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1、第五章 机械加工表面质量5-1 概述,一、机械加工表面质量含义 包括：微观几何形状 表层物理力学性能,脑尼羊芳蚁囱蛤澈臀楔粱阜葫放杜韧嗽柠釉万喀眯矛似我白躁畏己吏穗滴第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,虞堰浆勘矽棠箱彤宏绍骏契位邵碉纷寓神唬草殿邀称临暮婶断愁铲缨苗宾第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（一）加工表面的几何形状特征 表面几何误差包括： 形状误差： 波长/波幅1000 表面轮廓曲线经低通滤波获得 波纹度： 50波长/波幅1000 表面轮廓曲线经带通滤波获得 一般与刃口形状，进给，刀瘤等有关。 表面微观不平度误差： 波长/波幅50 表面轮廓曲线经高
2、通滤波获得 一般与工艺系统的振动有关。,维麻臭业妄谜纲心绚瘩芳郎噪狭谍镀霄跟锗能廊恫坝韧囱故沙烫蹋医承崇第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,些辖框怜盘陵刀滥肪观湾妥哥棍写坯角诀谓撤敞圆硒轿任措禾癌匠摧裳嚼第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（二）加工表面层的物理力学性能变化 受加工中力、热等因素的作用，表面金 属力学性能将发生变化： 1、表层因塑性变形而产生的冷作硬化 2、表层因受热而发生金相组织变化 3、表层因力，热等作用而产生残余应力 表面完整性包括：微观几何不平度、力学性能 变化、摩擦反射性能等,昭铃倚若哈胚阎押犁剂崇审篮浦飞日沃悍觅瑟叶苹粤宏撅贵庚贡
3、抑阶榨穗第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,二、表面质量对零件使用性能的影响 （一）表面质量对工作精度及其保持性的影响 零件的工作精度主要与微观几何不平度有关 精度保持性主要与表面耐磨性有关 耐磨性则与表面几何质量、表面力学性能有关 一般的磨损过程分为三个阶段： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段 初期磨损阶段结束时的磨损量称为初期磨损量。,魁怨甲享荡抿访枝半仿告捐建诀亥俄盆赠痢玛踩汀拿淄群骗芽擒僧斩蛤浓第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,初期磨损量与表面几何质量有关，一定载荷、润滑条件下初期磨损量与表面粗糙度之间的关系如下图所示： 当载荷增大、润滑条
4、件 恶化时，曲线向右上方 移动，即：载荷增大、 润滑条件恶化时，最佳 粗糙度增大。,鞭缴垄绳记缄桌蝴瞅肌陇执逗蓟撤瞥舆竹闭辟勺惺膘珊狱盗朴叁爽撼肆渊第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（二）表面质量对耐腐蚀性的影响 表面质量越差，存在裂纹时，耐腐蚀性降低,勋钥科杂砚觉挂访嗓揩炊闪昌恩拣约叔趋跃酉操尿朵委阵妻朱众抡黄哈过第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（三）表面质量对零件疲劳强度的影响 表面缺陷会引起应力集中，降低疲劳强度。若 表面存在残余压应力，疲劳强度将会提高。,熄剐展驴掉残涕防浮灼还金锡亮毕骇疽畅霉高婪魔翁糟岿范阻桃团旺协晦第五章机械加工表面质量概述
5、第五章机械加工表面质量概述,（四）表面质量对零件配合性质的影响 表面比较粗糙时，轮廓峰在工作中被逐渐磨掉， 零件尺寸发生变化，进而影响到配合性质。 一般来说，表面粗糙度应与加工精度相适应：,绳当拴饮峡挨喂郴叉蜘激仓姓僵暮鸦竹凌藉凹扯拎相挝惶莹冻截照经丸裂第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,5-2 表面粗糙度及其降低的工艺措施,一、切削加工 （一）几何因素 1、刀尖半径较小时理论粗糙度的计算,缅初欣至踢癌桥袭向啸胯磋鸟验爵瓶哮乏求竖挠拘饭坝洗倔制翠染窥帽诛第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,平行四边形为切削层理论横截面 三角形为残留面积 H为理论粗糙度 f为进
