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1、第第3 3章章 机械加工表面质量及其控制机械加工表面质量及其控制 本章要点本章要点 表面质量及对使用性能影响表面质量及对使用性能影响 影响表面粗糙度工艺因素影响表面粗糙度工艺因素 机械加工中的振动机械加工中的振动 影响表层物理性能工艺因素影响表层物理性能工艺因素 1 第第3 3章章 机械加工表面质量及其控制机械加工表面质量及其控制 Analysis and Control of Analysis and Control of Machining Surface QualityMachining Surface Quality 3.13.1 加工表面质量及其对使用加工表面质量及其对使用 性能的影
2、响性能的影响 Machining Surface Quality and its Machining Surface Quality and its Influence to Use PerformanceInfluence to Use Performance 机械制造工艺学机械制造工艺学 2 表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等） 表面质量 表面几何形状精度 表面缺陷层 表层加工硬化 表层金相组织变化 表层残余应力 加工表面质量加工表面质量 加工质量包含的内容 3.1.1 3.1.1 加工表面质量概念加工表面质量概念 3 3.1.1 3.1.1 加工表面质量概念加工表面质量
3、概念 加工表面的几何形貌加工表面的几何形貌 qq 表面粗糙度表面粗糙度 波长波长/ /波高波高5050 qq 波度波度 波长波长/ /波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性 qq 宏观几何形状误差（平面度、圆度等）宏观几何形状误差（平面度、圆度等）波长波长/ /波高波高10001000 qq 纹理方向表面刀纹形式纹理方向表面刀纹形式 qq 表面缺陷如表面缺陷如划痕、砂眼、气孔、裂纹等砂眼、气孔、裂纹等 是加工表面个别位置出现的缺陷是加工表面个别位置出现的缺陷 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度与波度 RZ H RZ 4 3.1.1 3.1.1 加工表面
4、质量概念加工表面质量概念 无氧铜镜面三 维形貌及表面 轮廓曲线 5 3.1.1 3.1.1 加工表面质量概念加工表面质量概念 加工纹理方向及其符号标注 6 3.1.1 3.1.1 加工表面质量概念加工表面质量概念 表面层金属力学物理性能和化学性能表面层金属力学物理性能和化学性能 qq 表面层金属冷作硬化表面层金属冷作硬化 qq 表面层金属金相组织变化表面层金属金相组织变化 qq 表面层金属残余应力表面层金属残余应力 加工变质层模型 7 3.1.2 3.1.2 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 l表面质量对零件耐磨性的影响 Ra（m） 初始磨损量 重载荷 轻载荷 表面粗糙
5、度与初始 磨损量关系 p表面粗糙度对零件耐磨性的影响 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。 表面粗糙度太大，接触表面的实际 压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合 、挤裂、切断，故磨损加剧； 表面粗糙度太小，也会导致磨损加 剧。因为表面太光滑，存不住润滑油 ，接触面间不易形成油膜，容易发生 分子粘结而加剧磨损。 表面粗糙度的最佳值与机器零件的 工作情况有关 8 3.1.2 3.1.2 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 qq 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 性。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
6、变形和塑性变形。 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。 这是因为过分的冷作硬化，将 引起金属组织过分“疏松”，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。 冷硬程度 磨损量 T7A钢冷硬程度与耐 磨性关系 9 3.1.2 3.1.2 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 qq表面纹理零件耐磨性的影响表面纹理零件耐磨性的影响 表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响， 原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润 滑液的存留，一般，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐 磨性好，尖峰状的耐磨性差。 在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动 方向相同时，耐
7、磨性较好，两者的刀纹方向和运动 方向垂直时，耐磨性最差。 10 3.1.2 3.1.2 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 q表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 l表面质量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 。 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。 11 3.1.2 3.1.2 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 q表面层冷
8、作硬化与残余应力对零件疲劳强度的 影响 适度的表面层冷作硬化能阻止疲劳裂纹生长并产生表面阻止疲劳裂纹生长并产生表面 压应力，压应力，提高零件的疲劳强度。 残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已 加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度 残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力， 延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。 12 3.1.2 3.1.2 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 l表面质量对零件配合质量的影响 p表面粗糙度对配合质量的影响 表面粗糙度对零件配合精度的影响 表面粗糙度较大，则降低了配合精度。 表面残余应力对零件工作精度的影响 表面层
