1、第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量、零配件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅包括加工精度，也包括加工表面質(zhì)量。 機(jī)械加工后的零配件表面實際上不是理想的光滑面，某種程度上存在表面粗度、冷硬化、裂紋等表面缺陷。 只有極薄的層(數(shù)微米數(shù)十微米)，但會復(fù)雜地影響機(jī)械零件的精度、耐磨損性、配合精度、耐腐蝕性、疲勞強(qiáng)度等，影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須重視一盞茶。 概要、零配件的表面質(zhì)量、表面質(zhì)量的含義(內(nèi)容)、(1)表面粗度表面的微觀幾何形狀誤差，即L1/H1 1000 )和表面粗度之間的周期性幾何形狀誤差，即40 L2/H21000。 這主要是由于加工過程中工藝系統(tǒng)的振動所致。 (3)表面層冷硬化機(jī)械加工中，表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)

2、的塑性形變，晶格扭曲、變形，晶粒間產(chǎn)生剪切滑動，晶粒伸長，這些個增加表面層金屬的硬度，減少塑性，統(tǒng)稱為冷硬化。 (4)在表面層殘馀應(yīng)力機(jī)械加工中，由于切削變形或切削熱等要素的作用而在工件表面層材料中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力稱為表面層殘馀應(yīng)力。 在鑄造、鍛造、焊接、熱處理等加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力和在此介紹的表面殘馀應(yīng)力的差異在于，前者是工件整體平衡的應(yīng)力，其再分布引起工件的變形，后者是加工表面材料平衡的應(yīng)力，其再分布不會引起工件的變形(5)表面層金相組織變化機(jī)械加工中，在工件的加工區(qū)域溫度急劇上升，溫度上升到超過工件材料金相組織變化的限制點時，發(fā)生金相組織變化。 磨削淬火鋼材時，經(jīng)常出現(xiàn)回火、回火等金相

3、組織變化，嚴(yán)重影響零配件使用零配件的能量。 右圖為加工變質(zhì)層的示意圖。 吸附層：氧化膜或其他化合物，吸收、滲透氣體、液體、固體粒子。 壓縮區(qū)域：塑性形變區(qū)域。 纖維層：由加工材料和手工工具之間的摩擦力產(chǎn)生的。 切削熱使表面層發(fā)生相變和晶粒大小的變化。 (1)表面粗度對零配件耐磨性的影響表面粗度過大或過小都沒有耐磨性，圖54-2。 由于表面粗度過大，接觸表面的實際壓力增大，粗糙的凸峰相互嚙合，破裂，切斷，磨損加劇的表面粗度過小時，磨損加劇。 表面過于光滑，潤滑油不能積存，接觸面間難以形成油膜，容易引起分子粘接，磨損加劇。 表面粗度的最佳值與機(jī)械零件的動作狀況有關(guān)，負(fù)荷變大時，磨損曲線向上、向右移

4、動，最佳表面粗度值也向右移動。 二、表面品質(zhì)對零配件使用性能的影響、圖54-2表面粗度與初期磨損量的關(guān)系、(2)表面層冷作硬化對零配件的耐磨損性的影響、加工表面的冷作硬化，通常可提高零配件的耐磨損性。 這是因為，提高摩擦副表面層金屬的顯微硬度，降低塑性，減少摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性形變。 并非冷硬化的程度越高耐磨損性就越高。 因為冷卻過度而硬化的話，金屬組織會變得過度“稀疏”，在相對運動中會發(fā)生金屬剝落，在接觸面之間會形成小粒子，加速零配件的磨損。 (1)表面粗度對零配件疲勞強(qiáng)度的影響表面粗度越大，抗疲勞破壞能力越差。 受到交變負(fù)荷對零配件的疲勞強(qiáng)度有很大影響。 由于交變負(fù)荷，容易在表面

5、粗度的凹谷部產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗度值越小，表面缺陷越少，工件的耐疲勞性越好，相反，加工表面越粗，表面的筋痕越深，筋底半徑越小，承受疲勞破壞的能力越差。(2)表面層的冷硬化和殘馀應(yīng)力對零配件疲勞強(qiáng)度的影響適度的表面層的冷硬化可以提高零配件的疲勞強(qiáng)度。 殘馀應(yīng)力有抗拉應(yīng)力和壓縮應(yīng)力的部分，殘馀抗拉應(yīng)力容易在加工完的表面產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展，使疲勞強(qiáng)度降低。 殘馀壓縮應(yīng)力可以部分地抵消施加到操作動載荷的抗拉應(yīng)力，延遲疲勞裂紋的擴(kuò)展，并且增強(qiáng)零配件的疲勞強(qiáng)度。 3 .表面質(zhì)量對零配件工作精度的影響(1)表面粗度對零配件配合精度的影響間隙配合：配合表面粗度越大，初期磨損階段磨損量越大，零配件尺寸

