机械制造工艺学第三章

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1、3.13.23.33.4表面质量对产品使用性能的影响影响表面粗糙度的工艺因素及其改进措施影响表面金属力学性能的工艺因素及改进措施机械加工过程中的振动概述概述 掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，并掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，并应用这些规律控制加工过程，以达到提高加工表面质量、提高应用这些规律控制加工过程，以达到提高加工表面质量、提高产品性能的目的产品性能的目的。 实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取决工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度

2、上取决于其主要零件的表面质量。于其主要零件的表面质量。研究机械加工表面质量的目的研究机械加工表面质量的目的机械产品的失效形式机械产品的失效形式因设计不周而导致强度不够；因设计不周而导致强度不够；磨损、腐蚀和疲劳破坏。磨损、腐蚀和疲劳破坏。 少数少数多数多数任何机械加工方法获得的加工表面，都不是绝对理想的表面。任何机械加工方法获得的加工表面，都不是绝对理想的表面。既存在宏观几何形状误差既存在宏观几何形状误差，又存在微观表面粗糙度、波度又存在微观表面粗糙度、波度第一节第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响表面质量表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理

3、力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几表面微观几何形状特征何形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化纹理方向纹理方向（一）（一） 加工后表面形状，总是以加工后表面形状，总是以“峰峰”、“谷谷”的形式偏离其的形式偏离其理想光滑表面。按偏离程度有理想光滑表面。按偏离程度有宏观和微观宏观和微观之分。之分。波距：峰与峰或谷与谷间的距离，波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以以L表示；表示；波高：峰与谷间的高度，以波高：峰与谷间的高度，以H 表示。表示。 波距与波高波距与波高L/H1000时，属于宏观几何形状误差；时，属于宏观几何形状误

4、差；L/H0.15mm/r，进给量对表面粗糙度影响大； 当f0.15mm/r，则f的进一步减小，不能引起表面粗糙度明显下降； 当f0.02mm/r时，表面粗糙度主要取决于被加工面的金属塑性变形。 V愈高，切削过程中切屑和加工表面的塑性变形程度就愈轻，粗糙度愈小；刀瘤和鳞刺都是在较低速度范围内产生，V愈高可防止刀瘤和鳞刺的产生。提高切削速度既有利于降低表面粗糙度，又有利于提高生产率。 加工脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响不大。比加工塑性材料容易达到表面粗糙度要求。 切削深度对表面粗糙度的影响不大，但由于刀刃存在圆角半径，当切削深度小到一定程度后，不能进行正常切削，会出现刀具挤压打滑等现象，从

5、而使表面粗糙度增大。 韧性较大的塑性材料加工后表面粗糙度大，脆性材料其加工粗糙度比较接近理论粗糙度。 对于同种材料，晶粒组织愈粗大，加工后粗糙度也愈大，为减小加工后的粗糙度,常在切削加工前进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织。 前角r0 增大，则塑性变形小、粗糙度小；r0为负，塑性变形大、粗糙度大。 不同刀具材料，其化学成分不同，其硬度、刀具材料与工件材料的亲和程度、以及前后刀面与切屑和已加工表面的磨擦系数不同。 硬质合金刀具加工所得的表面粗糙度比高速钢刀具加工所获得的小，金刚石刀具加工所得的表面粗糙度比硬质合金刀具加工所得的还要小。1）金刚石强度和硬度高，在高温下能保持其性能。刃口锋

6、利，在切削过程中，其刀尖圆角半径和刃口半径保持不变。2）金刚石与金属材料的亲和力小，加工中不会产生积屑瘤。3）金刚石刀具前后刀面的摩擦系数小，加工时的切削力及表层金属的塑性变形小，有利于降低表面粗糙度。 降低表面粗糙度措施 合理选择刀具的几何角度，适当增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低前刀面和后刀面的表面粗糙度，选择合适冷却润滑液，提高润滑效果（可以抑制刀瘤和鳞刺的产生），均有利于降低表面粗糙度。 在影响表面粗糙度的几何因素和物理因素中，何者占主导地位，这取决于不同情况。加工脆性材料以几何因素为主；而加工塑性材料、特别是韧性大的材料，以物理因素为主。二、磨削加工后的表面粗糙度 与车

