機(jī)械制造技術(shù)34

1、4.3 4.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量 機(jī)械機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和延長使用壽命用性能和延長使用壽命。 本章主要研究零件表面層在加工中本章主要研究零件表面層在加工中的變化和發(fā)生變化的機(jī)理，的變化和發(fā)生變化的機(jī)理，掌握機(jī)械掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律響規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工中，運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工中的各種影響因素，以的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的滿足表面質(zhì)量的要求。要求。4.3.1 表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義.表面質(zhì)量表面質(zhì)量表面層的幾何形狀表面層的幾何形狀表面層的物理機(jī)械性能表面層的

2、物理機(jī)械性能1、表面層的表面粗糙度、表面層的表面粗糙度是指表面微觀幾何是指表面微觀幾何形狀誤差形狀誤差2、表面層的物理機(jī)械性能、表面層的物理機(jī)械性能表面層冷作硬化表面層冷作硬化表面層金相組織的變化表面層金相組織的變化表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義 表面層冷作硬化表面層冷作硬化 零件在加工中表面層金屬零件在加工中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形后，引產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形后，引起的強(qiáng)度和硬度都有所提高起的強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 表面層金相組織的變化表面層金相組織的變化 由于切削熱引起工件由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層表面溫升過高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化

3、金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力 由于加工過程中切削變由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 4.3.24.3.2表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響 （1 1）表面粗糙度耐磨性的影響）表面粗糙度耐磨性的影響1. 1. 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 接觸面的表面接觸面的表面粗糙度有一個(gè)粗糙度有一個(gè)最佳值，它與最佳值，它與零件的工作情零件的工作情況有關(guān)況有關(guān) 表面層的冷硬可顯著地減少零件的表面層的冷硬可顯著地減少零件的磨損，磨損

4、，但如果表面硬化過度，會(huì)發(fā)但如果表面硬化過度，會(huì)發(fā)生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。表面層產(chǎn)生表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)金相組織變化時(shí)，由于，由于改變了基體材料原來的硬度，因而改變了基體材料原來的硬度，因而也直接也直接影響其耐磨性影響其耐磨性。 (2) (2) 表面冷作硬化對(duì)耐磨性的影響表面冷作硬化對(duì)耐磨性的影響 2、表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響、表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度表面粗糙度值值越大，表面裂紋越深，越大，表面裂紋越深，紋底半徑愈小，紋底半徑愈小，抗抗疲勞能力越差。疲勞能力越差。表面層殘余拉應(yīng)力使疲勞裂紋擴(kuò)大，表面層殘余拉應(yīng)力使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；表面

5、層殘余壓應(yīng)力能加速疲勞破壞；表面層殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的發(fā)生。壞的發(fā)生。 .3 3、表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響、表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響 零件零件表面粗糙度值越大表面粗糙度值越大，潮濕潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零在零件表面四處件表面四處而發(fā)生化學(xué)腐蝕而發(fā)生化學(xué)腐蝕 4 4、對(duì)零件的其它影響、對(duì)零件的其它影響 表面質(zhì)量表面質(zhì)量對(duì)零件對(duì)零件的配合質(zhì)量、密封的配合質(zhì)量、密封性能及摩擦系數(shù)都性能及摩擦系數(shù)都有很大的影響有很大的影響。4.3.3 影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素（1 1）刀具幾何形狀的復(fù)映）刀具幾何形

6、狀的復(fù)映1 1、切削加工影響表面粗糙度的因素、切削加工影響表面粗糙度的因素（2 2）工件材料的性質(zhì)）工件材料的性質(zhì) 加工塑性材料時(shí)，由于刀具加工塑性材料時(shí)，由于刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，工件材料韌性越好，金屬的塑性工件材料韌性越好，金屬的塑性變形就越大，加工表面越粗糙。變形就越大，加工表面越粗糙。 （3 3）切削用量的影響）切削用量的影響 選擇低速寬刀精切或高速精選擇低速寬刀精切或高速精切可使表面粗糙度明顯減小切可使表面粗糙度明顯減小 過小的背吃刀量或進(jìn)給量，過小的背吃刀量或進(jìn)給量，將使刀具在被加工表面上擠壓和將使刀具在被加工表面上擠壓和打滑，形成附加的塑性變

7、形，會(huì)打滑，形成附加的塑性變形，會(huì)增大表面粗糙度值。增大表面粗糙度值。(4) (4) 進(jìn)給量、切深對(duì)表面粗糙進(jìn)給量、切深對(duì)表面粗糙度的影響度的影響2 2、磨削加工影響表面粗糙度的因素、磨削加工影響表面粗糙度的因素砂輪的粒度愈細(xì)，則工件上的刻砂輪的粒度愈細(xì)，則工件上的刻痕也愈細(xì)，粗糙度值愈低。痕也愈細(xì)，粗糙度值愈低。砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪工作砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪工作表面上的等高微刃就越多，工件表表面上的等高微刃就越多，工件表面粗糙度值愈低。面粗糙度值愈低。提高砂輪速度可以增加單位時(shí)間提高砂輪速度可以增加單位時(shí)間內(nèi)工件單位面積上的刻痕數(shù)，粗糙內(nèi)工件單位面積上的刻痕數(shù)，粗糙度可以顯著減低。度可

