模塊三機械加工質(zhì)量 課題二 機械加工表面質(zhì)量

1、機械制造工藝與裝備機械制造工藝與裝備課題一課題一 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量模塊三模塊三 機械加工質(zhì)量知識點知識點l機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量l影響機械加工表面質(zhì)量的因素影響機械加工表面質(zhì)量的因素l機械加工表面質(zhì)量的綜合分析機械加工表面質(zhì)量的綜合分析 技能點技能點l正確認識產(chǎn)生機械加工表面質(zhì)量的問題的原因正確認識產(chǎn)生機械加工表面質(zhì)量的問題的原因l掌握提高機械加工表面質(zhì)量的方法掌握提高機械加工表面質(zhì)量的方法 一一.任務(wù)引入任務(wù)引入 如圖如圖3-13所示為某鏜床夾具側(cè)面定位板，零件材料為所示為某鏜床夾具側(cè)面定位板，零件材料為45號鋼，號鋼，B面表面淬火面表面淬火HRC52，磨削加工后表

2、面粗糙度達不到，磨削加工后表面粗糙度達不到要求，淬火表面硬度下降，且表面出現(xiàn)顯微裂紋，試分析產(chǎn)要求，淬火表面硬度下降，且表面出現(xiàn)顯微裂紋，試分析產(chǎn)生原因及提出改進措施。生原因及提出改進措施。材料：材料：45 ； 毛坯：鍛件毛坯：鍛件 ； B面淬火硬度：面淬火硬度：HRC50圖圖2-33 定位板定位板二二. 任務(wù)分析任務(wù)分析 該定位板用于鏜床夾具中箱體側(cè)面定位，為保證加工工該定位板用于鏜床夾具中箱體側(cè)面定位，為保證加工工件的定位精度，其自身形狀精度和位置位精度要求較高，與件的定位精度，其自身形狀精度和位置位精度要求較高，與工件接觸表面為避免過早磨損需要足夠的硬度。工件接觸表面為避免過早磨損需要足

3、夠的硬度。 工件材料為工件材料為45鋼，毛坯為鍛件，鋼，毛坯為鍛件，B面淬火硬度面淬火硬度HRC50，平行度要求較高。如機床精度保證的前提下，零件的表面粗平行度要求較高。如機床精度保證的前提下，零件的表面粗糙度達不到要求、出現(xiàn)顯微裂紋，淬火表面硬度下降，是磨糙度達不到要求、出現(xiàn)顯微裂紋，淬火表面硬度下降，是磨具和磨削方法選擇不當所引起。本課題主要學(xué)習(xí)影響機械加具和磨削方法選擇不當所引起。本課題主要學(xué)習(xí)影響機械加工表面質(zhì)量的因素和提高機械加工表面質(zhì)量的途徑。工表面質(zhì)量的因素和提高機械加工表面質(zhì)量的途徑。三三. 相關(guān)知識相關(guān)知識 1、表面質(zhì)量的概念、表面質(zhì)量的概念 所謂加工表面質(zhì)量，是指機器零件在

4、加工后的表面層所謂加工表面質(zhì)量，是指機器零件在加工后的表面層狀態(tài)。加工表面質(zhì)量包括兩個方面：狀態(tài)。加工表面質(zhì)量包括兩個方面：加工表面的幾何形狀加工表面的幾何形狀特征特征和和表面層的物理、力學(xué)性能的變化表面層的物理、力學(xué)性能的變化。 （一）機械加工表面質(zhì)量概述（一）機械加工表面質(zhì)量概述 （1）加工表面的幾何形狀特征）加工表面的幾何形狀特征 主要由兩部分組成，表面粗糙度和表面波度。主要由兩部分組成，表面粗糙度和表面波度。1）表面層的冷作硬化；）表面層的冷作硬化； 2）表面層金相組織變化；）表面層金相組織變化；3）表面層殘余應(yīng)力。）表面層殘余應(yīng)力。（2）表面層物理、力學(xué)性能變化）表面層物理、力學(xué)性能