7、削不同，磨削加工表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的沟槽所形成，每单位面积上的刻痕数愈多，即通过单位面积的磨粒数愈多，刻痕的等高性越好，则粗糙度愈小。 磨削表面粗糙度与几何因素、物理因素和振动有关。（一）几何因素的影响： 1、磨削用量对表面粗糙度的影响、磨削用量对表面粗糙度的影响 1）砂轮的速度：）砂轮的速度： 提高砂轮速度，单位时间内通过被加提高砂轮速度，单位时间内通过被加工表面的磨粒数越多，同时塑性变形造成的隆起量随砂轮工表面的磨粒数越多，同时塑性变形造成的隆起量随砂轮速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。 2）工件速度和进给量的影响 提高工件速

8、度和进给量,单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，会增大表面粗糙度；3）磨削深度）磨削深度 增大磨削深度，将增加塑性变形程度，从而增大磨削深度，将增加塑性变形程度，从而增大粗糙度增大粗糙度。： 1）砂轮的粒度愈细，则砂轮工作面的单位面积上的磨粒愈多，在工件上的刻痕愈密愈细，所以粗糙度愈小。因此，选择粒度号大的砂轮有利于降低表面粗糙。 但如果但如果粒度号过大，则只能采用很小的磨削深度粒度号过大，则只能采用很小的磨削深度，还，还需要很长时间的空行程，否则砂轮容易堵塞，造成表面烧需要很长时间的空行程，否则砂轮容易堵塞，造成表面烧伤。一般磨削其粒度号不超过伤。一般磨削其粒度号不超过80，常用，常用46-

9、60号。号。 2）砂轮的修整： 如果砂轮工作表面修整不好，则表面上的磨粒不处在同一高度，其中高度较低的磨粒不能起到磨削作用，加工时会使单位面积上的磨粒数减少，从而增大表面粗糙度。因此在磨削加工最后几次行程前，应精细修整砂轮。 砂轮修整时导程和切深越小，磨粒的微刃等高性越好，相当于选用大粒度号砂轮，磨削表面粗糙度越小。 砂轮修整时常用金刚石修整器。 在磨削过程中，通常在开始时采用较大的磨削深度，以提高生产率而最后采用小切深或无进给磨削以降低粗糙度。 由于磨削速度比切削加工的速度高很多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区域的温度很高（有时达900度）工件容易产生相变而烧伤，同时产生比切削加工更

10、大的塑性变形，增大表面粗糙度。1、磨削用量 1）砂轮的速度： 砂轮速度越高，工件材料来不及塑性变形，因而表面层金属的塑性变形减小，表面粗糙度将明显减小； 2）工件速度：工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度增大； 3）进给量：进给量增大，塑性变形增大，表面粗糙度增大 粒度、硬度、组织和材料对磨削表面粗糙度影响很大。 粒度：粒度越细，磨削表面粗糙度越小，但如果磨粒太小，砂轮容易堵塞，引起表面烧伤，使表面粗糙度增大。 硬度：砂轮的硬度是指磨粒在磨削力作用下从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮太硬，钝化了的磨粒不能及时被新磨粒替代，使表面粗糙度增大；砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表面粗糙度增

11、大。 组织：指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。组织细密，能获得高精度和较小表面粗糙度，组织疏松，不易堵塞，适于磨削软金属材料，如：磁钢、不锈钢和耐热钢。 材料：氧化物（刚玉）砂轮用于磨钢类零件；碳化物砂轮（碳化硅）用于磨铸铁和硬质合金等材料，人造金刚石和立方氮化硼，可获得很少的表面粗糙度，但成本较高。 在切削力和切削热作用下，加工表面的机械物理性能会在切削力和切削热作用下，加工表面的机械物理性能会发生变化，与基体材料性能有很大不同，主要变化：发生变化，与基体材料性能有很大不同，主要变化：表层表层金相组织的变化，微观硬度变化和在表层中产生残余应力。金相组织的变化，微观硬度变化和在表层中产生残余应力