第9章 已加工表面质量

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1、第九章已加工表面质量第一节已加工表面质量的概念第二节已加工表面质量的形成过程第四节加工硬化第三节已加工表面粗糙度第五节残余应力第六节精密切削加工的表面质量1、表面几何学方面零件最外表面的几何形状，通常用表面粗糙度表示。2、表面层材质的变化指在一定深度内的表面层产生的变质层。（塑性变形、硬度变化、微观裂纹、晶格畸变、残余应力、热损伤区、化学特性及电磁特性的变化。）评定表面质量的标志有：表面粗糙度、表面层的加工硬化程度及硬化层深度、表面层金属组织的变化情况、残余应力的大小及性质。第一节已加工表面质量的概念第

2、二节已加工表面的形成过程已加工表面的形成过程(第三变形区)无论怎样仔细刃磨刀具，前、后刀面形成的切削刃不可能绝对锋利，钝圆半径rβ总是存在的。其值经测定：高速钢刀具3～10μm；硬质合金刀具18～32μm。另外，刀具开始切削不久，后刀面就会发生磨损，形成一段αoe=0°的棱带VB。在研究已加工表面形成时，应考虑rβ、VB的影响。当切削层金属以v逐渐接近切削刃时，被切层便发生挤压与剪切变形，最终沿剪切面OM方向滑移成为切屑。由于rβ的关系，ac中将有Δa无法沿OM方向滑移，而是从切削刃钝圆部分O点下面挤

3、压过去，继之又受到VB的挤压和摩擦，使工件表层金属受到剪切应力，随后弹性恢复，设其高度为Δh，则已加工表面在CD长度上继续与后刀面摩擦。切削刃钝圆部分OB、VB、CD构成了后刀面的总接触长度。通过这一剧烈的变形过程形成的已加工表面，其表层的金属具有和基体组织不同的性质，称加工变质层。一、表面粗糙度产生的原因几何因素决定残留面积的高度切削过程因素切削过程不稳定因素所产生的粗糙度，（积屑瘤、鳞刺、切削变形，刀具的边界磨损、刀刃与工件相对位置的变动等）第三节已加工表面粗糙度1、残留面积切削时，由于刀具与工件的

4、相对运动及刀具几何形状的关系，有一小部分金属未被切下来而残留在已加工表面上，称为残留面积。（主、副偏角及刀尖圆弧半径的影响，去除面积不是ap×f）由刀尖圆弧部分形成的残留面积高度为：由主、副切削刃的直线部分形成的残留面积高度为：2、积屑瘤积屑瘤是指由于刀屑接触面的摩擦，当切削速度不高又形成连续切屑时，加工钢料和其它塑性材料时，常常在刀刃处粘着剖面呈三角状硬块。硬度为工件硬度的2-3倍。积屑瘤的变化不但是整体，而且积屑瘤本身也有一个变化过程。积屑瘤的底部一般比较稳定，而它的顶部极不稳定，经常会破裂，然

5、后再形成。破裂的一部分随切屑排除，另一部分留在加工表面上，使加工表面变得非常粗糙。切屑刀具积屑瘤积屑瘤3、鳞刺鳞刺指的是已加工表面上出现的鳞片状的毛刺。中低切削速度下，塑性材料。4、切削过程中的变形5、刀具的边界磨损（副后刀面的边界磨损）6、刀刃与工件相对位置变动二、影响表面粗糙度的因素（如何降低表面粗糙度）减小残留面积，消除积屑瘤和鳞刺，减小工件材料的塑性变形及切削过程中的振动等。1、刀具方面几何参数（较大的刀尖圆弧半径，较小的副偏角。降低刀面及切削刃的粗糙度）；刀具的磨损（后刀面磨损尺寸越大，粗糙度

6、越大，尤其是副切削刃上的边界磨损，影响更为严重）；刀具材料（尽量降低刀具材料与加工工件材料的粘结与摩擦）。2、工件方面工件材料的塑性和金相组织，塑性越大，粗糙度越大。降低材料的塑性。3、切削条件方面切削速度：切削塑性材料时，切速低、中时易产生鳞刺和积屑瘤，提高切削速度；减小进给量，可降低残留面积高度、鳞刺及积屑瘤高度，从而降低表面粗糙度；切削深度对粗糙度的影响小；采用高效切削液。一、加工硬化产生的原因1、加工硬化概念已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象。2、加工硬化产生原因已加工表面的形成过程

7、中，表层金属经受了复杂的塑性变形。加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、扭曲、碎裂，使表层组织硬化。第四节加工硬化式中H——硬化层显微硬度（HV）；H0——基体层显微硬度（HV）。N可达120％～200％。◆硬化层深度：已加工表面至未硬化处的垂直距离。即指硬化层深入基体的距离hd（μm）。一般为几十至几百微米。3、加工硬化的度量◆硬化程度N：已加工表面的显微硬度增加值对原始显微硬度的百分数。距表面深度HVH0hdH0图加工硬化与表面深度的关系二、影响加工硬化的因素1、刀具方面前角越大，硬化层深度越小

8、；切削刃钝圆半径越大，加工硬化越大；刀具后刀面磨损量VB越大，加工硬化越大。2、工件方面塑性越大，强化指数越大，熔点越高，则硬化越严重。3、切削条件随切削速度的增加加工硬化先是减小，随后又随切速的增加而增加；进给量增大，加工硬化增大；背吃刀量对加工硬化的影响不显著。◆减小切削变形：提高切速，加大前角，减小刃圆半径等◆减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等◆进行适当的热处理◆进行有效的冷却润滑加工硬化的控制1、残余应力概念未施加任何外力作用