机械加工表面质量控制

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1、第5章机械加工表面质量控制5.1影响加工表面质量的因素5.2机械加工中的振动5.3控制机械加工表面质量的措施5.1影响加工表面质量的因素机械加工表面质量对机器零件的使用性能，甚至整机的工作性能都有很大影响。深入研究影响加工表面质量的各种因素及其规律，探究提高和保证加工表面质量的措施和方法是机械制造工艺学研究的重要内容。5.1.1影响表面粗糙度的工艺因素影响加工表面粗糙度的工艺因素主要有几何因素和物理因素两个方面。加工方式不同，影响的工艺因素也各不相同。1.切削加工的表面粗糙度1）几何因素影响表面粗糙度的几何因素是指刀具相对工件作进给运动时，由于刀具的几何形状、几何参数、进给运动及切削刃本身的

2、粗糙度等影响，未能完全将加工余量切除，在加工表面留下残留面积，形成表面粗糙度。以车削或刨削加工零件表面为例。切削残留面积的高度与下列因素有关刀尖圆弧半径re主偏角Kr副偏角Kr’进给量f刀刃本身的粗糙度等因素有关。切削深度较大且刀尖圆弧半径很小时，或者采用尖刀刃具切削时，如图5.1(a)所示，残留面积的高度为圆弧刀刃切削加工时，残留面积的高度与刀尖圆弧半径re和进给量f有关，图5.1(b)所示的几何关系可近似为减小进给量、增大刀尖圆弧半径、减小主偏角或副偏角都会使表面粗糙度得到改善，但以进给量和刀尖圆弧半径的影响最为明显。实际加工表面的粗糙度总是大于上面两个残留面积高度公式的理论计算值，只有

3、切削脆性材料或高度切削塑性材料时，计算结果才比较接近实际。2）物理因素在切削过程中刀具对工件的挤压和摩擦等物理因素使金属材料发生塑性变形，从而影响理论残留部分的轮廓以及表面粗糙度。加工获得的表面粗糙度轮廓形状是几何因素和物理因素综合作用的结果。影响表面粗糙度的物理因素可归结为以下几个方面：（1）刀具几何参数及刀具材料刀具的几何参数对切削加工表面粗糙度影响很大。刀具的主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径影响较为显著。适当增大刀具前角可以有效改善加工表面粗糙度。而刀具后角的大小与已加工表面的摩擦有关，后角大的刀具有利于改善表面粗糙度。但后角过大，对刀刃强度不利，易产生切削振动，表面粗糙度反而增大。选用强

4、度好，特别是热硬性高的材料制造的刀具，易于保持刃口锋利，而且摩擦系数小、耐磨性好，在切削加工时则能获得较小的表面粗糙度。（2）工件的材料及热处理工件材料的品种、成分和性质，以及热处理方法的不同，加工表面的粗糙度也存在一定差别。塑性材料切削加工过程中，如低碳钢、耐热钢、铝合金和高温合金等，在一定切速下会在刀面形成硬度很高的积屑瘤，从而改变刀具的几何形状和加工进给量，使加工表面的粗糙度严重恶化。而脆性材料加工后，一般其表面粗糙度易于达到要求。对于同样的工件材料，若金相组织的晶粒粗大，则切削加工获得的表面粗糙度越差。因此，为减小切削加工的表面粗糙度值，常在加工前对工件材料进行调质处理，以获得较均匀

5、的、细密的晶粒组织和较高的硬度。（3）切削用量一般来说，切削深度对加工表面粗糙度影响不明显，但过小的切削深度无法维持正常切削，常会引起刀刃与工件相互挤压、摩擦，使加工表面质量恶化。切削速度、进给量对表面粗糙度影响较大。较小的切削进给量可减少残留面积的高度，减轻切削力和工件材料的塑性变形程度，从而获得较低的表面粗糙度值。但进给量过小，刀刃不能进行切削而仅形成挤压，致使工件的塑性变形程度增大，使表面粗糙度变大。切削过程中，切削速度越高，则被加工表面的塑性变形程度越小，表面粗糙度越好。（4）刀具的刃磨考虑到刀具刃口表面粗糙度在工件表面的复映效果，提高刀具的刃磨质量也能改善表面粗糙度。（5）润滑冷却

6、液切削过程中，润滑冷却液可吸收、传递切削区内的热量，减小摩擦、促进切屑分离，减轻力、热的综合作用，抑制刀瘤和鳞刺的产生，减少切削的塑性变形，利于改善加工表面的粗糙度。2.磨削加工表面粗糙度磨削是较为常见的精加工方法，其表面粗糙度的形成也是由几何因素和物理因素决定的，但磨削过程较切削过程复杂。1）磨削加工表面粗糙度的形成磨削加工是通过砂轮和工件的相对运动，使得分布在砂轮表面上的磨粒对工件表面进行磨削加工。砂轮的磨粒分布存在很大的不均匀性和不规则性，尖锐且突出的磨粒可产生切削作用，而不足以形成切削的磨粒可产生刻划作用，形成划痕并引起塑性变形，更低而钝的磨粒则在工件表面引起弹性变形，产生滑擦作用。

7、因此磨削加工的表面是砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的刻痕形成的。另外，磨削加工时的速度较高，砂轮磨粒大多具有较大的负前角，磨粒与表面间的相互作用较强，将造成磨削比压大、磨削区的温度较高。如果工件表层温度过高，则表层金属易软化、微熔或产生相变。而且，每个磨粒所切削的厚度仅为0.2μm左右，大多数磨粒在磨削加工过程中仅起到挤压作用，磨削余量是在磨粒的多次挤压作用下经过充分塑性变形出现疲劳剥落产生的，因而磨削加工