,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,*,项目十 机械加工表面质量,项目十 机械加工表面质量,1,项目学习要点,机械加工表面质量,表面质量对零件使用性能的影响,影响加工表面几何形状特征的因素,影响表面层物理及机械性能的因素,机械加工振动简介,项目小结,项目学习要点机械加工表面质量,2,任务一 机械加工表面质量,机械加工表面质量包括加工表面的几何形状特征和表面层的物理及机械性能两部分。,一、加工表面的几何形状特征,加工表面的几何形状特征主要包括表面粗糙度、表面波度、纹理方向和表面伤痕四部分，如下图所示。,任务一 机械加工表面质量 机械加工表面质量包括加,3,表面粗糙度：,是指加工表面的微观几何形状误差，主要是由刀具的形状及切削过程中的塑性变形和振动等引起的。表面粗糙度的波距小于1mm，其波距与波高的比值一般小于50。,表面波度：,是指介于宏观几何形状误差（波距与波高的比值大于1000）和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差，主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的。表面波度的波距在120mm之间，其波距与波高的比值一般在501000之间。,纹理方向：,是指表面的刀纹方向，取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。,表面伤痕：,是指在加工表面的个别位置出现的缺陷，如砂眼、气孔和裂痕等。,表面粗糙度：是指加工表面的微观几何形状误差，,4,二、表面层的物理及机械性能,表面层的物理及机械性能主要包括表面层金相组织变化、表面层冷作硬化和表面层残余应力三部分，如下图所示。,二、表面层的物理及机械性能 表面层的物理及机械性能,5,任务二 表面质量对零件使用 性能的影响,一、表面质量对耐磨性的影响,1表面粗糙度,工件的表面粗糙度过大或过小都会降低工件的耐磨性。其中，表面粗糙度过大，会使摩擦工件的实际接触面积减小，单位应力增大，在接触点的凸峰处产生弹性变形、塑性变形和剪切破坏，从而使工件磨损严重；表面粗糙度过小，接触面间容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，也会导致工件磨损严重。,因此，在一定的工作条件下，通常会存在一个最佳的表面粗糙度，使工件的耐磨性最好。,任务二 表面质量对零件使用 性能的,6,2纹理方向,轻载时，两个相对运动工件的表面纹理方向均与其运动方向一致时，耐磨性最好，表面纹理方向均与其运动方向垂直时，耐磨性最差；重载时，由于压强、分子亲和力和润滑液储存等因素的变化，耐磨性规律与轻载时大致相同，但可能会有所差异。,3表面层冷作硬化,表面层冷作硬化能够提高表面层金属的显微硬度，减小接触面间的弹性变形和塑性变形，从而提高工件的耐磨性。但冷作硬化程度太高时，工件表面层金属会变脆，容易产生微观裂纹或剥落现象，反而会降低工件的耐磨性。因此，为保证工件的耐磨性，表面层冷作硬化程度应控制在一定的范围内。,2纹理方向 轻载时，两个相对运动工件的表面,7,4表面层金相组织变化,表面层产生金相组织变化时，会改变工件材料原来的硬度，因此会影响工件的耐磨性。,二、表面质量对耐疲劳性的影响,1加工表面的几何形状特征,加工表面的几何形状特征中，表面粗糙度对工件耐疲劳性的影响最大。表面越粗糙，在交变载荷的作用下，其波谷处应力集中现象越严重，容易引起疲劳裂纹，降低工件的耐疲劳性。,表面伤痕处也容易形成应力集中，尤其是当伤痕方向与应力方向垂直时，容易产生疲劳裂纹，降低工件的耐疲劳性。,4表面层金相组织变化 表面层产生金相组织变化时，,8,2表面层的物理及机械性能,表面层的物理及机械性能中，表面残余应力对工件耐疲劳性的影响最大。当表面层存在残余压应力时，可阻碍疲劳裂纹的产生和扩展，提高工件的耐疲劳性；当表面层存在残余拉应力时，容易使加工表面产生裂纹，降低工件的耐疲劳性。,适当的表面层冷作硬化能够阻碍疲劳裂纹的产生和扩展，提高工件的耐疲劳性。