第5章 机械加工表面质量.ppt

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1、第5章　机械加工表面质量5.1　表面质量的含义及其对零件使用性能的影响5.2　表面粗糙度及其影响因素5.3　控制加工表面质量的措施5.4　振动对表面质量的影响及其控制5.1　表面质量的含义及其对零件使用性能的影响5.1.1　表面质量的含义5.1.2　表面质量对零件使用性能的影响5.1.3　表面完整性的概念1.加工表面的几何形状特征(1)表面粗糙度它是指加工表面的微观几何形状误差。(2)表面波度它是指介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差，主要由机械加工过程中工艺系统低频振动造成的，如图5-2所示，波长与波高(L2/H2)的比值一般为50～1000。(3

2、)纹理方向它是指表面刀纹的方向。5.1.1　表面质量的含义2.加工表面的物理力学性能的变化1)表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬化)。2)表面层因力或热的作用产生的残余应力。3)表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化。图5-1　加工表面层沿深度方向的变化情况a)表面层硬度变化　b)显微硬度变化　c)残余应力变化图5-2　形状误差、表面粗糙度及表面波度的示意关系5.1.2　表面质量对零件使用性能的影响1.表面质量对零件耐磨性的影响2.表面质量对零件耐疲劳性的影响3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响4.表面质量对零件配合精度的影响1.表面质量对零件耐磨性

3、的影响(1)表面粗糙度对零件耐磨性的影响　零件的磨损可分三个阶段，如图5-3所示。(2)刀纹方向对零件耐磨性的影响　表面粗糙度的轮廓形状和表面加工纹理对零件的耐磨性也有影响。(3)冷作硬化对零件耐磨性的影响　表面层的加工硬化使零件的表面层硬度提高，从而表面层处的弹性和塑性变形减小，磨损减少，使零件的耐磨性提高。(4)残余应力对零件耐磨性的影响　表面为压应力时，耐磨性高。图5-3　零件表面的磨损曲线图5-4　起始磨损量与表面粗糙度的关系图5-5　轻载时刀纹方向对零件耐磨性的影响图5-6　冷作硬化对耐磨性的影响2.表面质量对零件耐疲劳性的影响(1)表面粗糙度对零

4、件耐疲劳性的影响　零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。(2)残余应力对耐疲劳性的影响　表面层的残余应力对零件疲劳强度也有很大影响，当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层为残余拉应力时，容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。(3)冷作硬化对耐疲劳性的影响　表面加工硬化对零件的疲劳强度影响也很大。图5-7　表面粗糙度对零件耐疲劳性的影响5.1.3　表面完整性的概念(1)表面形貌它主要是用来描述加工后零件表面的几何特征，包括表面粗糙度、表面波度和纹理

5、等。(2)表面缺陷它是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀现象等，对零件的使用有很大影响。(3)微观组织与表面层的冶金化学特性(4)表面层物理力学性能它主要包括表面层硬化深度和程度，表面层残余应力的大小、方向及分布情况等。(5)表层其他工程技术特性这种特性主要有摩擦特性、光的反射率、导电性和导磁性等。5.2　表面粗糙度及其影响因素5.2.1　切削加工中影响表面粗糙度的因素5.2.2　磨削加工中影响表面粗糙度的因素5.2.3　影响表面层物理、力学性能变化的因素5.2.1　切削加工中影响表面粗糙度的因素1.几何因素2.物理因素图5-8　影响表面粗糙度的几何因素

6、(一)图5-9　影响表面粗糙度的几何因素(二)图5-10　加工后表面实际轮廓和理论轮廓2物理因素影响在切削过程中，切屑与前刀面产生严重摩擦而出现了粘结现象，工件在堆积的粘结层挤压下，表面层金属塑性变形加剧，致使切削刃前方的加工表面上产生导裂，当切削力超过粘结力时，切屑流出并被切离，而导裂层残留在已加工表面上形成鳞片状毛刺，也称鳞刺。图5-11　积屑瘤对表面粗糙度的影响图5-12　鳞刺的形成四阶段a)抹拭阶段　b)导裂阶段　c)层积阶段　d)刮成阶段振动的影响切削加工时，在工件与刀具之间经常发生振动，使工件表面粗糙度值增大。图5-13　切削速度对表面粗糙度的影

7、响5.2.2　磨削加工中影响表面粗糙度的因素1.磨削用量2.砂轮的特性3.冷却图5-14　磨粒钝化对加工表面的影响1.磨削用量(1)砂轮速度vs提高vs可以增加在工件单位面积上的刻痕，使工件表面塑性变形和沟槽两侧塑性隆起残留量小，磨削表面粗糙度值可以显著减小。(2)工件速度vw在其他条件不变的情况下，vw提高，磨粒单位时间内在工件表面上的刻痕数减小，因而将增大磨削表面粗糙度值。(3)磨削深度ap磨削过程中磨削力及磨削温度都增加，磨削表面塑性变形程度增大，从而增大表面粗糙度值。图5-15　磨削用量对表面粗糙度的影响2.砂轮的特性(1)粒度砂轮粒度愈细，则砂轮单

8、位面积上磨粒数越多，工件表面上刻痕密而细，则表面粗糙