5、變化（1）對耐磨性的影響）對耐磨性的影響2、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響 零件表面磨損過程一般可分為，初期磨損、正常磨損、零件表面磨損過程一般可分為，初期磨損、正常磨損、快速磨損?？焖倌p。 零件表面磨損過程一般可分為，初期磨損、正常磨損、快速零件表面磨損過程一般可分為，初期磨損、正常磨損、快速磨損。零件表面在初期磨損階段，由于零件表面存在微觀不平度，磨損。零件表面在初期磨損階段，由于零件表面存在微觀不平度，當兩個零件表面相互接觸時，有效接觸面積只占名義接觸面積的當兩個零件表面相互接觸時，有效接觸面積只占名義接觸面積的很小一部分，表面越粗糙，有效接觸面積就越小。初

6、期磨損速度很小一部分，表面越粗糙，有效接觸面積就越小。初期磨損速度很快。隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強逐漸減小，很快。隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強逐漸減小，磨損將以較慢的速度進行，進入正常磨損階段。在這之后，由于磨損將以較慢的速度進行，進入正常磨損階段。在這之后，由于有效接觸面積越來越大，零件間的金屬分子親和力增加，表面的有效接觸面積越來越大，零件間的金屬分子親和力增加，表面的機械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損而進入快速磨損機械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損而進入快速磨損階段。階段。 表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般說來，表面粗糙度值表面粗糙度

7、對零件表面磨損的影響很大。一般說來，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分子越小，其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分子粘著，且潤滑液不易儲存，磨損反而增加。因此，就磨損而言，存在一粘著，且潤滑液不易儲存，磨損反而增加。因此，就磨損而言，存在一個最優(yōu)表面粗糙度值。個最優(yōu)表面粗糙度值。圖圖3-2表面粗糙度與起始磨損量的關(guān)系表面粗糙度與起始磨損量的關(guān)系 1）表面粗糙度對耐疲勞性的影響）表面粗糙度對耐疲勞性的影響 表面粗糙度對承受交表面粗糙度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，表面粗變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下

8、，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致疲勞糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致疲勞破壞。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；破壞。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差。抵抗疲勞破壞的能力越差。 2）表面層物理、力學(xué)性能對耐疲勞性的影響）表面層物理、力學(xué)性能對耐疲勞性的影響 表面層存在表面層存在一定程度的冷作硬化可以阻礙疲勞裂紋的產(chǎn)生和已有裂紋的擴一定程度的冷作硬化可以阻礙疲勞裂紋的產(chǎn)生和已有裂紋的擴展，因

9、而可提高疲勞強度，但冷硬程度過高時，常產(chǎn)生大量顯展，因而可提高疲勞強度，但冷硬程度過高時，常產(chǎn)生大量顯微裂紋而降低疲勞強度。微裂紋而降低疲勞強度。（2）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響 1）表面粗糙度對耐蝕性的影響）表面粗糙度對耐蝕性的影響 零件在潮濕的空氣中或在腐蝕性介質(zhì)中工作時，會發(fā)零件在潮濕的空氣中或在腐蝕性介質(zhì)中工作時，會發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。減小表面粗糙度就可以提高零生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。減小表面粗糙度就可以提高零件的耐腐蝕性。件的耐腐蝕性。 2）表面層物理、力學(xué)性能對耐蝕性的影響）表面層物理、力學(xué)性能對耐蝕性的影響 零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，加

10、速了零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，加速了腐蝕作用。如表面存在裂紋，則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感腐蝕作用。如表面存在裂紋，則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。性。（3）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響 表面粗糙度對零件的接觸剛度有很大的影響，表面粗糙表面粗糙度對零件的接觸剛度有很大的影響，表面粗糙度越小，則接觸剛度越高。度越小，則接觸剛度越高。（4）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響 1）間隙配合）間隙配合 初期磨損的影響最大，表面粗糙度越大，起初期磨損的影響最大，表面粗糙度越大，起始磨損量就越大，原有間隙將因急劇的初期磨損而改變，變始磨損量就越大，原有間隙將因急劇的