但冷作硬化程度太高时，工件表面层金属会变脆，反而容易引起表面裂纹，降低工件的耐疲劳性。,2表面层的物理及机械性能 表面层的物理及机,9,三、表面质量对耐蚀性的影响,1表面粗糙度,工件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值大时，腐蚀性物质容易积聚在表面粗糙度的波谷处发生化学腐蚀或电化学腐蚀，从而会降低工件的耐蚀性；反之，表面粗糙度值小时，则会提高工件的耐蚀性。,2残余应力,表面层的残余压应力可使工件表面组织致密，腐蚀性物质不易侵入，有利于提高工件的耐蚀性；反之，表面层的残余拉应力则会降低工件的耐蚀性。,三、表面质量对耐蚀性的影响1表面粗糙度 工件的耐,10,四、表面质量对配合精度的影响,表面质量中的表面粗糙度对零件配合精度的影响较大。,对于间隙配合的表面，如果其表面粗糙度值较大，相对运动时磨损较快，配合间隙迅速增大，从而影响间隙配合的精度和稳定性；对于过盈配合的表面，如果其表面粗糙度值较大，配合表面上的波峰易被挤掉，使得实际过盈量减小，从而影响过盈配合的可靠性；对于过渡配合的表面，则兼有以上两种配合的影响。因此，对有配合要求的表面，应规定较小的表面粗糙度值。,四、表面质量对配合精度的影响 表面质量中的表面粗糙,11,任务三 影响加工表面几何形状 特征的因素,一、影响切削加工表面粗糙度的因素,1几何因素,切削加工中，由于刀具切削刃的形状和进给量等几何因素的影响，加工余量不可能完全切除，而会在加工表面上留下一定的残留面积。切削残留面积的高度决定着表面粗糙度值的大小。,任务三 影响加工表面几何形状 特征的因素,12,影响切削残留面积高度的因素主要包括进给量,f,、主偏角 、副偏角 和刀尖圆弧半径,r,等。如下图所示，当车刀刀尖圆弧半径,r,为零时，由几何关系可推出残留面积最大高度,R,max,的计算公式为：,影响切削残留面积高度的因素主要包括进给量f、,13,如下图所示，当车刀刀尖圆弧半径,r,不为零时，残留面积最大高度,R,max,为：,因,R,max,r,，上式经变形可得出残留面积最大高度,R,max,的计算公式为：,如下图所示，当车刀刀尖圆弧半径r不为零时,14,可以看出，切削加工中，减小进给量,f,、主偏角 和副偏角 ，增大刀尖圆弧半径,r,，能够降低残留面积最大高度,R,max,，从而减小加工表面粗糙度。,2物理因素,切削加工中，刀具对工件的挤压与摩擦，使加工表面发生塑性变形，造成原有的残留面积扭曲或沟纹加深，增大加工表面粗糙度。,加工塑性材料，当采用中等或偏低的切削速度时，容易产生积屑瘤和鳞刺，从而增大加工表面粗糙度；加工脆性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响不大，容易得到较小的表面粗糙度。,可以看出，切削加工中，减小进给量f、主偏角,15,对同样的材料，其金相组织越粗大，切削加工后的表面粗糙度越大。因此，精加工前对工件进行调质等处理，可得到均匀细密的组织和较高的硬度，从而减小加工表面粗糙度。,3工艺系统的振动,在加工过程中，工艺系统的振动会使加工表面产生波度，从而增大加工表面粗糙度。,二、影响磨削加工表面粗糙度的因素,影响磨削加工表面粗糙度的因素主要包括磨削用量、砂轮和工件材料等。,对同样的材料，其金相组织越粗大，切削加工后的表面粗,16,增大磨削深度,a,p,，会使磨削力增大，磨削温度升高，表面塑性变形增大，加工表面粗糙度增大。,1磨削用量,（,1,）砂轮速度,v,c,提高砂轮速度,v,c,可以增加工件单位面积上的刻痕数，且高速磨削时工件表面的塑性变形不充分，可减小沟槽两侧的隆起量，有利于减小加工表面粗糙度。,（,2,）工件线速度,v,w,在其他条件不变的情况下，提高工件线速度,v,w,，会减少磨粒单位时间内在工件表面上的刻痕数，从而增大加工表面粗糙度。,（,3,）磨削深度,a,p,增大磨削深度ap，会使磨削力增大，磨削温度升,17,2砂轮,（1）砂轮的粒度,砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒数越多，在加工表面的刻痕越细密，则表面粗糙度越小；但粒度过细时，砂轮易堵塞，磨削性能下降，反而会使表面粗糙度增大。