加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響影響表面粗糙度的工藝因素及其改進(jìn)措施影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)措施

第五章機(jī)械加工表面質(zhì)量及控制本章要點(diǎn)

加工表面質(zhì)量的概念§5.1加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響已加工表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀幾何形狀特征表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層金相組織的變化

a）波度b）表面粗糙度零件加工表面的粗糙度與波度RZλHλRZ

表面的幾何形狀誤差

表面粗糙度：加工表面的微觀幾何誤差，波長(zhǎng)與波高比值小于50。表面波度：加工表面不平度波長(zhǎng)與波高比值在50～1000的幾何形狀誤差紋理方向：表面刀紋的方向傷痕：加工表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)的缺陷

表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

對(duì)耐磨性影響Ra（μm）初始磨損量重載荷輕載荷表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙度值↓→耐疲勞性↑適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值↓→耐蝕性↑表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值↑→配合質(zhì)量↓表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度對(duì)耐疲勞性影響對(duì)耐蝕性影響對(duì)配合質(zhì)量影響紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當(dāng)硬化可提高耐磨性直線刃車(chē)刀（圖a）圓弧刃車(chē)刀（圖b）影響因素：車(chē)削時(shí)殘留面積的高度f(wàn)κrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削加工表面的粗糙度§5.2影響表面粗糙度的因素及改進(jìn)措施切削速度影響最大：v=10～50m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差。其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質(zhì)量，切削液等切削45鋼時(shí)切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度h（μm）0200400600hKsRz切削表面塑性變形和積屑瘤砂輪速度vs↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂輪縱向進(jìn)給f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響vw

=40(m/min)f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)vs=50(m/s)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vs(m/s),vw(m/min)Ra(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削加工表面粗糙度影響因素

磨削用量影響光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，Ra↓

砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓

砂輪精細(xì)修整，Ra↓砂輪影響其他影響因素冷卻潤(rùn)滑液磨削加工表面粗糙度影響因素

◆機(jī)械加工中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變、晶粒間產(chǎn)生滑移，表層材料硬度增加的現(xiàn)象—冷作硬化◆機(jī)械加工中力的作用強(qiáng)化、熱的作用弱化冷作硬化◆冷作硬化程度可用三個(gè)指標(biāo)衡量：表層金屬的顯微硬度HV

硬化層深度h（微米）硬化程度N一、表層材料的冷作硬化§5.3影響表層材料力學(xué)物理性能的工藝因素及改進(jìn)措施進(jìn)給量↑→冷硬程度↑切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果）切削深度影響不大◆切削用量◆工件材料材料塑性↑→冷硬傾向↑材料強(qiáng)度↑→冷硬傾向↓1、切削加工中影響表面冷作硬化的因素f對(duì)冷硬的影響硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：45◆刀具幾何參數(shù)2、切削加工中影響表面冷作硬化的因素00.20.40.60.81.0磨損高度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)刀具后刀面磨損對(duì)冷硬影響↑→冷硬程度↑后刀面磨損量↑,冷硬程度變化如圖成階段性后角、主偏角、副偏角、刀尖圓弧半徑對(duì)冷作硬化影響不大磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強(qiáng)）工件轉(zhuǎn)速↑→冷硬程度↑縱向進(jìn)給量影響復(fù)雜磨削深度↑→冷硬程度↑◆磨削用量◆砂輪砂輪粒度↑→冷硬程度↓砂輪硬度、組織影響不顯著◆工件材料材料塑性↑→冷硬傾向↑材料導(dǎo)熱性↑→冷硬傾向↓磨削深度對(duì)冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削3、磨削加工中影響表面冷作硬化的因素

