机械制造工艺与夹具多媒体课件(第三章).ppt

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烟台工程职业技术学院机械工程系机械制造工艺与夹具机械制造工艺与夹具机械制造工艺与夹具机械制造工艺与夹具第三章第三章机械机械加加工的表工的表面质量面质量第一节第一节概述概述机械加工表面质量是指零件加工后的机械加工表面质量是指零件加工后的表面层状态，它是叛定零件质量的主要依表面层状态，它是叛定零件质量的主要依据之一。

据之一。

零件的破坏大多是从表面开始的。

零件的破坏大多是从表面开始的。

零件表面质量零件表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面层物理力表面层物理力学性能的变化学性能的变化表面层的微观表面层的微观几何形状特征几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一、机械加工表面质量的含义（内容）一、机械加工表面质量的含义（内容）表面粗糙度表面粗糙度几何形状误差比较

（1）轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra表面粗糙度的评定参数轮廓算术平均偏差Ra示意图近近似似表表示为：

示为：

在取样长度内，被测轮廓上各点至轮廓中线距离的绝对值的算术平均值。

在取样长度内，被测轮廓上各点至轮廓中线距离的绝对值的算术平均值。

（2）轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rz在取样长度内，轮廓峰顶线与轮廓谷低线之间的距离。

2.表面粗糙度对零件质量的影响表面粗糙度对零件质量的影响零件质量零件质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨对疲劳强度的对疲劳强度的影响影响对耐磨性影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能对耐腐蚀性能的影响的影响对配合性能的对配合性能的影响影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，粗糙度越大，对间隙配合对间隙配合,会使配合会使配合间隙增大间隙增大;对过盈配合对过盈配合,会使过盈量减少会使过盈量减少.粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差二、表面质量对零件使用性能的影响二、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表面质量对零件耐磨性的影响（轻载）（重载）

（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。

性。

因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。

塑性变形。

并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。

并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。

这是这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏疏松松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。

触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。

2表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响

（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。

表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。

对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。

在交对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。

在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。

集中，产生疲劳裂纹。

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。

渗透与腐蚀作用越强烈。

因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。

能。

（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。

低零件耐腐蚀性。

3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面质量对零件耐腐蚀性能的影响（3）表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响）表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。

少发热和功率损失。

表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的对疲劳强度的影响影响对耐磨性影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能对耐腐蚀性能的影响的影响对配合性能的对配合性能的影响影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度强度粗糙度越大、配合精度降低粗糙度越大、配合精度降低残余应力越大，配合精度降低残余应力越大，配合精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性则降低耐腐蚀性第二节第二节影响机械加工表面粗糙度的因素影响机械加工表面粗糙度的因素

（一）切削加工表面粗糙度

（一）切削加工表面粗糙度1、几何因素、几何因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r0主偏角主偏角kr、副偏角副偏角kr进给量进给量f进给量的影响进给量的影响减小进给量减小进给量f固然可以减小固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。

表面粗糙度会有增大的趋势。

切削层残留面积中切削层残留面积中H的计算：

的计算：

2、物理力学因素、物理力学因素

（1）切削力和磨擦力的影响）切削力和磨擦力的影响v韧性材料：

韧性材料：

工件材料韧性愈好，受刀具的挤压工件材料韧性愈好，受刀具的挤压和磨擦越大，金属塑性变形愈大，加工表面愈和磨擦越大，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。

粗糙。

故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。

精加工前安排正火或调质处理。

v脆性材料：

脆性材料：

加工脆性材料时，其切削呈碎粒加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。

点，使表面粗糙。

（2）切削速度的影响）切削速度的影响加工塑性材料时，切削速度对表加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的影响）见如影响）见如图图所示。

所示。

此外，切削速度越高，塑性变形此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小越不充分，表面粗糙度值越小选择低速宽刀精切和高速精切，选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。

可以得到较小的表面粗糙度。

积屑瘤的影响积屑瘤的影响切削塑性材料时，在一定的温度和压力切削塑性材料时，在一定的温度和压力下，与刀具前面接触的切屑底层受到很大的下，与刀具前面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，使这层金属的流动速度低于切屑摩擦阻力，使这层金属的流动速度低于切屑上层的流动速度，形成一层很薄的上层的流动速度，形成一层很薄的“滞留层滞留层”。