11、初期磨損而改變，變化量與表面粗糙度的平均高度成正比，從而配合的穩(wěn)定性影化量與表面粗糙度的平均高度成正比，從而配合的穩(wěn)定性影響。響。 2）過盈配合）過盈配合 表面粗糙度越大，兩表面相配合時表面凸峰表面粗糙度越大，兩表面相配合時表面凸峰易被擠掉，這樣使得過盈量減少，從而影響過盈配合的可靠易被擠掉，這樣使得過盈量減少，從而影響過盈配合的可靠性。性。 3）過渡配合）過渡配合 則兼有上述兩種配合的影響。則兼有上述兩種配合的影響。（5）表面質(zhì)量對接觸剛度的影響）表面質(zhì)量對接觸剛度的影響1、影響零件表面粗糙度的因素、影響零件表面粗糙度的因素 機械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為兩機械加工中，表面粗糙

12、度形成的原因大致可歸納為兩個因素：個因素： 一是切削刃一是切削刃(或砂輪或砂輪)與工件相對運動軌跡所形成的表與工件相對運動軌跡所形成的表面粗糙度面粗糙度幾何因素；幾何因素； 二是與工件材料性質(zhì)及切二是與工件材料性質(zhì)及切(磨磨)削機理有關(guān)的因素削機理有關(guān)的因素物理因素。物理因素。 （二）影響機械加工表面質(zhì)量的因素（二）影響機械加工表面質(zhì)量的因素（1）刀具切削加工表面粗糙度的形成）刀具切削加工表面粗糙度的形成圖圖3-19 切削層殘留面積切削層殘留面積 1）幾何因素）幾何因素 在理想切削條件下，由于切削刃的形狀在理想切削條件下，由于切削刃的形狀和進給量的影響，在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積和進

13、給量的影響，在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積就形成了理論表面粗糙度。就形成了理論表面粗糙度。 rrKKfHcotcotrfRH8/2max 從切削過程的物理實質(zhì)考慮，刀具的刃口圓角及后從切削過程的物理實質(zhì)考慮，刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，嚴重惡化了面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，嚴重惡化了表面粗糙度。在加工塑性材料而形成帶狀切屑時，在前表面粗糙度。在加工塑性材料而形成帶狀切屑時，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤。它可以代替前刀面刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤。它可以代替前刀面和切削刃進行切削，使刀具的幾何角度、背吃刀量發(fā)生和切削刃進行切削，使刀具的幾何角

14、度、背吃刀量發(fā)生變化。其輪廓很不規(guī)則，因而使工件表面上出現(xiàn)深淺和變化。其輪廓很不規(guī)則，因而使工件表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕，有些積屑瘤嵌入工件表面，增寬窄都不斷變化的刀痕，有些積屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。加了表面粗糙度。 切削加工時的振動，使工件表面粗糙度值增大。切削加工時的振動，使工件表面粗糙度值增大。2）物理因素）物理因素 切削速度切削速度提高，切削過程中切屑和加工表面的提高，切削過程中切屑和加工表面的塑性變形程度降低，因而表面粗糙度值減小。此外，塑性變形程度降低，因而表面粗糙度值減小。此外，采用更低或更高的切削速度可以避開刀瘤和鱗刺產(chǎn)生采用更低或更高的切削速度可以避開