回火燒傷：磨削溫度介于其相變溫度723C°和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度300C°之間→馬氏體回火轉(zhuǎn)變淬火燒傷：磨削溫度超過(guò)其相變溫度723C°+急冷→二次淬火退火燒傷：磨削溫度超過(guò)其相變溫度723C°+不冷卻→退火◆機(jī)械加工過(guò)程中加工區(qū)域溫度達(dá)到或超過(guò)工件材料相變溫度時(shí)，金相組織會(huì)發(fā)生變化（主要指磨削）◆磨削燒傷（淬火鋼）二、表層金屬金相組織變化

◆燒傷表現(xiàn)：彩色氧化膜殘余應(yīng)力微裂紋磨削燒傷與磨削裂紋的控制合理選擇砂輪根據(jù)工件材料、磨削性質(zhì)選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和組織合理選擇磨削用量合理選擇磨削過(guò)程的ap、ft、vw、vs改善冷卻條件內(nèi)冷卻、噴汽冷卻、強(qiáng)制冷卻等磨削燒傷與磨削裂紋的控制

內(nèi)冷卻砂輪

內(nèi)冷卻砂輪

開(kāi)槽砂輪a）槽均勻分布b）90度內(nèi)變距開(kāi)槽

選擇開(kāi)槽砂輪殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因三、表層材料的殘余應(yīng)力表層材料形狀變化、體積變化、金相組織變化時(shí)將在表層材料與基體間產(chǎn)生相互平衡的殘余應(yīng)力1)機(jī)械加工中表層材料的塑性變形→外壓內(nèi)拉2)磨削溫度造成表層材料的塑性變形→外拉內(nèi)壓3)金相組織變化→體積變化表層比容增大→外壓內(nèi)拉表層比容減小→外拉內(nèi)壓熱生殘余拉應(yīng)力的示意圖

v↑→殘余應(yīng)力（熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用）◆切削用量◆刀具前角+→－，殘余拉應(yīng)力↓刀具磨損↑→殘余應(yīng)力↑◆工件材料材料塑性↑→殘余應(yīng)力↑鑄鐵等脆性材料易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力

vc對(duì)殘余應(yīng)力的影響γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距離表面深度(μm)殘余應(yīng)力(Gpa)-0.2000.20vc

=7.7m/minvc

=86m/minvc

=213m/min影響切削殘余應(yīng)力的工藝因素◆磨削用量的影響背吃刀量ap、砂輪速度vs

工件的轉(zhuǎn)速vw和進(jìn)給f1◆工件材料強(qiáng)度↑、導(dǎo)熱性↓、塑性↓→殘余拉應(yīng)力↑影響磨削殘余應(yīng)力的工藝因素

熱變形和塑性變形對(duì)殘余應(yīng)力影響很大熱因素起主導(dǎo)作用→殘余拉應(yīng)力塑性變形起主導(dǎo)作用→殘余壓應(yīng)力淬火燒傷時(shí)，金相組織變化起主導(dǎo)作用→殘余壓應(yīng)力ap對(duì)殘余應(yīng)力的影響磨削工業(yè)鐵和T8的殘余應(yīng)力四、工件最終工序加工方法的選擇加工方法殘余應(yīng)力符號(hào)

/MPa應(yīng)力層深度h/mm車(chē)削一般外拉內(nèi)壓

外壓內(nèi)拉200～800刀具磨損1000一般外拉內(nèi)壓0.05～0.1高速、負(fù)前角時(shí)0.65磨削一般外壓內(nèi)拉200～10000.05～0.30銑削外壓內(nèi)拉600～1500碳鋼淬硬外壓內(nèi)拉400～750鋼珠滾壓鋼件外壓內(nèi)拉700～800噴丸強(qiáng)化鋼件外壓內(nèi)拉1000～1200滲碳淬火外壓內(nèi)拉1000～1100鍍鉻外拉內(nèi)壓400鍍銅外拉內(nèi)壓200各種加工方法在工件表面殘余的內(nèi)應(yīng)力利用淬硬和精細(xì)研磨過(guò)的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)擠壓金屬表面，將凸起部分下壓下，凹下部分上凸