7 机械加工表面质量 7.1 表面质质量的含义义及对对零件使用性能的影响7.2 影响加工表面粗糙度的因素7.3 影响机械加工表面层层物理力学性能的因素7.4 机械加工中的振动动7.5 控制加工表面质质量的工艺艺途径 零件机械加工质量：零件机械加工质量：加工精度、表面质量。加工精度、表面质量。机械加工后的零件表面机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它实际上不是理想的光滑表面，它存存 在着在着不同程度的不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只。虽然只 有极薄的一层（几有极薄的一层（几微米微米-几十几十微米），但都错综复杂地微米），但都错综复杂地影响着影响着 机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等 ，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视 。7 机械加工表面质量 零件的失效原因是由磨损和疲劳破坏引起，据统计资料，零件的失效原因是由磨损和疲劳破坏引起，据统计资料， 约约80%80%的机器零件的失效原因是由表面质量引起。的机器零件的失效原因是由表面质量引起。 因此，产品的工作性能，特别是可靠性、耐久性等在很大程度 上取决于主要零件的表面质量。零件表面质量表面粗糙度表面波度表面物理 力学性能 的变化表面几何 形状特征表面层冷作硬化 （加工硬化）表面层残余应力表面层金相组织的 变化7.1.1 表面质量的含义（内容）表面粗糙度表面波度表面层冷作硬化 （加工硬化）表面层残余应力表面层金相组织的 变化表面的纹理方向7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响（一）表面的几何形状特征1表面粗糙度 表面的微观几何形状误差。高度评定参数：轮廓算术平均值、轮廓的最大高度2表面波度 介于宏观和微观几何形状误差之间的周期性几何形状误差。由工艺系统的低频振动引起。3表面的纹理方向:运动副、密封件接触表面7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响（二）表面层的物理机械性能的变化1加工硬化（冷作硬化）刀具与工件已加工表面挤压和摩擦；2残余应力：有残余拉应力和残余压应力切削力、切削热作用；3金相组织的变化切削热的作用（主要发生在磨削加工中）。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响7.1.2 表面质量对零件使用性能的影响1表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况、润滑条 件有关，这些条件确定后，表面质量起决定性作用。 7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响过小不利于润滑油的储存，零件间的分子亲和力，甚至发生分子粘合，摩擦阻力，加剧磨损；（1）的影响：影响有效接触面积、压强及润滑油储存。为什么说过大过小都会降低耐磨性？在一定的条件下，一对摩擦副通常有一个最佳一般情况下，的表面具有良好的耐磨性。经珩磨而具有交叉网纹印痕、经刮削具有细小凹坑的表面 良好的耐磨性。过大，波峰接触，接触面积小，压强，加剧磨损。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响（2）表面层的冷作硬化的影响适当的冷作硬化，零件表面的耐磨性。 原因冷作硬化表面层的硬度和强度，接触区的弹性和塑性变形，分子间的亲和力，磨损。过度冷作硬化，零件心部和表面硬度差过大，会发生表层剥落现象，加剧磨损。如钢，冷拔加工后，硬度1545%，磨损量2030%。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响（3）金相组织变化：改变材料原有硬度，影响耐磨性。（4）残余应力：残余拉应力（使结构疏松），耐磨性；残余压应力（使结构紧密），耐磨性。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响2表面质量对零件疲劳强度的影响零件的疲劳破坏，主要是在交变应力作用下，在内部缺陷 和应力集中处产生疲劳裂纹引起。 的影响：凹谷处，易引起应力集中，在交变应力作用下，对重要的、承受交变应力的零件表面如连杆、曲轴等应进行光整加工（抛光、珩磨、无心磨），疲劳强度3040%。（1）产生疲劳裂纹，导致零件的疲劳破坏，所以，疲劳强度 ，疲劳裂纹。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响（2）残余应力：疲劳破坏是由拉应力产生的疲劳裂纹引起。残余压应力延缓疲劳裂纹的产生和扩展，疲劳强度；残余拉应力加速疲劳裂纹的产生和扩展，疲劳强度。（3）冷作硬化：适当的冷作硬化，疲劳强度，能延缓疲劳裂纹的产生和扩展；过高冷作硬化，表面脆性，塑性产生裂纹，疲劳强度。（4）金相组织变化：一般情况，疲劳强度（残余拉应力）。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响凹谷处容易聚集腐蚀性介质，发生化学腐蚀； 两个不同金属材料的零件表面接触凸峰间产生电化学腐蚀。，零件抗腐蚀性（与腐蚀性介质接触面积）。，如螺旋桨，进行抛光，3表面质量对零件抗腐蚀性的影响（1）的影响：在腐蚀性介质工作的零件，零件抗腐蚀性。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响残余压应力使零件表面组织紧密，零件抗腐蚀性；残余拉应力使零件表面组织疏松，零件抗腐蚀性。（2）残余应力：零件在拉应力状态下工作，会产生应力腐蚀。（3）冷作硬化和金相组织变化： 引起表面残余应力。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响4表面质量对零件对零件的其它方面的影响 （1）对配合质量的影响：相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙量大小表示的。 对间隙配合，间隙量（凸峰磨损）； 对过盈配合，过盈量（波峰挤平），连接强度。残余应力会引起零件变形，对配合性质也有一定的影响。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响对有密封性要求的零件、相对运动的零件， 。（液压油缸、滑阀，（2）其它，密封性，接触刚度，滑动摩擦系数。，密封性，滑动摩擦系数）。残余应力使零件使用过程中，继续变形，机器工作精度。7.1 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响7.2.1 切削加工后的表面粗糙度的因素1、几何因素影响表面粗糙度的主要因素几何因素和物理因素 刀具的形状和几何角度，特别是其次是进给量通过残留面积影响表面粗糙度。 