,（2）砂轮的硬度,砂轮的硬度应适宜。砂轮太硬，磨粒钝化后不易脱落，加工表面会受到强烈地摩擦和挤压，塑性变形增大，从而会导致加工表面粗糙度增大或烧伤加工表面；砂轮太软，磨粒易脱落，常会产生磨损不均匀的现象，也会使加工表面粗糙度增大。,2砂轮（1）砂轮的粒度 砂轮的粒度越细，,18,（3）砂轮的修整,砂轮应及时修整，以去除外层已钝化或被磨屑堵塞的磨粒，以保证切削微刃的等高性。,3工件材料,工件材料的硬度、塑性、韧性和导热性等对磨削加工表面粗糙度有显著的影响。,工件材料太硬，易使磨粒钝化，会增大加工表面粗糙度；工件材料太软，易使砂轮堵塞，也会增大加工表面粗糙度。,工件材料的塑性、韧性较大时，其塑性变形程度也较大，会使加工表面粗糙度较大。工件材料的导热性较差时，会导致磨削温度较高，也会使加工表面粗糙度较大。,（3）砂轮的修整 砂轮应及时修整，以去除外层已,19,任务四 影响表面层物理及 机械性能的因素,一、影响表面层金相组织变化的因素,对于一般的切削加工，切削温度一般不会达到相变临界点，金相组织不会发生变化；但对于磨削加工，由于磨削温度较高，很容易达到相变临界点，使表面层的金相组织发生变化，引起表面层的硬度和强度改变，从而产生残余应力，甚至出现裂纹，这种现象称为磨削烧伤。,影响磨削烧伤的因素主要包括磨削用量、砂轮的选择和冷却方式等。,任务四 影响表面层物理及 机械性能的因素一、影,20,1磨削用量,当磨削深度,a,p,增加时，磨削温度会显著升高，容易造成磨削烧伤。,当工件的轴向进给量,f,a,增大时，由于热源作用时间减少，使金相组织来不及变化，因此可减轻磨削烧伤。,提高工件线速度,v,w,，虽然会使发热量增大，但由于热源作用时间减少，因此对磨削烧伤影响不大。但提高工件线速度,v,w,会增大加工表面粗糙度，一般可通过提高砂轮速度,v,c,来弥补此不足。,1磨削用量 当磨削深度ap增加时，磨削温度,21,2砂轮的选择,砂轮的粒度越细，硬度越高，则磨削温度越高，磨削烧伤越严重。,砂轮结合剂最好采用具有一定弹性的材料，保证磨粒受到过大磨削力时能产生一定的弹性退让，以减小磨削深度，减轻磨削烧伤。,3冷却方式,采用切削液进行冷却可避免磨削烧伤。但由于磨削时，砂轮转速较高，其表面会产生一层强气流，采用一般的冷却方法时，切削液很难进入磨削区，因此，冷却效果不理想。目前采用的比较有效的冷却方法有高压大流量法、喷雾冷却法和内冷却法等。,2砂轮的选择 砂轮的粒度越细，硬度越高，则磨削温度,22,二、表面层冷作硬化,表面层冷作硬化用硬化层深度,h,和硬化程度,N,两个指标来衡量。一般情况下，硬化层深度,h,可达0.050.3mm；硬化程度,N,的计算公式为：,机械加工中，由于切削热的作用，工件表面层的温度会升高，当温度升高到一定程度时，会使已强化的金属回复到正常状态。因此，表面层冷作硬化实际上是硬化和回复综合作用的结果。,影响表面层冷作硬化的因素主要包括刀具几何参数、切削用量和工件材料等。,二、表面层冷作硬化 表面层冷作硬化用硬化层深,23,1刀具几何参数,刀具前角,o,减小，刀尖圆弧半径,r,增大及刀具后刀面磨损宽度,VB,增大都会使表面层的塑性变形增大，从而导致冷作硬化层深度,h,和硬化程度,N,增大。,2切削用量,切削用量中进给量,f,和切削速度,v,c,对冷作硬化的影响较大。其中，进给量,f,增大，会使切削力增大，工件表面层的塑性变形增大，从而导致冷作硬化层深度,h,和硬化程度,N,增大；切削速度,v,c,增大，会使切削温度升高，回复作用加强，同时刀具对工件的作用时间减少，塑性变形减小，因此，冷作硬化层深度,h,和硬化程度,N,都会有所减小。,1刀具几何参数 刀具前角o减小，刀尖圆弧,24,3工件材料,工件材料的硬度越低、塑性越好，加工时表面层的塑性变形越大，冷作硬化越严重。,三、表面层残余应力,产生表面层残余应力的原因主要包括冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三方面。,1冷态塑性变形,切削加工时，加工表面在切削力的作用下产生强烈的塑性变形，表层金属体积膨胀，但由于受到