6、和形狀變化，影響配合間隙量，改變了配合的性質(zhì)。 過盈量：如果過盈量代表面粗，在裝配后面的山產(chǎn)生塑性形變，有效的過盈量變小，過盈量的鍵強(qiáng)度變?nèi)酢?因此，對于要求配合精度的零配件，應(yīng)規(guī)定小表面粗度。 (2)表面殘馀應(yīng)力對零配件作業(yè)精度的影響如果在零配件表面層存在大的殘馀應(yīng)力，則會影響其作業(yè)精度的穩(wěn)定性。 4 .表面質(zhì)量對零配件耐腐蝕性能的影響，(1)表面粗度對零配件耐腐蝕性能的影響零配件的表面越粗，腐蝕性物質(zhì)越容易積蓄，凹谷越深，滲透和腐蝕作用越強(qiáng)。 因此，能夠減小零配件表面粗度，提高其耐腐蝕性。 (2)表面殘馀應(yīng)力對零配件耐腐蝕性能的影響零配件表面殘馀的壓縮應(yīng)力使零配件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)難以進(jìn)

7、入，能夠增強(qiáng)零配件的耐腐蝕性，表面殘馀的抗拉應(yīng)力降低零配件的耐腐蝕性。 表面品質(zhì)對零配件的使用性能有其他影響。 減小表面粗度可提高零配件的接觸剛性、密封性、測量精度。 對于衍射零配件，可以降低其摩擦系數(shù)，降低發(fā)熱和電力損失。 表面品質(zhì)對零配件使用性能的影響、零配件表面品質(zhì)、粗糙度過大、過小也可以提高耐磨性，適度的冷硬度對耐磨性的影響、對耐磨性的影響、對耐腐蝕性能的影響、對動作精度的影響、粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差、適度的冷硬度， 殘馀壓縮應(yīng)力能夠提高疲勞強(qiáng)度耐腐蝕性越差，壓縮應(yīng)力提高耐腐蝕性的抗拉應(yīng)力降低耐腐蝕性，三、影響加工表面粗度的主要因素及其控制、機(jī)械加工中，表面粗度形成的原因大致可歸結(jié)為

8、：幾何因素和物理力學(xué)因素兩方面。 (1)切削加工表面粗度、刀尖圓弧半徑r主偏角kr、副偏角kr走刀量f、切削加工的表面粗度值主要取決于切削殘留面積的高度。 對于刀尖圓弧半徑r=0的手工工具，工件表面殘留面積的高度：對于刀尖圓弧半徑r0的手工工具，工件表面殘留面積的高度：切削加工表面粗度的實際輪廓形狀一般與純幾何要素形成的理論輪廓有很大不同，這是因為切削加工有塑性形變。 塑性材料：工件材料韌性越好，金屬塑性變形越大，加工表面越粗糙。 因此，對于中碳鋼和低碳鋼材的工件，為了改善切削性能，減小表面粗度，經(jīng)常在粗加工和精加工前安排正火和調(diào)質(zhì)處理。 脆性材料：加工脆性材料時，其切削呈破碎粒狀，由于切屑的

9、破碎，加工表面殘留很多麻點，表面變粗糙。 切削中出現(xiàn)碎屑堆積和鱗刺，使表面粗度顯著惡化。 在形成刀片滯留后并不穩(wěn)定，附著在切屑上或殘留在工件上而成長(圖54-)，在加工表面形成濃淡和寬度不斷變化的切傷，使表面粗度大幅增加。 鱗刺是加工完畢的表面出現(xiàn)的鱗片狀毛刺那樣的缺陷。 鱗刺的出現(xiàn)并不依賴于碎屑堆積，但碎屑堆積的存在會影響鱗刺的生成。圖54-碎屑堆積對表面品質(zhì)的影響、圖54-鱗片的產(chǎn)生、切削速度的影響、加工塑料材料時的切削速度對表面粗度的影響如下圖所示。 另外，切削速度越高，塑性形變越不一盞茶，表面粗度的值越小。 選擇低速合十禮斬首大刀精加工和高速精加工，可獲得較小的表面粗度。 另外，合理使