15、刀瘤和鱗刺產(chǎn)生的速度范圍。圖的速度范圍。圖8-6表示切削速度與表面粗糙度的關(guān)系表示切削速度與表面粗糙度的關(guān)系曲線，實線表示只受塑性變形影響，虛線表示受刀瘤曲線，實線表示只受塑性變形影響，虛線表示受刀瘤影響時的情況。影響時的情況。（2）影響切削加工表面粗糙度的主要因素）影響切削加工表面粗糙度的主要因素1）切削速度）切削速度 刀具的幾何角度對塑性變形、刀瘤和鱗刺的產(chǎn)生刀具的幾何角度對塑性變形、刀瘤和鱗刺的產(chǎn)生均有很大的影響。均有很大的影響。 前角前角0增大時，塑性變形減小，表面粗糙度變小。增大時，塑性變形減小，表面粗糙度變小。為負值時，塑性變形增大，表面粗糙度也增大。后角為負值時，塑性變形增大，表

16、面粗糙度也增大。后角過小會增加摩擦，刃傾角的大小又會影響刀具的實際過小會增加摩擦，刃傾角的大小又會影響刀具的實際前角，因此它們都會影響表面粗糙度。前角，因此它們都會影響表面粗糙度。2）刀具幾何角度）刀具幾何角度 刀具的材料與刃磨質(zhì)量對產(chǎn)生刀瘤、鱗刺等現(xiàn)象影刀具的材料與刃磨質(zhì)量對產(chǎn)生刀瘤、鱗刺等現(xiàn)象影響甚大。響甚大。 如金剛石車刀精車鋁合金時，由于摩擦因數(shù)小，如金剛石車刀精車鋁合金時，由于摩擦因數(shù)小，刀具與工件材料的親和力小，刀面上就不會產(chǎn)生切屑刀具與工件材料的親和力小，刀面上就不會產(chǎn)生切屑的粘附、冷焊現(xiàn)象，因此能減小表面粗糙度值。的粘附、冷焊現(xiàn)象，因此能減小表面粗糙度值。 減小前、后刀面的刃磨

17、表面粗糙度值，也能起到減小前、后刀面的刃磨表面粗糙度值，也能起到同樣作用。同樣作用。 3）刀具材料與刃磨質(zhì)量）刀具材料與刃磨質(zhì)量 1）幾何因素）幾何因素 磨削加工中，由于工件表面是由砂輪上大量的磨粒磨削加工中，由于工件表面是由砂輪上大量的磨粒切削、刻劃、滑擦共同作用所形成的，因此，在工件表切削、刻劃、滑擦共同作用所形成的，因此，在工件表面上也留下一定的殘留面積。一般認為：通過工件表面面上也留下一定的殘留面積。一般認為：通過工件表面單位面積上的磨粒數(shù)愈多且刻痕的等高性愈好，則表面單位面積上的磨粒數(shù)愈多且刻痕的等高性愈好，則表面粗糙度愈小。粗糙度愈小。（3）砂輪磨削加工表面粗糙度的形成）砂輪磨削加

18、工表面粗糙度的形成 磨削加工表面的塑性變形要比切削加工表面的大得多。其原磨削加工表面的塑性變形要比切削加工表面的大得多。其原因是：因是： 砂輪上的大多數(shù)磨粒都具有很大的負前角，且磨粒刃口極砂輪上的大多數(shù)磨粒都具有很大的負前角，且磨粒刃口極不尖銳不尖銳(常有十幾個微米常有十幾個微米)，而磨粒的切削厚度僅，而磨粒的切削厚度僅0.2左右或更小，左右或更小，所以，磨粒切削作用不大，主要是刻劃和滑擦作用，這會使金屬所以，磨粒切削作用不大，主要是刻劃和滑擦作用，這會使金屬材料沿著磨粒側(cè)面流動，形成溝槽的隆起現(xiàn)象，因而增大了表面材料沿著磨粒側(cè)面流動，形成溝槽的隆起現(xiàn)象，因而增大了表面粗糙度值；粗糙度值； 磨