8、以顯著減低。工件速度越大，單個(gè)磨粒的磨工件速度越大，單個(gè)磨粒的磨削厚度就越大，單位時(shí)間內(nèi)磨削削厚度就越大，單位時(shí)間內(nèi)磨削工件表面的磨粒數(shù)減少，表面粗工件表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值增大。糙度值增大。徑向進(jìn)給量增大將增加塑性變徑向進(jìn)給量增大將增加塑性變形的程度從而增大粗糙度。形的程度從而增大粗糙度。采用較小的軸向進(jìn)給量，則磨采用較小的軸向進(jìn)給量，則磨削后表面粗糙度較低。削后表面粗糙度較低。4.3.4 4.3.4 影響加工表面層物理影響加工表面層物理力學(xué)性能的因素力學(xué)性能的因素1 1、表面層的冷作硬化、表面層的冷作硬化冷作硬化：在切削或磨削加工時(shí)，表面層冷作硬化：在切削或磨削加工時(shí)，表面層金屬由

9、于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切剪切金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎，金屬滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎，金屬組織變得更為密實(shí)，其顯微硬度明顯高于組織變得更為密實(shí)，其顯微硬度明顯高于工件材料本身的硬度。工件材料本身的硬度。v.由于工件表面的由于工件表面的加工硬化層的硬加工硬化層的硬度分布不均勻，度分布不均勻，軟硬不一致的交軟硬不一致的交界處界處容易產(chǎn)生應(yīng)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中力集中而造成零而造成零件的疲勞裂紋，件的疲勞裂紋，故在加工中故在加工中應(yīng)避應(yīng)避免或減少出現(xiàn)加免或減少出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象工硬化現(xiàn)象。影響冷作硬化的主要因素影響冷作硬化的主要因素 1) 1) 刀具的影響：切

10、削刃鈍圓半徑增刀具的影響：切削刃鈍圓半徑增大，冷硬增強(qiáng)。大，冷硬增強(qiáng)。2) 2) 切削用量的影響：切削速度增大，切削用量的影響：切削速度增大，冷硬層深度減小。冷硬層深度減小。3) 3) 加工材料的影響加工材料的影響 工件材料的塑工件材料的塑性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。性愈大，冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。 2 2、表面層金相組織變化、表面層金相組織變化 磨削加工時(shí)，磨削加工所磨削加工時(shí)，磨削加工所消耗的能量絕大部分要轉(zhuǎn)化為消耗的能量絕大部分要轉(zhuǎn)化為熱，傳給被磨工件表面，使工熱，傳給被磨工件表面，使工件溫度升高，引起加工表面層件溫度升高，引起加工表面層金屬金相組織的顯著變化。金屬金相組織的顯著變化。 磨削時(shí)，

11、在很短的時(shí)間內(nèi)磨削區(qū)溫磨削時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)磨削區(qū)溫度可上升到度可上升到4001000,促使加工表面促使加工表面局部表面出現(xiàn)金相組織的變化，強(qiáng)度和局部表面出現(xiàn)金相組織的變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂紋，這就是磨削燒傷現(xiàn)象。紋，這就是磨削燒傷現(xiàn)象。 (1) (1) 磨削燒傷磨削燒傷 回火燒傷回火燒傷：如果磨削區(qū)的溫度超過馬氏：如果磨削區(qū)的溫度超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層金屬的回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織( (索氏索氏體或托氏體體或托氏體) )，淬火燒傷淬火燒傷：如果

12、磨削區(qū)溫度超過了相變：如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，使表層溫度，再加上冷卻液的急冷作用，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，在它的下金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，在它的下層，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的層，出現(xiàn)了硬度比原先的回火馬氏體低的回火組織回火組織( (索氏體或托氏體索氏體或托氏體) )退火燒傷退火燒傷：如果磨削區(qū)溫度超過了相變：如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層溫度，而磨削區(qū)域又無冷卻液進(jìn)入，表層金屬將產(chǎn)生退火組織金屬將產(chǎn)生退火組織 改善磨削燒傷的途徑改善磨削燒傷的途徑1) 1) 正確選擇砂輪正確選擇砂輪2) 2) 合理選擇磨削用量合理選擇磨削用量3) 3) 改善冷卻條件改善冷卻條件3 3、殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、殘余應(yīng)力的產(chǎn)生（1）冷塑性變形機(jī)理：）冷塑性變形機(jī)理：加工時(shí)，工加工時(shí)，工件已加工表面的表層金屬受刀具鈍件已加工表面的表層金屬受刀具鈍圓刃的強(qiáng)烈擠壓和摩擦，圓刃的強(qiáng)烈擠壓和摩擦， 產(chǎn)生嚴(yán)重產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形而不能彈性恢復(fù)，當(dāng)內(nèi)層塑性變形而不能彈性恢復(fù)，當(dāng)內(nèi)層金屬彈性恢復(fù)時(shí)受到表層金屬的牽金屬彈性恢復(fù)時(shí)受到表層金屬的牽制，故工件表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)制，故工件表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。力。 （2 2）金屬組織變化：）金屬組織變化