1、第三章 機械加工表面質(zhì)量及其控制,機械加工后的零件表面實際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只有極薄的一層（幾微米-幾十微米），但都錯綜復雜地影響著機械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。,零件的機械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工后的表面質(zhì)量。,零件表面質(zhì)量,表面粗糙度,表面波度,表面物理力學 性能的變化,表面微觀幾何 形狀特征,表面層冷作硬化,表面層殘余應力,表面層金相組織的變化,一、表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）,表面粗糙度太大和太小都不耐磨。,二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響,

2、（1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響,4,表面粗糙度太大，接觸表面的實際壓強增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??； 表面粗糙度太小，也會導致磨損加劇。因為表面太光滑，存不住潤滑油，接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。,表面粗糙度與初期磨損量的關系,表面粗糙度的最佳值與機器零件的工作情況有關， 載荷加大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨之右移。,加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。 因為它使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。,（2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響,7,并非冷作硬化程度越高，耐磨

3、性就越高。 這是因為過分的冷作硬化，將引起金屬組織過度“疏松”，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。,（1）表面粗糙度對零件疲勞強度的影響 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。 對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。,2表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響,（2）表面層冷作硬化與殘余應力對零件疲勞強度的影響,適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強度。 產(chǎn)生冷作硬化必然伴有

4、殘余應力， 殘余應力有拉應力和壓應力之分。 它們對零件的抗疲勞強度影響是不同的。,10,殘余拉應力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴展而降低疲勞強度。 殘余壓應力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應力，延緩疲勞裂紋的擴展，從而提高零件的疲勞強度。,（1）表面粗糙度對零件配合精度的影響 表面粗糙度較大，則降低了配合精度。 （2）表面殘余應力對零件工作精度的影響 表面層有較大的殘余應力，就會影響它們精度的穩(wěn)定性。,3.表面質(zhì)量對零件工作精度的影響,（1）表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強烈。 因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕

5、性能。,4表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響,13,（2）表面殘余應力對零件耐腐蝕性能的影響 零件表面殘余壓應力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進入，可增強零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉應力則降低零件耐腐蝕性。,14,如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測量精度； 對滑動零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。,5、表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響：,零件表面質(zhì)量,粗糙度太大、太小都不耐磨,適度冷硬能提高耐磨性,對疲勞強度的影響,對耐磨性影響,對耐腐蝕性能的影響,對工作精度的影響,粗糙度越大，疲勞強度越差,適度冷硬、殘余壓應力能提高疲勞強度,粗糙度越大、工作精度降低,殘余應力

6、越大，工作精度降低,粗糙度越大，耐腐蝕性越差,壓應力提高耐腐蝕性，拉應力反之則降低耐腐蝕性,表面質(zhì)量對零件使用性能的影響,機械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾何因素和物理力學因素兩個方面。,刀尖圓弧半徑r 主偏角kr、副偏角kr 進給量f,H=f/(cotr+cotr),H=f 2/(8r),三、影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制,結(jié)論如何？,車削、刨削時殘留面積高度,塑性材料：工件材料塑性、韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。 脆性材料：加工脆性材料時，由于切屑的崩碎性，

7、使加工表面粗糙。,加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響（對積屑瘤的影響）見如圖所示。,20,此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小 選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。,減小進給量f固然可以減小表面粗糙度值，但進給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢。,為什么呢？,合理使用冷卻潤滑液； 適當增大刀具的前角； 提高刀具的刃磨質(zhì)量等。,均能有效地減小表面粗糙度值。,影響切削加工表面粗糙度的因素,刀具幾何形狀,刀具材料、刃磨質(zhì)量,切削用量,工件材料,影響切削加工表面粗糙度的因素,影響表面層物理力學性能的主要因素,表面物理力學性能,四、 影響表面層物理力學性能的主要

8、因素及其控制,定義： 機械加工時，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強化。,1. 表面層的冷作硬化,（1） 表面層加工硬化的產(chǎn)生,衡量表面層加工硬化程度的指標有下列三項： 1）表面層的顯微硬度HV； 2）硬化層深度h； 3）硬化程度N N=(HV-HV0)/HV0100 式中 HV0工件原表面層的顯微硬度。,（3）影響表面層加工硬化的因素, 刀具幾何形狀的影響, 切削用量的影響, 工件材料性能的影響,切削刃 r、前角、后面磨損量VB 表層金屬的塑變加劇冷

9、硬,切削速度v塑變冷硬 f切削力塑變冷硬,材料塑性冷硬,定義： 機械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，在表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性力。 這種應力即為表面層的殘余應力。,2. 表面層殘余應力,1） 冷態(tài)塑變,2） 熱態(tài)塑變,3） 金相組織變化,（1）表面層殘余應力的產(chǎn)生,工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應力。,表層產(chǎn)生殘余拉應力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應力。,比容大的組織比容小的組織體積收縮，產(chǎn)生拉應力，反之，產(chǎn)生壓應力。（密度小，比容大）,切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應力的示意圖,機械加工后工件表面

10、層的殘余應力是冷態(tài)塑性變形、熱 態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。 1）切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應力。 2）磨削加工時起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘余拉伸應力。,滾壓加工是利用經(jīng)過淬火和精細研磨過的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對金屬表面進行擠壓，使受壓點產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰壓平，降低了表面粗糙度；同時它還能使工件表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應力。因此提高了零件的承載能力和疲勞強度。 滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型表面，通常在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動車床上進行。,1滾壓加工,五、提高表面層物理力學性能的加工方法,滾壓加工原理圖,噴丸強化是利用大量快速運動的珠丸打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應力，可顯著提高零件的疲勞強度。 珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時間后，自然變成球狀）。對于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.24mm