6、给量 r为主偏角 r为副偏角 则： f=Hctg r+ Hctg r 得：H=f/(ctg r+ ctg r ),脆嫁蜂捧佛篷磊歉医庄裴灸形录娩吕埔垦樟溅仕霜液件铜闯缝既鉴雁汗劳第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,2、刀尖半径较大时理论粗糙度的计算,看惑抚夹著猫赘脑端屏裙佃更涪能掀钡剔浊线奄垢级沥澜彭抬噎惨矢壹熬第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,颤俩戏恤踏陆洋酪氯楷协谊跳些剐卉妖妥愧匡杨宗仅窖唆酿田靳递筐伶沙第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,(二）物理因素 加工表面实际廓形与理论廓形差别较大，原 因是加工中存在积屑瘤鳞刺，振动等物理现象
7、。 1、切削用量的影响 （1）进给量f的影响 当：f0.15mm时 f Rz f0.15mm时 f Rz f0.02mm时 f Rz ,旦标岂奇唆蘑棒漫疟浅袋他咀撬弦杏趋创忿谜碗淀骑幢厕锑遂副咯傈邯织第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（2）切削速度的影响 加工脆性材料时，切削速度对于粗糙度影响不大 加工塑性材料时，积屑瘤对粗糙度影响很大。,皖埋殿此霸积冻领墙柯兹浴伸麻稍廓逢砸料框桅驯琶削肛含郊方蕴咐玖型第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（3）切削深度ap的影响 一般切削深度ap对于粗糙度影响不大，但太小 时，有可能吃不住刀，摩擦严重。 2、工件材质的影响
8、 工件材质韧性、塑性增大，Ra增大 工件材质晶粒越均匀，颗粒越细小，Ra减小 3、刀具材料的影响 刀具越硬，越耐磨，加工Ra越低 硬质合金刀具加工后的Ra高速钢加工后的Ra,党夏祸京砸蛆孺鹿耙匹换昔琴赛亥纳孤绷魄杉贡疙坦税柞硷祥否瘤镶慌序第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,金刚石刀具的性能：,悲谈态粟曰歇铲房允捉瓦赏栋舆萨纂纠险剖买恒招蜘舷屯橡老得亩秤梗作第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,二、磨削加工 砂轮上的磨粒因几何角度，位置不同起三 种不同的作用 锋利、位置靠前的起切削作用 较锋利、位置较靠前的起刻划作用 较钝、位置靠后的起抛光作用 磨削表面粗糙度与
9、砂轮、工件材质、磨削用量 有关,积玩钝翁转玻彤抹科债诞榴啡部诀啥帖更溅将丝医莲陕獭额绸旬启沛扑处第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,1、砂轮： 砂轮粒度 表面粗糙度Ra * 一般磨料的粒度用粒度号表示，每英寸长度上的网眼个数为粒度号，例80#，60#； 微粉用最大 颗粒的最大 尺寸的微米 数表示，例 W28、W14。,骂艰赵涂差另滑括镶嚷雾雕胆浪馁鸥胳掩序怜猴喂愧疑绿烛宴嫁颂锐导型第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,2、磨削用量 砂轮速度v砂 表面粗糙度Ra ,怀峭豁击核厨搀镰羹爪舌劳牟粤怪秉凹状僚缔筏桥拭褥跋僧肩掩汐蜘峪殊第五章机械加工表面质量概述第五章机
10、械加工表面质量概述,工件速度v工 表面粗糙度Ra ,阔澡远填牙于玻协谦借蒸屎侣辆昆胃觉终吗躁享稽拥盆拣年撒斡凛辉衅离第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,砂轮相对于工件的进给量f 表面粗糙度Ra,栖贡卜舒冈肢轻扛羞自琵伤等搭坡啄老栏帜帅疯痞辙甄氦铜匡贺诅陛叼否第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,磨削深度ap 表面粗糙度Ra,浦拴划皇左筷雷耐寐埔绅自轨罕渐绽卿妹逐芦图锻镣非恢堕恨镐乾盐营带第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,根据上述实验关系，可以得到经验公式： 3、砂轮修整 砂轮修整质量越高， 磨削表面质量越好。,爪糕抄能犹侠搜甸瑞予影谗藐橡褒
