机械加工后的表面粗糙度和表面层物理机械性能

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1、第六节机械加工后的表面粗糙度和表面层物理机械性能在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。一、切削加工影响表面粗糙度的因素切削加工时影响表面粗糙度的因素有三个方面：几何因素、物理因素和工艺系统振动。1.刀具几何形状的复映刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状时刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏

2、角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。2.工件材料的性质加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。3.切削用量二、磨削加工影响表面粗糙度的因素正像切削加工时表面粗糙度的

3、形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙度的主要因素有：1.砂轮的粒度砂轮粒度：主要是表明磨粒的尺寸大小，粒度号数越大，磨粒的尺寸越小，其值见下表。砂轮粒度磨粒的尺寸范围（μm）磨粒间的平均距离（μm）36#500～6000.47546#355～4250.36960#250～3000.25580#180～2120.228砂轮的粒度号数越大，磨粒的尺寸越小，参加磨削的磨粒就越多，磨削出的表面就越光滑。2.砂轮的硬度3.砂轮的修整：修整质量越高，磨削出的表面就越光滑。4.磨削速度砂轮磨削速度v越

4、高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，工件表面就越光滑。注：磨削加工中，工件的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数将减少，反而会使表面粗糙度值增加。5.磨削径向进给量与光磨次数6.工件圆周进给速度与轴向进给量：7.冷却润滑液三、表面层冷作硬化1.冷作硬化及其评定参数机械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移,晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化（或称为强化）。表面层金属强化的结果，会增大金属变形的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质也会发生变化。被冷作硬

5、化的金属处于高能位的不稳定状态，只有一有可能，金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、温度持续时间的长短和强化程度的大小。由于金属在机械加工过程中同时受到力和热的作用，因此，加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。评定冷作硬化的指标有三项，即表层金属的显微硬度HV、硬化层深度h和硬化程度N。2.影响冷作硬化的主要因素①刀具1）切削刃钝圆半径的影响：切削刃钝圆半径↑----径向切削分力↑----表层金属的塑性变形程度↑----导致冷硬↑2）前角γ0的影响：前角γ0在±20°范围内，对

6、表层金属的冷硬没有显著影响。在此范围以外，则前角γ0↑----塑性变形↓----冷硬↓3）其它角度：对冷硬影响较小。②切削用量1）切削速度v的影响：切削速度v越大，刀具与工件的作用时间缩短，金属的塑性变形就越小，因而可使加工表面层的硬化程度和深度降低。2）进给量f的影响：a、进给量f超过一定值时，加大进给量，切削力将随之增大，表层金属的塑性变形加剧，使冷硬程度增加。b、进给量f过小，切削厚度也小，刀刃圆弧对工件表面层将产生挤压，反而使表面层硬化程度增大。③工件材料——工件材料的塑性愈大，冷硬现象就愈严重。四、表面层材料金相组织变化当切削热使被加工表

7、面的温度超过相变温度后，表层金属的金相组织将会发生变化。1.磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时，可能产生以下三种烧伤：①回火烧伤如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度，但已超过马氏体的转变温度，工件表层金属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤。②淬火烧伤如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属发生二次淬火，使表层金属出现二次淬火马氏体组织，其

8、硬度比原来的回火马氏体的高，在它的下层，因冷却较慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称