10、用蒸發(fā)制冷潤滑液，適當(dāng)增大手工工具的前角，提高手工工具的刃磨質(zhì)量等，可有效地減小表面粗度值。 如果減小走刀量f，則可以減小表面粗度值，但是如果走刀量太小，則有表面粗度變大的傾向。 后刀量對表面粗度影響不大，但過小時會打滑，損傷加工后的表面。 影響切削加工表面粗度的因素、手工工具幾何形狀、手工工具材料刃磨質(zhì)量、切削量、工件材料、影響切削加工表面粗度的因素、3 .降低表面粗度的措施幾何因素造成的粗糙度過大，可通過減小切削層的殘存面積來解決。 例如，f、r、r、rRa因物理因素造成的粗糙度過大，主要應(yīng)采取措施減少加工時的塑性形變，避免刀瘤和磷刺的發(fā)生。 1 )采用高度v；2 )對工件材料實施正火或調(diào)

11、質(zhì)處理；3 )加大刀具、s，提高刀具的刃磨品質(zhì)；4 )合理選擇蒸發(fā)制冷潤滑液及其使用方式。 圖54-切削速度對表面粗度的影響，(2)對表面粗度進(jìn)行磨削加工，工件的磨削表面在磨刀石上劃線形成無數(shù)的極細(xì)的切縫(如右圖所示)，工件的每單位面積通過的磨粒數(shù)越多，切縫越多，切縫高度好，表面粗度值小。 磨粒在磨刀石上的分布越均勻、粒度越細(xì)，刀口的高度越好。 每單位面積的磨刀石中參加磨削的磨粒越多，磨削表面的縫隙越細(xì)致均勻，表面粗度值越小。 圖磨粒對工件的切入、(2)磨刀石修整、磨刀石修整，除使磨刀石具有正確的幾何形狀外，重要的是使磨刀石工作表面形成整齊銳利的微邊緣(下圖)。 因此，磨刀石修整的品質(zhì)對磨削表

12、面的粗糙度有很大影響。 圖磨粒上的微刃，磨刀石轉(zhuǎn)速越高，每單位時間通過被磨粒的磨粒數(shù)越多，表面粗度值越小。 工件轉(zhuǎn)速增大，加工表面的磨粒數(shù)減少，從而表面粗度值增大。圖磨刀石速度的影響、圖工件速度的影響、背面切削刃量塑性形變的程度、粗糙度。 軸向的走刀量小于磨刀石寬度時，工件表面被重疊切削，被磨削次數(shù)越多，工件表面粗度的值越小。 磨削加工時，最后幾次的研磨方法是取極小的磨削深度，適當(dāng)?shù)嘏渲脹]有進(jìn)給的磨削次數(shù)。 實踐應(yīng)用：粗磨時，ap和v工生產(chǎn)性精磨時，采用小ap或無進(jìn)給磨削次數(shù)Ra。 工件材料、蒸發(fā)制冷潤滑液、工藝系統(tǒng)振動等。影響磨削加工表面粗度的因素、金剛石筆尖、修正引線、徑向線走刀量Ra磨粒

13、等高度Ra、影響磨削加工表面粗度的因素、磨刀石粒度、工件材料性質(zhì)、磨刀石修正、磨削量、磨刀石硬度、v砂Ra ap、v工塑性變化Ra粗磨削ap生產(chǎn)率精研apra () 影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素、表面物理力學(xué)性能、1 .測定表面層冷硬化、表面層加工硬化程度的指標(biāo)有以下三項：1)表面層顯微硬度HV 2)硬化層深度h； 3 )硬化度N N=(HV-HV0)/HV0100式中的HV0工件原表面層的顯微硬度。 (2)影響表面層加工硬化的因素、手工工具幾何形狀、切削量、工件材料性能、機(jī)械加工后工件表面層殘馀應(yīng)力是冷塑性形變、熱塑性形變和金相組織變化的綜合結(jié)果。 切削加工時起到主要作用的大多是冷塑性形

14、變，在表面層產(chǎn)生殘留的壓縮應(yīng)力。 磨削加工時發(fā)揮主要作用的通常是熱狀態(tài)塑性形變和金相組織變化引起的體積變化，在表面層產(chǎn)生殘留的抗拉應(yīng)力的情況較多。2、磨削裂紋的產(chǎn)生、磨削裂紋與殘馀應(yīng)力有著非常密切的關(guān)系。 磨削中在工件表面層產(chǎn)生的殘留應(yīng)力超過工件材料的強(qiáng)度界限時，在工件表面產(chǎn)生裂紋。 磨削裂紋多發(fā)生在燒傷和云同步上。 在切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加工區(qū)域及其附近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫度上升。 定義：磨削加工時，表面層溫度很高，當(dāng)溫度達(dá)到相變限制點時，表層金屬發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)度和硬度降低，產(chǎn)生殘馀應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生微裂紋。 這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。 由于淬火鋼在磨削時磨削條件不同，產(chǎn)生的磨