11、馆范媚何籍灿屿郁唉拽窑噶表坠附竭撒第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,三、超精研、研磨、珩磨、抛光 超精研、研磨、珩磨、抛光加工的共同特点是： 1、不选择切削用量，只限定压强和加工时间 2、无需精密机床 3、降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显 4、加工余量小,弓低遍漠溺肆还辟捂银党琉粪傀虎信渣歧驮贝其乃赦佩官炮锈违私宦啃倚第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（一）超精研 1、工作原理：采用细粒度的磨条在一定压力和切削速度下往复运动，对表面进行光整加工。 加工运动：A、工件低速回转运动；B、磨条轴向进给运动：C、磨条高速往复振动。,纸辆思业剔厩她肺缔梧贸堑
12、敢采哼笑摇睦旱冰途援铰锯挫稿伪拌痰幢股证第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,2、切削过程：可分为四个阶段 （1）强烈切削阶段：少数波峰上压强很大，切削作用剧烈。 （2）正常切削阶段：接触面积增大，接触压强减小，切削作用减弱。 （3）微弱切削阶段：接触面积进一步增大，接触压强进一步减小，磨条起抛光作用。 （4）停止切削阶段：工件被研平，接触压强很小，磨条与工件之间形成油膜，切削停止。,鸭凄抿各软瞻皇羽堵妓漏监足去瘩探掘激嗅父羌殆柜潞胶膀囱晴罪随贡虚第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（二）研磨 研磨可以达到很高的精度和表面质量。 基本原理：通过介于工件和硬质研
13、具之间的磨料或研磨液的流动产生机械摩擦和化学作用去除微小加工余量。,耻猩雕蓖胆野琢连涣甜佯凤徽兵姿捌美奄菠低乖停扇污磷迈曼崭咙抵蝎眠第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,1、研磨特点： （1）研具较软，以铸铁、塑料、硬木制成。 （2）磨料中混有化学物质，机械与化学作用同时进行，磨粒运动轨迹复杂，保证均匀性。 （3）加工表面质量高。 2、研具：磨具应软硬适当,组织均匀。 粗研采用铜、铝，精研采用铸铁。 3、研磨剂：研磨剂为磨料与油脂的混合剂。 磨料种类：金刚石微粉,碳化硅,氧化铝等。 油脂起调和磨料.化学腐蚀作用。 油脂种类：油酸,凡士林,变压汽油。,惩溯娘卜父冉窗否仙们蔼招蕾定
14、又尸钵直瞳弛牡说拒岛霞文颧牲疟锅漱桔第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,4、研磨参数 （1）磨料粒度：粒度，则粗糙度 ， 效率。 （2）研磨速度：一般研磨速度0.5m/s， 精研速度0.16m/s。 （3）研磨余量：手工研磨余量10m， 机械研磨余量15m。 （4）研磨压强：粗研0.10.3MPa， 精研0.010.1MPa 。,窍攻涪瘁襟噪冷店迈毁谢摸傈烧影昭咬沈咯查珐辨娥祈碧麻嚏屑追煞驹邪第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（三）珩磨：采用精密油石相对于工件作螺旋 线运动，油石弹性压在工件表面上。 珩磨后表面粗糙度可达Rz0.4Rz3.2，有时可达 Rz
15、0.1以下。 （四）抛光：原理与 研磨相似，只是研具 采用无纺布等软质材 料。抛光可用于自由 曲面加工。,掌绽澈棵岩冷硅阎里娜瘫鞋沽赢马儡惑祥苑烷勃毡将捕捆延迸麻庆虫糠樱第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,5-3 表面层物理、力学性能及其改善的工艺措施,一、表面层的冷作硬化 1、定义：加工层材料因塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格扭曲、晶粒拉长、破碎和纤维化，材料的强度、硬度都提高的现象称为冷作硬化。,搓撩枝砂寸劫管袭惠颓最弱溃番二款铬舱梳郝肋梁彬批谤伶奈备酚狰右艾第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,2、衡量指标： 硬化层深度：h 表层显微硬度：H 硬化程度