19、削速度遠比刀具切削速度高得多，其磨粒的刻劃與滑擦磨削速度遠比刀具切削速度高得多，其磨粒的刻劃與滑擦將產(chǎn)生很高的磨削溫度，一般超過了材料的相變溫度，使表面金將產(chǎn)生很高的磨削溫度，一般超過了材料的相變溫度，使表面金屬軟化甚至微熔，這樣更易于塑性變形，進一步增大了表面粗糙屬軟化甚至微熔，這樣更易于塑性變形，進一步增大了表面粗糙度值。度值。2）物理因素）物理因素1）砂輪的粒度；）砂輪的粒度；2）砂輪的修整；）砂輪的修整；3）砂輪的速度；）砂輪的速度；4）磨削深度與工件速度；）磨削深度與工件速度；5）工件材料性質(zhì)。）工件材料性質(zhì)。（4）影響磨削加工表面粗糙度的主要因素）影響磨削加工表面粗糙度的主要因素

20、在機械加工過程中，工件表層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強烈的在機械加工過程中，工件表層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強烈的塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒嚴重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長、塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒嚴重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長、破碎和纖維化，這時工件表面的強度和硬度提高，塑性降低，這種現(xiàn)象破碎和纖維化，這時工件表面的強度和硬度提高，塑性降低，這種現(xiàn)象稱作加工硬化，又稱冷作硬化。稱作加工硬化，又稱冷作硬化。 影響表面層加工硬化的因素包括以下幾個方面考慮：影響表面層加工硬化的因素包括以下幾個方面考慮： 切削力切削力 切削力越大，塑性變形越大，則硬化程度和硬化層深度切削力越大，塑性變形越大，

21、則硬化程度和硬化層深度就越大。例如，當進給量、背吃刀量增大或刀具前角減小時，都會增大就越大。例如，當進給量、背吃刀量增大或刀具前角減小時，都會增大切削力，使加工硬化嚴重。切削力，使加工硬化嚴重。 切削溫度切削溫度 切削溫度增高時，使得加工硬化程度減小。如切削速切削溫度增高時，使得加工硬化程度減小。如切削速度很高或刀具鈍化后切削，都會使切削溫度不斷上升，部分地消除加工度很高或刀具鈍化后切削，都會使切削溫度不斷上升，部分地消除加工硬化，使得硬化程度減小。硬化，使得硬化程度減小。 工件材料工件材料 被加工工件的硬度越低，塑性越大，切削后的冷硬被加工工件的硬度越低，塑性越大，切削后的冷硬現(xiàn)象越嚴重。現(xiàn)

22、象越嚴重。2、影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素、影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素（1）表面層的加工硬化）表面層的加工硬化 金屬切削所消耗的能量大部分轉(zhuǎn)化為切削熱，導(dǎo)致加工表面溫度金屬切削所消耗的能量大部分轉(zhuǎn)化為切削熱，導(dǎo)致加工表面溫度升高。當工件表面溫度超過金相組織變化的臨界點時，就會產(chǎn)生金相升高。當工件表面溫度超過金相組織變化的臨界點時，就會產(chǎn)生金相組織的變化。一般的切削加工，單位切削截面所消耗的功率不是太大，組織的變化。一般的切削加工，單位切削截面所消耗的功率不是太大，所以產(chǎn)生金相組織變化的現(xiàn)象很少。磨削加工，由于單位面積上產(chǎn)生所以產(chǎn)生金相組織變化的現(xiàn)象很少。磨削加工，由于單位面積上產(chǎn)生的

23、切削熱比一般切削方法大幾十倍，易使工件表面層的金相組織發(fā)生的切削熱比一般切削方法大幾十倍，易使工件表面層的金相組織發(fā)生變化，引起表面層的硬度和強度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引起顯微裂變化，引起表面層的硬度和強度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引起顯微裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。根據(jù)磨削燒傷時的溫度不同，有以下幾紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。根據(jù)磨削燒傷時的溫度不同，有以下幾種類型：種類型： 回火燒傷回火燒傷 淬火燒傷淬火燒傷 退火燒傷退火燒傷（2）表面層的金相組織變化與磨削燒傷）表面層的金相組織變化與磨削燒傷1）表面層金相組織變化與磨削燒傷的原因）表面層金相組織變化與磨削燒傷的原因 磨削用量磨削用量 當磨削深度

