機(jī)械制造工藝學(xué)機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制5.1機(jī)械加工表面質(zhì)量5.2影響表面粗糙度的因素5.3影響加工表面力學(xué)性能的因素5.1機(jī)械加工表面質(zhì)量產(chǎn)品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性，在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量；所謂表面質(zhì)量是指零件在加工后表面層的狀態(tài)。機(jī)器零件的使用性能如耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性等等除與材料本身的性能和熱處理有關(guān)外，主要決定于加工后的表面質(zhì)量。1.表面層微觀幾何形狀誤差加工后的表面幾何形狀，總是以“峰’，“谷”交替的形式偏離理想的表面。這是由于在機(jī)械加工過程中，刀痕、切削過程中的切屑分離時(shí)的塑性變形，工藝系統(tǒng)的某些振動(dòng)，刀具與被加工表面的摩擦等造成的。根據(jù)偏離的誤差又有宏觀和微觀之分，表面粗糙度是微觀幾何形狀誤差，又稱之為微觀不平度。表面粗糙度，波度和形狀誤差三者的區(qū)分，通常都按波距(峰與峰或谷與谷的距離)來劃分。（1）表面粗糙度是指加工表面的微觀幾何形狀誤差（2）波度是介于加工精度（宏觀）和表面粗糙度（微觀）之間的周期性幾何形狀特性。主要由振動(dòng)所引起。2.表面層物理機(jī)械性能的變化（1）表面層冷作硬化零件在機(jī)械加工過程中，表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使表層的硬度和強(qiáng)度都有提高，這種現(xiàn)象稱作冷作硬化。（2）表面層金相組織變化切削加工時(shí)，特別是磨削時(shí)的高溫，常會(huì)引起表層金屬發(fā)生相變。通常稱為磨削燒傷。（3）表面層殘余應(yīng)力零件加工過程中的切削冷塑性變形和切削熱塑性變形的影響，使加工表層會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。若殘余應(yīng)力超過了材料的極限強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。微觀裂紋將給零件帶來嚴(yán)重的隱患。2.表面層物理機(jī)械性能的變化3.表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1.對(duì)零件摩擦磨損的影響2.對(duì)零件工作精度的影響3.對(duì)零件配合性質(zhì)的影響4.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響5.對(duì)零件抗腐蝕性能的影響5.2影響表面粗糙度的因素用去除材料的方法加工時(shí)，表面粗糙度形成的原因大致歸結(jié)為兩個(gè)方面：1）幾何因素切削刃與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡所形成的表面粗糙度。2）物理因素被加工材料的性質(zhì)及切削原理的有關(guān)因素。加工中工藝系統(tǒng)的振動(dòng)對(duì)表面粗糙度也有影響。

1.切削加工影響表面粗糙度的因素（1）影響表面粗糙度的幾何因素

在切削加工中，刀具對(duì)工件加工表面上殘留的面積越大，表面越粗糙。殘留面積的大小，與進(jìn)給量、刀尖半徑及刀具的主，副偏角有關(guān)。（2）影響表面粗糙度的物理因素

切削加工時(shí)，積屑瘤時(shí)結(jié)時(shí)落。當(dāng)脫落時(shí)，積屑瘤的碎片粘結(jié)在已加工表面上，形成細(xì)小毛刺。積屑瘤還可使表面撕裂而形成鱗片狀毛刺。此外，對(duì)于寬刃刀、定尺寸刀和成形刀，其刀刃本身的表面粗糙度對(duì)工件表面粗糙度的影響也很大。（3）振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響1)強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)是由具有一定頻率的周期性變化的外界激振力所引起的一種振動(dòng)。其特點(diǎn)是：振動(dòng)頻率為外界激振力的頻率；不會(huì)自行衰減消失；當(dāng)外界激振力的頻率接近或等于工藝系統(tǒng)的固有頻率時(shí)會(huì)引起共振。

2)自激振動(dòng)自激振動(dòng)是一種在沒有外界激振力的情況下所產(chǎn)生的振動(dòng)。（4）減少切削加工表面粗糙度值的措施1）合理選擇刀具幾何參數(shù)減少刀具的主偏角和副偏角；適當(dāng)增大刀具的前角、后角和刃傾角。

2）合理選擇切削用量選擇較高的切削速度；減少進(jìn)給量

3）改善工件材料的組織性能

4）合理選擇刀具材料和提高刃磨質(zhì)量2.磨削加工的表面粗糙度（1）磨削加工表面粗糙度的形成在磨削過程中，是由砂輪上砂粒形成的微刃進(jìn)行切削。故磨削加工表面是由微刃刻劃出的溝槽形成的。單純的從幾何因素考慮，單位面積上的刻痕越多(即通過單位面積的磨粒數(shù)多)，刻痕的深度越均勻，則表面粗糙度參數(shù)值就越小。