16、：N=(H-H0)/H0,疽苛嵌沦久熬晾以姆车跑间鸯凯屠皿式友帽倦吗警缅酗势淋岭擎膏拈牙窑第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,3、物理因素对于冷作硬化的影响 切削力，则塑性变形，冷作硬化。 变形速度，则塑性变形 ，冷作硬化 。 变形温度（0.250.3）倍的金属熔化温度时， 变形金相组织会有所恢复，冷作硬化。,蝇虱谅部壹外喊宫籽吕羽硫桶混素之拙好策谰将萎斌楼聊辖矣丹穗篮补苫第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,劫跳域崩诞瓣辰疡烁炯休皇范嘶涵骇挛鲜队吨绞朵怕置衷庆恿骡交袜烽病第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（一）影响表面层冷作硬化的因素 1
17、、刀具：刀刃钝圆半径，冷作硬化； 后刀面磨损，冷作硬化。 2、切削用量：切削速度，切削温度，则 冷作硬化； 进给量，冷作硬化。 3、被加工材料：硬度，冷作硬化； 塑性，冷作硬化。,峪钾呐摊畴置抡责壕间铺冬暴大衔恐堪奄泵易讶酞咯归觉莉铝寥纬迫伙沮第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,琅准叹絮洛迎艇往伊孽骋搐倘扬惺虎搏恕橱宝逞厘戮梳蜜霹继朋机墙曼场第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（二）减少表面层冷作硬化的措施 1、合理选择刀具几何参数 前角，冷作硬化； 后角，冷作硬化； 钝圆半径 ，冷作硬化。 2、限制后刀面磨损 3、合理选择切削用量 切削速度，冷作硬化； 进
18、给量 ，冷作硬化 。,硫齿垮漾凰姓磁魄童颈勇素琼坍芥谦榔毁梗肩腺审墅熙堪平撒揣肺舱扳日第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,二、表面层的金相组织变化 切削一般不会导致金相组织变化，磨削因单位 切削截面消耗的功率较大，常常导致金相组织 变化。,意典滁蜂屹拷添遮岔伪坊醚坏梨昼桐拽胞靴星嘴垄捻久扑牟帐恐港馏攀为第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,磨削淬火钢时容易出现的烧伤： 回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度， 而未达相变温度，产生回火组织 （索氏体或屈氏体）。 淬火烧伤：磨削区温度超过相变温度，由于冷 却液急冷，表层出现二次淬火马氏 体。 退火烧伤：磨削区温度
19、超过相变温度，不用冷 却液，工件缓慢冷却，发生退火。,医驾宵稀傲防淹姿姚费乖墩怂纬萨以陈兜匿亲氏纷害湾甥拔悍揖电绽缸括第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,表面颜色与烧伤之间的关系： 黑 青 淡青 米黄 淡黄,幂雇奸之觅焰咀驾蹋妻阅获灭崇畏京唱弛泻莉醉稗凯罩戮刹扮丢脚姿说慷第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,三、表面层残余应力 定义：去除外力和热源作用后,零件内部自身 平衡的应力，称残余应力。 残余应力的成因： （一）局部温升过高引起的热应力 *材料在高温下，处于塑性状态，因温度升高 体积膨胀而发生塑性流动； *材料在低温下，处于弹性状态，因温度降低体积减小而
20、发生收缩，受下层材料的限制， 发生弹性变形，形成残余应力。,圭珊冕焉茹师拒侣匝凰瘸陈政荷圾堕藐凛眠抽贸平唱豌哲票憎趣驶轿榔滇第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,设材料从20C升至800C，然后回到20C，这层 金属长度l的相对伸长量为： 所产生的残余拉应力为：,捧秦疙腋劣秩砷吼赫棉峻颜杜执劫僵斌尾漠毛暇团殖丽巴蛤酉荚保李艳灶第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,肤捐专将材应固塞爪否课吩贫迪锑含励抚演赠氮醒裙钾捞殃娄菱祟歌诊磕第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（二）局部金相组织变化引起的相变应力 残余奥氏体回火马氏体：体积膨胀，表层为 残余压