24、增大時，工件表面及表面下不同深度的當磨削深度增大時，工件表面及表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成燒傷；增大砂輪速度會加重磨削燒傷的程度。溫度都將提高，容易造成燒傷；增大砂輪速度會加重磨削燒傷的程度。當工件縱向進給量增大時，磨削區(qū)溫度增高，但熱源作用時間減少，當工件縱向進給量增大時，磨削區(qū)溫度增高，但熱源作用時間減少，因而可減輕燒傷。提高工件速度會導(dǎo)致其表面粗糙度值變大，為彌補因而可減輕燒傷。提高工件速度會導(dǎo)致其表面粗糙度值變大，為彌補此不足，可提高砂輪速度。實踐證明，同時提高工件速度和砂輪速度此不足，可提高砂輪速度。實踐證明，同時提高工件速度和砂輪速度可減輕工件表面燒傷。可減輕工件表面燒傷

25、。 砂輪材料砂輪材料 對于硬度太高的砂輪，鈍化砂粒不易脫落，砂輪容對于硬度太高的砂輪，鈍化砂粒不易脫落，砂輪容易被切屑堵塞。砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，保證磨粒易被切屑堵塞。砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，保證磨粒受到過大切削力時會自動退讓，如樹脂、橡膠等。一般粗粒度不容易受到過大切削力時會自動退讓，如樹脂、橡膠等。一般粗粒度不容易引起磨削燒傷。引起磨削燒傷。 冷卻方式冷卻方式 采用切削液帶走磨削區(qū)熱量可避免燒傷。然而，現(xiàn)采用切削液帶走磨削區(qū)熱量可避免燒傷。然而，現(xiàn)有的冷卻方式效果不理想。這是因為由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強大有的冷卻方式效果不理想。這是因為由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)

26、生強大的氣流層，以致沒有多少切削液能進入磨削區(qū)，因此，必須改進冷卻的氣流層，以致沒有多少切削液能進入磨削區(qū)，因此，必須改進冷卻方式以提高冷卻效果。方式以提高冷卻效果。2）影響磨削燒傷的因素）影響磨削燒傷的因素 1）冷塑變形引起的殘余應(yīng)力）冷塑變形引起的殘余應(yīng)力 在機械加工過程中，因切削力的作用使工件表面受到強烈的在機械加工過程中，因切削力的作用使工件表面受到強烈的塑性變形，尤其是切削刀具對已加工表面的擠壓和摩擦，使表面塑性變形，尤其是切削刀具對已加工表面的擠壓和摩擦，使表面產(chǎn)生伸長型塑性變形，表面積趨向增大，但受到里層的限制。產(chǎn)產(chǎn)生伸長型塑性變形，表面積趨向增大，但受到里層的限制。產(chǎn)生了殘余壓

27、應(yīng)力，與里層產(chǎn)生的殘余拉伸應(yīng)力相平衡。生了殘余壓應(yīng)力，與里層產(chǎn)生的殘余拉伸應(yīng)力相平衡。 2）熱塑變形引起的殘余應(yīng)力）熱塑變形引起的殘余應(yīng)力 切削加工過程中，表面受到切削熱的作用使表層局部溫度高切削加工過程中，表面受到切削熱的作用使表層局部溫度高于里層，因此表層金屬產(chǎn)生的熱膨脹變形也大于里層。當切削過于里層，因此表層金屬產(chǎn)生的熱膨脹變形也大于里層。當切削過程結(jié)束時，表層溫度下降較快，故收縮變形大于里層，由于受到程結(jié)束時，表層溫度下降較快，故收縮變形大于里層，由于受到里層金屬的限制，工件表面將產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。其切削溫度愈高，里層金屬的限制，工件表面將產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。其切削溫度愈高，則殘余拉應(yīng)力愈大

