10.008m 。研磨是精密和超精密零件精加工的主要方。研磨是精密和超精密零件精加工的主要方法之一?？墒沽慵@得極高的尺寸精度、幾何形狀和法之一?？墒沽慵@得極高的尺寸精度、幾何形狀和位置精度，最高的表面粗糙度。位置精度，最高的表面粗糙度。475.5 改善表面粗糙度的方法p拋光拋光:利用柔性拋光工具和游離磨料顆?；蚱渌麙伬萌嵝話伖夤ぞ吆陀坞x磨料顆?；蚱渌麙伖饨橘|(zhì)對工件表面進行的修飾加工。光介質(zhì)對工件表面進行的修飾加工。 拋光一般拋光一般不能提高不能提高工件的工件的尺寸精度或幾何形狀精尺寸精度或幾何形狀精度度，而是以，而是以得到光滑表面得到光滑表面或或鏡面光澤鏡面光澤為目的。為目的。 拋光常作為拋光常作