15、削燒傷有三種形式。 4 .表面層的金相組織變化和磨削燒傷，(1)磨削燒傷、淬火淬火、磨削時，工件表面溫度超過相變臨界溫度時，高碳馬氏體變?yōu)閵W氏體。 在冷卻液的作用下，工件的最外層金屬出現(xiàn)二次淬火高碳馬氏體組織。 其硬度比原來的燒烤高碳馬氏體高，不過，薄，下面是硬度低的燒烤蝎子體和屈氏體。 因為二次淬火層極薄，所以表面層整體的硬度降低。 (2)退火、退火、磨削時，只要工件表面層溫度超過原來的退火溫度，表層原來的退火高碳馬氏體組織就會發(fā)生退火現(xiàn)象，變成硬度低的退火組織的現(xiàn)象。 磨削時工件表面層的溫度超過相變臨界溫度時，高碳馬氏體變?yōu)閵W氏體。 此時，如果沒有冷卻液，表層金屬的空冷蒸發(fā)制冷形成比較慢的

16、退火組織。 硬度和強(qiáng)度都大幅下降的現(xiàn)象。磨削量、磨刀石和工件材料；1 )磨刀石轉(zhuǎn)速磨削燒傷；2 )徑向走刀量fp磨削燒傷；3 )軸向走刀量fa磨削燒傷；4 )工件速度vw磨削燒傷；1 )磨削時，磨刀石表面磨粒的切削刃磨削力磨削區(qū)域溫度；2 )采用導(dǎo)熱性差的材料(耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼開槽磨刀石，斷斷續(xù)續(xù)地進(jìn)行熱磨削將圖內(nèi)致冷機(jī)、圖開溝磨刀石a )溝均勻分布b )溝不均勻分布、五、特羅爾加工表面品質(zhì)的途徑、1、特羅爾磨削殘奧表2、精加工、珩磨等光整加工方法作為最終加工工序采用的光整加工是用粒度細(xì)的磨粒微量切削和擠壓、擦光工件表面的過程。 特點：切削力和切削熱都小，獲得了低表面粗度值，表面層不發(fā)生

17、熱損傷，有剩馀的壓縮應(yīng)力. 手工工具都是浮動連接，由加工面自身引導(dǎo)，相對于工件的定位基準(zhǔn)不確定的位置，使用的工作母機(jī)也不需要非常正確的成形運動。 主要的作用是降低表面粗度，不能修正形狀和位置誤差，加工精度主要在前工序中得到保證。 (1)超精加工用粒度的磨粉機(jī)棒在旋轉(zhuǎn)的工件表面以一定的壓力沿軸向往復(fù)振動，進(jìn)行微量切除的光整加工方法加工后的表面粗度能夠達(dá)到Ra0.012 m，表面加工條紋由波紋度曲線交叉形成，容易形成潤滑油膜，耐磨損性優(yōu)異。 (2)珩磨與超精加工相似，只是使用的手工工具和運動方式不同，珩磨頭由機(jī)械或油壓的作用施加一定的壓力擠壓工件表面，對工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動，在工件表面形成螺旋交錯的網(wǎng)狀紋理。 主要用于內(nèi)孔的光整加工。 (3)在涂抹拋光劑(干式)或澆注(濕式)拋光工具和工件之間，工件和夾具在一定的壓力下進(jìn)行不斷改變方向的相對運動，在磨粒的作用下，將工件表面的薄金屬層逐漸削去，進(jìn)行微量切除。(4)研磨是用布輪、布盤等柔軟的研磨工具涂抹研磨膏，研磨工件表面，通過研磨膏的機(jī)械擦傷和化學(xué)作用去除表面粗度的頂部，在表面得到光澤鏡面。 2、采用噴丸硬化、小蘿莉、小蘿莉等表面強(qiáng)化工藝，對承受高應(yīng)力、交變負(fù)荷的零配件采用噴丸硬化、小蘿莉、小蘿莉等表面強(qiáng)化工藝，使表面層產(chǎn)生殘馀壓縮應(yīng)力、冷硬化和表面粗度，大幅度提高疲勞強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕性能1、軋輥加工利