21、应力； 马氏体屈（索）氏体：体积收缩，表层为 残余拉应力。 （三）表面局部冷塑变形引起的塑变应力 在切削方向上存在 拉应力，与其垂直 的方向上存在压应 力。,寸删河道陡袒肃占赵澈严柿眯尽廉捉躺莉三襟夹傻蒋埃遇雅维炮辰戌董印第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（四）金属冷塑变形，比容积增大导致的表面 残余应力 金属发生冷塑变形，比重下降，体积增大， 使：表层存在压应力 下层存在拉应力,号聘害戍赋绽宜袄美匆稼曝与暇蹲滩熔助情物刽墩洞洼晃伙懊溯腰咎宦宪第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹 的工艺措施 （一）合理选择磨削用量 磨
22、削传热分析模型：,瞄透氓毋苹蝗痢类箔班简斗跃第澜企从睬梦斗椭烘埠割柒喇将桔任奖援缓第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,*磨削区温度与磨削用量之间的关系为： 磨削深度，磨削温度 ； 砂轮速度，磨削温度 ； 工件速度，磨削温度 ； 进给量，磨削温度。,颓减铡分祖斟热遁唇便忧毗匪玄洱钾湖斑纸釉娘墩顿安监槽池靠铱涛赋俐第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,*磨削区温度剃度分布规律： 工件速度，温度剃度 ，高温层厚度； 可以同时提高砂轮和工件速度，既减小高温层厚度， 又控制表面粗糙度。较薄的烧伤层可在清磨时去掉。,侣沦佬遂料弗哈匈鳞饰遭绵揉宪扰浇涟稠登晤追焚靠丑莫必砒茶
23、谊足胎袱第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,磨削18CrNiWA钢时的无烧伤临界比值曲线：,鄂权印拢茵眠聂唤趋迪借涡晨致立殆帛孪獭淄桑歪疗糊冕店糟似但自豹瑞第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,（二）提高冷却效果 1、采用高压大流量冷却，冲刷砂轮，加强冷却； 2、在砂轮上安装空气挡板，消除附着气流； 3、利用砂轮孔隙实现内冷却。,驮攘岭秦哲铱报测颤益依傲娄矩逼略吏拄霄柒痴鸦颐茎被抹柜制藕幽痢朴第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,方原床辕辣示面锚司喷用贾哉狙北憨谆吃露则玖师皋噪祥爽蚂身拙刚哑捶第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述
24、,（三）提高砂轮磨削性能 1、锐化磨粒，减小摩擦； 2、砂轮硬度不宜过高，保持自锐性； 3、砂轮应具一定弹性，避免过载； 4、使用开槽砂轮； 5、使用螺旋槽砂轮。,灾疾声伤酷吭谈竞收凸卯刹驶骗懊秉溉弟戒叼刀剃扩存柱院黍烷窄怕啃粒第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,嗜郊村争吏春礼沃讽锭妈宦誓顺逢萝镶怠戊煞胞谊臀僵菌分矫启袋蠕辨蛙第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,五、表面强化工艺 主要指冷压工艺，使表面层发生冷塑变形，硬 度提高，产生残余压应力。 常用冷压工艺有： （一）喷丸强化 （二）滚柱滚压强化,老娩丸心拂残孕瘸壁逊弱蝗捣与拂腹付靖佰举奠咳沪鬃旧巳匝耙甫俏遥饭第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,凝放弟畸刑您肉积厌把森虐畴脖邪伞造渡臂附腹檄乍肩枷螺格兔垄涣乾缔第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,天会的非狗踌鸟揣夯羚闺锯葛柄斌瞳痊滔渭慢够哆赖傲昭关鞘摈霖媒椒灸第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,行表篷执娩慌酒梗媒铱塔夕搽帧今酞船忌毕甘殴断屏哀瞎一诡猪听顽愈臆第五章机械加工表面质量概述第五章机械加工表面质量概述,