28、，甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋。則殘余拉應(yīng)力愈大，甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋。（3）表面殘余應(yīng)力）表面殘余應(yīng)力 3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面層金相組織的變化。由于不同切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面層金相組織的變化。由于不同的金相組織有不同的密度，如馬氏體密度的金相組織有不同的密度，如馬氏體密度=7.75g/cm3，奧氏體密，奧氏體密度度=7.96g/cm3，珠光體密度，珠光體密度=7.78 g/cm3，鐵素體密度，鐵素體密度=7.88g/cm3，表面層金相組織變化的結(jié)果造成了體積的變化，表面層體積膨脹表面層金相組織變化的結(jié)果造成了體積的變化，表面層體積膨脹時，因為受

29、到基體的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力；反之，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。時，因為受到基體的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力；反之，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。 綜上所述，綜上所述，冷塑變形、熱塑變形及金相組織變化冷塑變形、熱塑變形及金相組織變化均會使得工均會使得工件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。實際上，已加工表面殘余應(yīng)力是這三者綜件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。實際上，已加工表面殘余應(yīng)力是這三者綜合作用的結(jié)果。切削加工時起主要作用的常常是冷態(tài)塑性變形，合作用的結(jié)果。切削加工時起主要作用的常常是冷態(tài)塑性變形，所以工件表面常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。磨削加工時，熱態(tài)塑性變形或所以工件表面常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。磨削加工時，熱態(tài)塑性變形或金相組織變化通常是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要因素，所以表面層

30、常產(chǎn)金相組織變化通常是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要因素，所以表面層常產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。生殘余拉應(yīng)力。 1）減小殘留面積高度）減小殘留面積高度 減小殘留面積高度的方法，首先是改變刀具的幾何參數(shù)：減小殘留面積高度的方法，首先是改變刀具的幾何參數(shù)：增大刀尖圓弧半徑增大刀尖圓弧半徑r，減小副偏角。采用帶有，減小副偏角。采用帶有Kr=0的修光刃的的修光刃的刀具或?qū)捜芯俚?、精車刀也是生產(chǎn)中減小加工表面粗糙度所刀具或?qū)捜芯俚丁⒕嚨兑彩巧a(chǎn)中減小加工表面粗糙度所常用的方法。在采用這些措施時，必須注意避免振動。常用的方法。在采用這些措施時，必須注意避免振動。 2）合理選擇切削速度）合理選擇切削速度 切削塑性大的材料時

31、，適當?shù)靥岣咔邢魉俣龋苑乐狗e屑切削塑性大的材料時，適當?shù)靥岣咔邢魉俣?，以防止積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，從而減小表面粗糙度。瘤和鱗刺的產(chǎn)生，從而減小表面粗糙度。（三）提高機械加工表面質(zhì)量的方法（三）提高機械加工表面質(zhì)量的方法（1）減小表面粗糙度的工藝措施）減小表面粗糙度的工藝措施 3）改善材料的切削性能）改善材料的切削性能 通過適當?shù)臒崽幚恚邕M行正火、調(diào)質(zhì)等熱處理，以提高通過適當?shù)臒崽幚恚邕M行正火、調(diào)質(zhì)等熱處理，以提高材料的硬度、降低塑性和韌性，防止鱗刺的產(chǎn)生。材料的硬度、降低塑性和韌性，防止鱗刺的產(chǎn)生。 4）正確選擇切削液）正確選擇切削液 正確選擇切削液不但能提高刀具的使用壽命，而且由于切正確