7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素车削时残留面积的高度frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf切削残留面积切削残留面积7.2 影响加工表面粗糙度的因素残留面积的形状是刀具几何形状的复映直线刃车刀直线刃车刀圆弧刃车刀圆弧刃车刀影响因素：影响因素：7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素2、物理力学因素（1）塑性变形：在切削过程中，刀具的刃口圆角（刃口半径）及后刀面对工件的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形而使理论残留面积挤歪或沟槽加深，表面粗糙度值。 （2）积屑瘤（刀瘤）和磷刺：中低速加工塑性金属材料积屑瘤（刀瘤）：产生成长脱落是周期性的动态变化 （引起振动），形状不规则，脱落的碎片有些嵌入工件使加工表面上出现深浅和宽度不断变化的沟槽，表面粗糙度值。磷刺：由于切屑在前刀面上摩擦和冷焊作用，造成周期性地停留，代替刀具推挤切削层，造成切削层和工件之间出现撕裂现象，如此连续发生使加工表面上出现鳞片状毛刺般的缺陷，表面粗糙度值。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素切削速度影响最大：切削速度影响最大：v v = = 101050m/min50m/min范围，易产生积屑瘤和鳞范围，易产生积屑瘤和鳞 刺，表面粗糙度最刺，表面粗糙度最差。差。切削45钢时切削速度与粗糙度关系10 012 0v（m/min）02040608014 0表面粗糙度Rz（m）481 21 62 02 42 8收缩系数Ks1.52.02.53.0积屑瘤高度 h（m）020 040 060 0hKsRz切削表面塑性变形和积屑瘤切削表面塑性变形和积屑瘤7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素3、工艺系统的振动（1）刀具的几何参数、刀具材料和刃磨质量4、工艺因素低频振动，波度；高频振动，表面粗糙度值。刀具、切削用量、工件材料、切削液。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素刀具的几何参数7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素刀具材料和刃磨质量对产生积屑瘤和鳞刺现象影响较大刀具材料主要考虑热稳定性（）、摩擦系数（）及与工件材料的亲和力（）。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、金刚石等。刃磨质量前、后刀面7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素：，；：塑变升到主导地位，的影响不明显；对的影响不明显。（挤压摩擦，塑变）；过小由于刀具不够尖锐、系统刚度不足而不能切削，（2）切削用量7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素，塑变，防止积屑瘤和鳞刺产生如45钢，易产生积屑瘤和鳞刺。（积屑瘤和鳞刺都在较低的速度范围内产生。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素（3）工件材料塑性、韧性大，（积屑瘤和鳞刺）；同一种材料，晶粒粗大，加工前，对工件进行调质处理，以提高材料的硬度，降低塑性，细化晶粒， 。脆性材料， ；。（4）切削液：合理选用切削液可以减少变形和摩擦，抑制积屑瘤和鳞刺，降低切削温度，。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素影响切削加工表面 粗糙度的工艺艺因素刀具几何形状刀具材料、刃磨质质量切削用量工件材料残留面积 Ra 前角 Ra 后角摩擦Ra 刃倾角会影响实际工作前 角 v Ra f Ra ap对Ra影响不大，太小会 打滑，划伤已加工表面材料塑性 Ra 同样材料晶粒组织大 Ra ，常用正火、调质处 理刀具材料强度 Ra 刃磨质量 Ra 冷却、润滑 Ra7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素7.2.2 磨削加工后的表面粗糙度 磨削加工表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的 沟槽形成的。砂轮、磨削用量、工件材料。砂轮粒度：砂轮粒度号（粒度越细），则单位面积上磨粒数，在工件上的刻痕也密而细， 。1砂轮几何因素7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，应根据工件材料选用合适的砂轮硬度。砂轮的硬度：砂轮太硬，磨粒破损后还不能脱落工件表面受到强烈摩擦和挤压，塑变， ，磨削烧伤；7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素砂轮的修整：砂轮的修整质量与所用修整工具、修整砂轮纵向进给量有关。 用金刚石笔修整砂轮 用金刚石笔修整砂轮相当于在砂轮上车出一道螺纹，修整的导程和切深越小，修整出的砂轮越光滑，磨削刃等高性也越好，。砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃。砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素砂轮上的磨粒7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素原因： 塑变的传播速度磨削速度，材料来不及变形，即被加工 。 2磨削用量，（磨削区温度），（不变），单位时间通过被磨表面磨粒数，。砂轮速度。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素由实验获得的经验公式：，塑变，为提高磨削效率，通常在开始磨削大的背吃刀量，磨削后期较小背吃刀量或无进给磨削（多次光磨）。凸轮轴精磨工序。减少磨削径向进给量,增加光磨次数, 。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素（ 不变），单位时间通过被磨表面磨粒数， 为保证加工质量和满足生产率要求，开始时，磨削后期， （光磨）。通过残留面积。；凸轮轴精磨工序。 为保证加工质量和满足生产率要求，开始时，磨削后期（光磨）。；（光磨）。7.2 影响机械加工表面粗糙度的因素3工件材料：硬度、塑性、导热性太硬、太软、太韧、导热性差的材料都不容易磨光。如铜、铝合金等软材料，易堵塞砂轮， ；塑性大、导热性差的耐热合