当刀具前面对。

当刀具前面对“滞留层滞留层”的摩擦阻力超的摩擦阻力超过切屑本身分子间的结合力时，过切屑本身分子间的结合力时，“滞留层滞留层”的部分金属就会粘附在切削刃附近，形成楔的部分金属就会粘附在切削刃附近，形成楔形的积屑瘤。

形的积屑瘤。

11）积屑瘤的形成积屑瘤的形成不利不利积屑瘤不稳定，易引起振动，积屑瘤不稳定，易引起振动，使使RaRa增大。

增大。

会引起会引起aapp的变化，使加工精度降低。

的变化，使加工精度降低。

所以：

精加工时应尽量避免。

22）积屑瘤对切削过程的影响积屑瘤对切削过程的影响所以：

粗加工时可以利用。

有利有利使使00增大，使增大，使切削过程变得轻快。

切削过程变得轻快。

可代替主刀刃前刀面可代替主刀刃前刀面进行切削，保护刀具。

进行切削，保护刀具。

积屑瘤的硬度是被切金积屑瘤的硬度是被切金属硬度的属硬度的2.53.5倍倍44）积屑瘤的抑制积屑瘤的抑制利用利用切削液切削液；控制切削速度；控制切削速度；加大刀具前度加大刀具前度00，提高刀具前面的光滑程度。

，提高刀具前面的光滑程度。

对工件进行正火、调质处理，以降低塑性。

对工件进行正火、调质处理，以降低塑性。

33）影响影响积屑瘤的形成因素积屑瘤的形成因素工件材料：

工件材料：

塑性材料；切削速度：

切削速度：

中等（560m/min），温度约300；刀具角度：

刀具角度：

00偏小；冷却条件：

冷却条件：

不加切削液。

鳞刺的影响鳞刺的影响在切削过程中，由于切屑在切削过程中，由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作在前刀面上的磨擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上产生用，使切屑在前刀面上产生周期停留，从而挤压刚加工周期停留，从而挤压刚加工过的表面，严重时使表面出过的表面，严重时使表面出现撕裂现象，在已加工表面现撕裂现象，在已加工表面上形成鳞刺，使表面粗糙不上形成鳞刺，使表面粗糙不平。

平。

避免产生积屑瘤和鳞刺的措施：

避免产生积屑瘤和鳞刺的措施：

1）合理选择切削速度）合理选择切削速度2）改善材料的切削性能）改善材料的切削性能3）正确选择切削液）正确选择切削液

（二）影响磨削加工表面粗糙度的因素

（二）影响磨削加工表面粗糙度的因素1、磨削加工的特点磨削加工的特点砂轮上的磨粒砂轮上的磨粒影响磨削加工表面影响磨削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素粒度Ra金刚石笔锋利，修正导程、径向进给量Ra磨粒等高性Ra硬度钝化磨粒脱落Ra硬度磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差Ra砂轮粒度砂轮粒度工件材料性质工件材料性质砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮硬度砂轮硬度砂轮VRaap、工件V塑变Ra粗磨ap生产率精磨apRa（ap=0光磨）影响表面层物理力学性能的主要因素影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力学表面物理力学性能性能影响金相组织变化影响金相组织变化因素因素影响加工硬化因素影响加工硬化因素影响残余应力因素影响残余应力因素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变形热塑性变形金相组织变化切削热1.表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化（11）表面层加工硬化的产生表面层加工硬化的产生定义：

定义：

机械加工时，工件表面层金属受到机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。

又称冷作硬化和强化。

（2）影响冷作硬化的因素）影响冷作硬化的因素刀具几何形状的影响刀具几何形状的影响切削刃切削刃r0、前角前角、后面磨损量、后面磨损量VB表层金属的塑变加剧表层金属的塑变加剧冷硬冷硬切削用量的影响切削用量的影响切削速度切削速度v塑变塑变冷硬冷硬f切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬工件材料性能的影响工件材料性能的影响材料塑性材料塑性冷硬冷硬提高表面层物理力学性能的加工方法提高表面层物理力学性能的加工方法1滚压加工滚压加工滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金