9、有较大的残余应力，就会影响零件精 度的稳定性。 p表面残余应力对配合质量的影响 13 3.1.2 3.1.2 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 l表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 p表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。 因为零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷 越深，渗透与腐蚀作用越强烈。 q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 易进入，可增强零件的耐腐蚀性； 表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。 14 3.1.2 3.1.2 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
10、影响 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，从而减少发热和功 率损失。 l表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响 15 3.1.2 3.1.2 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 qq 对耐磨性影响对耐磨性影响 表面粗糙度值表面粗糙度值 耐疲劳性耐疲劳性 适当硬化（阻止疲劳裂纹生长并产生表面压应力）可提高耐疲适当硬化（阻止疲劳裂纹生长并产生表面压应力）可提高耐疲 劳性劳性 表面粗糙度值表面粗糙度值耐蚀性耐蚀性 表面压应力：有利于提高耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性 表面粗糙度值表面粗糙度值 配合质量配合质量 表面残余
11、应力 精度的稳定性 配合质量配合质量 表面粗糙度值表面粗糙度值耐磨性耐磨性 ，但有限度，但有限度 qq 对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响 qq 对耐蚀性影响对耐蚀性影响 qq 对配合质量影响对配合质量影响 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好；纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好；纹理方向相同较好纹理方向相同较好 适当硬化可提高耐磨性适当硬化可提高耐磨性 16 第第3 3章章 机械加工表面质量及其控制机械加工表面质量及其控制 Analysis and Control of Analysis and Control of Machining Surface QualityMachining Surfac
12、e Quality 3.23.2 影响加工表面质量工艺因影响加工表面质量工艺因 素及其改进措施素及其改进措施 Technology Factors Influencing Technology Factors Influencing Machining Surface Quality and its Machining Surface Quality and its ImprovingImproving 机械制造工艺学机械制造工艺学 17 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 l l几何因素的影响几何因素的影响 直线刃车刀：直线刃车刀： 圆弧刃车刀：圆弧刃车刀： 影响因
13、素影响因素：刀尖圆弧半径：刀尖圆弧半径 r r 、主偏角、主偏角 r r 、副偏角、副偏角 r r 、进给量、进给量 f f 车削时残留面积的高度 f r Rmax vf r b） Rmax f a） vf 切削加工后表面粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度切削加工后表面粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度 18 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 q工件材料的性质 韧性 表面粗糙度 工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。 脆性表面粗糙度 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 表面留下许多麻点，使表面粗糙。 塑性表面粗糙度 工件材料
14、塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺，加 工表面粗糙。 l物理因素的影响 同一材料金相组织越粗大 表面粗糙度 故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，常在粗加工 或精加工前安排正火或调质处理。 19 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 q切削速度的影响 加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响随切 削速度的变化而变化（对积屑瘤和鳞刺的影响）； 切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越 小； 选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面 粗糙度； 切削速度对脆性材料的影响不大。 20 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 q
15、q 切削表面塑性变形和积屑瘤 切削速度影响最大：切削速度影响最大：v v = = 202050m/min50m/min范围，易产生积屑瘤和鳞刺范围，易产生积屑瘤和鳞刺 ，表面粗糙度最差；，表面粗糙度最差； v v 100m/min100m/min时减小，并趋于稳定时减小，并趋于稳定 。 切削45钢时切削速度与粗糙度关系 100120 v（m/min） 020406080140 表面粗糙度Rz（m） 4 8 12 16 20 24 28 收缩系数Ks 1.5 2.0 2.5 3.0 积屑瘤高度 h（m） 0 200 400 600 h Ks Rz 21 p积屑瘤的影响： 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 22 p鳞刺的影响 鳞刺的形成：抹试阶段、导裂阶段、层积阶段、刮成阶段 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 23 3.2.1 3.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 q进给量的影响 pp其他影响因素其他影响因素 刀具几何角度、刃磨质量，切削液等刀具几何角度、刃磨质量，切削液等 减小进给量f固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小 ，表面粗糙度会有增大的趋势，效