32、選擇切削液不但能提高刀具的使用壽命，而且由于切削液的冷卻作用使切削溫度降低，切削液的潤滑作用使刀削液的冷卻作用使切削溫度降低，切削液的潤滑作用使刀具和被加工表面間的摩擦狀況得到改善，因而對降低加工具和被加工表面間的摩擦狀況得到改善，因而對降低加工表面粗糙度值有明顯的作用。表面粗糙度值有明顯的作用。 5）磨削時采取的措施）磨削時采取的措施 磨削時可從正確選擇砂輪、磨削用量和磨削液等方面采取磨削時可從正確選擇砂輪、磨削用量和磨削液等方面采取措施來減小表面粗糙度。措施來減小表面粗糙度。 1）減少表面層冷作硬化）減少表面層冷作硬化 為減少表面層冷作硬化，應(yīng)合理選擇刀具的幾何形狀，采用為減少表面層冷作硬

33、化，應(yīng)合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大的前角和后角，并在刃磨時盡量減小其切削刃口半徑，較大的前角和后角，并在刃磨時盡量減小其切削刃口半徑，使用時，盡量減小刀具后面的磨損限度，合理選擇切削用量。使用時，盡量減小刀具后面的磨損限度，合理選擇切削用量。采用較高的切削速度和較小的進給量。加工中采用有效的冷采用較高的切削速度和較小的進給量。加工中采用有效的冷卻潤滑液。卻潤滑液。 2）防止磨削燒傷）防止磨削燒傷 為防止磨削燒傷應(yīng)注意控制磨削用量，提高工件線速度與砂為防止磨削燒傷應(yīng)注意控制磨削用量，提高工件線速度與砂輪圓周速度的比值，適當加大橫向進給量，并選取較小的磨輪圓周速度的比值，適當加大橫向進給量，并

34、選取較小的磨削深度。削深度。 3）控制加工表面的殘余應(yīng)力）控制加工表面的殘余應(yīng)力 為控制加工表面的殘余應(yīng)力，一般需另加一道專門的工序，為控制加工表面的殘余應(yīng)力，一般需另加一道專門的工序，如采用人工時效方法來消除表面殘余應(yīng)力。如采用人工時效方法來消除表面殘余應(yīng)力。（2）改善表面物理、力學(xué)性能的工藝措施）改善表面物理、力學(xué)性能的工藝措施 提高表面質(zhì)量的加工方法可分為兩大類，一類著重提高表面質(zhì)量的加工方法可分為兩大類，一類著重于減小加工表面的粗糙度，另一類著重改善表面層的物于減小加工表面的粗糙度，另一類著重改善表面層的物理一力學(xué)性能。理一力學(xué)性能。 1）采用減小表面粗糙度的加工方法）采用減小表面粗糙

35、度的加工方法 主要有精密、超精密加工和光整。主要有精密、超精密加工和光整。 2）改善表面物理、力學(xué)性能的加工方法）改善表面物理、力學(xué)性能的加工方法 改善表面物理、力學(xué)性能的加工方法常用的有滾壓改善表面物理、力學(xué)性能的加工方法常用的有滾壓加工、擠加工、擠(脹脹)孔、噴丸強化、金剛石壓光等冷壓加工方法。孔、噴丸強化、金剛石壓光等冷壓加工方法。通過使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以提高表面硬度，通過使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以提高表面硬度，在表面層產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，同時也降低表面粗糙度值。在表面層產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，同時也降低表面粗糙度值。冷壓加工既簡便又有明顯效果，應(yīng)用十分廣泛。冷壓加工既簡便又有明顯效果，應(yīng)用十分廣泛。（3）提高表面質(zhì)量的加工方法）提高表面質(zhì)量的加工方法 表面粗糙度值達不到要求、淬火表面硬度下降、且表面粗糙度值達不到要求、淬火表面硬度下降、且表面出現(xiàn)顯微裂紋，是磨具選擇和磨削方法不當所引起。表面出現(xiàn)顯微裂紋，是磨具選擇和磨削方法不當所引起。四、任務(wù)實施四、任務(wù)實