事實(shí)上，在磨削過程中，不僅有幾何因素，而且還伴隨著塑性變形的影響。另外，磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，其所切削的厚度一般只有0.02mm左右。所以有的磨粒在磨削過程中只是在被加工表面擠壓而過，未切除工件的材料。加工表面經(jīng)多次擠壓可反復(fù)出現(xiàn)塑性變形。由于磨削時(shí)的溫度比較高，將加劇塑性變形，使加工表面變得粗糙。（2）影響磨削加工表面粗糙度的主要因素1）砂輪的粒度磨粒越細(xì)，砂輪單位面積上的磨粒就越多，磨削表面上的刻痕就越細(xì)、越均勻，表面粗糙度參數(shù)值就越小。但磨粒太細(xì)，磨削深度就很小，同時(shí)砂輪易堵塞，生產(chǎn)率低。2）砂輪硬度砂輪應(yīng)具有一定的硬度，用以保持砂輪表面形狀有一定工作期。砂輪的硬度太高，磨粒鈍化后，不能及時(shí)脫落，如果繼續(xù)磨削時(shí)，則會(huì)加劇表面的擠壓而加大塑性變形，甚至使表面燒傷。（3）減少磨削加工表面粗糙度值的措施1）提高砂輪線速度2）選擇適當(dāng)粒度的砂輪3）精細(xì)修整砂輪的工作表面4）減少磨削深度和工件線速度3）砂輪的修整

修整砂輪除了使砂輪有正確的幾何形狀之外，更重要的是使砂輪工作表面形成銳利的徽刃，使砂輪有良好的磨削性能。

5.3影響加工表面力學(xué)性能的因素由于表面分析測試技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)加工表面的質(zhì)量也有了更為深入、更為全面的了解。表面層的材料在加工時(shí)也會(huì)產(chǎn)生物理、機(jī)械性質(zhì)的變化，有些情況下還會(huì)產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)的變化，該層總稱為加工變質(zhì)層。1.加工表面層的冷作硬化1）形成表面冷作硬化的原因

切削力的作用→塑性變形→晶格畸變、晶粒纖維化→表面強(qiáng)化硬化程度取決于塑性變性時(shí)力的大小、變形速度的快慢和切削溫度的高低。2）影響冷作硬化的主要因素

刀具幾何參數(shù)、切削用量和工件材料。2.加工表面層的金相組織變化1）形成表面金相組織的變化的原因

當(dāng)切削溫度超過工件加工表面材料的相變溫度時(shí)，使表面材料的金相組織發(fā)生變化。2）磨削燒傷的類型

回火燒傷、淬火燒傷、退火燒傷。3）影響表面金相組織變化的主要因素

磨削用量、砂輪參數(shù)和冷卻條件磨削過程中因塑性變形而發(fā)生的金屬強(qiáng)化作用，使表面金屬顯微硬度明顯增加，但也會(huì)因磨削熱的影響，使強(qiáng)化了的金屬發(fā)生弱化。砂輪鈍化或切削液不充分，在磨削表面就會(huì)出現(xiàn)回火軟化區(qū)，使表面質(zhì)量下降，同時(shí)在表面出現(xiàn)明顯的褐色或黑色斑痕，稱為磨削燒傷。根據(jù)磨削表面氧化膜的顏色，可以推斷出磨削表面溫度及燒傷程度。如果磨削表面呈淡黃色時(shí)，表面溫度約為400℃～550℃，燒傷層較淺；磨削表面呈黃色時(shí)，表面溫度約為550℃～700℃，燒傷層淺；磨削表面呈褐色時(shí)，表面溫度約為700℃～850℃，燒傷層較深；磨削表面呈紫色時(shí)，表面溫度約為850℃～100℃，燒傷層深。3.加工表面層的殘余應(yīng)力1）形成表面殘余應(yīng)力的原因

冷塑性變形的影響熱塑性變形的影響金相組織變化的影響2）影響表面殘余應(yīng)力的主要因素

切削力、切削溫度和切削條件。磨削表面的殘余應(yīng)力是由于磨削過程中金屬容積發(fā)生變化等因素形成的。磨削表面層殘余應(yīng)力的形成可由以下幾種形式：由于磨削溫度的不均勻?qū)⑿纬蔁釕?yīng)力，一般為拉應(yīng)力；由于金屬組織的變化將形成相變應(yīng)力，可能為拉應(yīng)力或壓應(yīng)力；由于磨削過程塑性變形的不均衡形成塑變應(yīng)力，一般為壓應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力可提高零件疲勞強(qiáng)度和使用壽命。殘余拉應(yīng)力將使零件表面