機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、機(jī)械加工表面質(zhì)量第一節(jié) 表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件使用性能的影響  一、表面質(zhì)量的含義 機(jī)械加工表面質(zhì)量:表面的幾何特征：表面粗糙度、表面波度、表面加工紋理和傷痕； 表面層力學(xué)物理性能：表面層加工硬化、表面層金相組織的變化和表面層殘余應(yīng)力。 圖11-1表示了加工表面層沿深度的變化情況，在最外層為吸附層。該層的總厚度通常不超過(guò)8nm。壓縮層即為塑性變形區(qū)，由切削力造成，厚度約在幾十至幾百微米內(nèi)，隨加工方法的不同而不同，其上部纖維層由被加工材料與刀具間的摩擦力造成的。因此，表面層的物理力學(xué)性能不同于基體，產(chǎn)生了如圖11-1b、C所示的顯微硬度和殘余應(yīng)力變化。 圖11- 1 圖11- 21加

2、工表面的幾何形狀特征： 表面粗糙度     指加工表面的微觀幾何形狀誤差。如圖11-2所示，波長(zhǎng)與波高(L3/H3)的比值小于50。我國(guó)表面粗糙度的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T131-93。(推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，表面粗糙度等級(jí)用輪廓算術(shù)平均偏差Ra、微觀不平度十點(diǎn)高度Rz或輪廓最大高度Ry的數(shù)值大小表示。并推薦優(yōu)先采用Ra。 表面波度     介于形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性形狀誤差。它主要是由機(jī)械加工過(guò)程中工藝系統(tǒng)低頻振動(dòng)造成的，如圖2所示，波長(zhǎng)與波高(L2/H2)的比值一般為501000。 紋理方向

3、60;   指表面刀紋的方向。它取決于表面形成所采用的機(jī)械加工方法。一般對(duì)運(yùn)動(dòng)副或密封件要求紋理方向。 2加工表面的物理力學(xué)性能的變化： 表面層因塑性變形引起的加工硬化（冷作硬化）；     在機(jī)械加工過(guò)程中，工件表面層金屬都會(huì)有一定程度的冷作硬化，使表面層金屬的顯微硬度有所提高。 表面層因力或熱的作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；     由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬品格會(huì)發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金相組織的變化，使表層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力 表面層因切削熱或磨削熱的作用引起的金相組織變化

4、。     機(jī)械加工過(guò)程中，由于切削熱的作用會(huì)引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削熱的影響會(huì)引起淬火鋼的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 1表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響： 表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響     零件的磨損可分三個(gè)階段，如圖11-3所示。第一階段是初期磨損階段。隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強(qiáng)也逐漸減小，磨損將以較慢的速度進(jìn)行，進(jìn)入到磨損的第二階段，即正常磨損階段。在這之后，由于有效接觸面積越來(lái)越大，零件間的金屬分子親和力增加表面的機(jī)械

5、咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損，從而進(jìn)入磨損的第三階段，即快速磨損階段，此時(shí)零件將不能使用。 圖11- 3 圖11- 4     一般說(shuō)來(lái)，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分子粘接，且潤(rùn)滑液不易儲(chǔ)存，磨損反而增加。因此，就磨損而言，存在一個(gè)最優(yōu)表面粗糙度值。表面粗糙度的最優(yōu)數(shù)值與機(jī)器零件工況有關(guān)，圖11-4給出了不同工況下表面粗糙度數(shù)值與起始磨損量的關(guān)系曲線。 刀紋方向?qū)α慵湍バ缘挠绊?    表面粗糙度的輪廓形狀和表面加工紋理對(duì)零件的耐磨性也有影響。因?yàn)楸砻孑喞螤?/p>

6、及表面加工紋理影響零件的實(shí)際接觸面積與潤(rùn)滑情況。輕載時(shí)，摩擦副表面紋理方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)，磨損最小。見(jiàn)圖11-5。 重載時(shí)，由于壓強(qiáng)、分子親和力和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油等因素的變化，摩擦副的兩個(gè)表面紋理相垂直、且運(yùn)動(dòng)方向平行與下表面的紋路方向時(shí)，磨損最小。而兩個(gè)表面紋理方向均與運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)易發(fā)生咬合，故磨損量反而最大。 圖11- 5 輕載刀紋方向?qū)α慵湍バ缘挠绊?圖11- 6冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響 冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響     表面層的加工硬化使零件的表面層硬度提高，從而表面層處的彈性和塑性變形減小，磨損減少，使零件的耐磨性提高。但硬化過(guò)度時(shí)，會(huì)

7、使零件的表面層金屬變脆，磨損會(huì)加劇，甚至出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。見(jiàn)圖11-6。 殘余應(yīng)力對(duì)零件耐磨性的影響 表面為壓應(yīng)力時(shí)，耐磨性高。 2表面質(zhì)量對(duì)零件耐疲勞性的影響： 表面粗糙度對(duì)零件耐疲勞性的影響     零件在交變載荷的作用下，其表面微觀不平的凹谷處和表面層的缺陷處容易引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋，造成零件的疲勞破壞。見(jiàn)圖11-7。 圖11- 7殘余應(yīng)力對(duì)耐疲勞性的影響     表面層的殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度也有很大影響，當(dāng)表面層為殘余壓應(yīng)力時(shí)，能延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度；當(dāng)表面層為殘余拉應(yīng)力時(shí)，

8、容易使零件表面產(chǎn)生裂紋而降低其疲勞強(qiáng)度。 冷作硬化對(duì)耐疲勞性的影響     表面層的加工硬化可以在零件表面形成一個(gè)冷硬層，因而能阻礙表面層疲勞裂紋的出現(xiàn)，從而使零件疲勞強(qiáng)度提高。但零件表面層冷硬程度過(guò)大，反而易于產(chǎn)生裂紋，故零件的冷硬程度與硬化深度應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)。 3表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性的影響     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(qiáng)烈。表面殘余應(yīng)力對(duì)零件的耐腐蝕性能也有較大影響4表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響     相配零件間的配合

9、關(guān)系是用過(guò)盈量或間隙值來(lái)表示的。因此對(duì)有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的表面粗糙度值。零件的表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能還有其它方面的影響。三、表面完整性的概念 （1）表面形貌 它主要是用來(lái)描述加工后零件表面的幾何特征，包括表面粗糙度、表面波度和紋理等。 （2）表面缺陷 它是指加工表面上出現(xiàn)的宏觀裂紋、傷痕和腐蝕現(xiàn)象等，對(duì)零件的使用有很大影響。 （3）微觀組織與表面層的冶金化學(xué)特性 （4）表面層物理力學(xué)性能 它主要包括表面層硬化深度和程度、表面層殘余應(yīng)力的大小、方向及分布情況等。 （5）表層其他工程技術(shù)特性 這種特性主要有摩擦特性、光的反射率、導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性等。 由此可見(jiàn)，表面質(zhì)量從表面完整性的角度

10、來(lái)分析，更強(qiáng)調(diào)了表面層內(nèi)的特性，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有重大意義。 總之，提高加工表面質(zhì)量，對(duì)保證零件的使用性能、提高零件的壽命是很重要的。 第二節(jié) 表面粗糙度及其影響因素  一、切削加工中影響表面粗糙度的因素     影響表面粗糙度的因素主要有幾何因素和物理因素。 幾何因素： 式中 f 進(jìn)給量。Kr 主偏角。Kr副偏角 考慮刀尖圓弧角： 式中 f 進(jìn)給量。r 刀尖圓弧半徑。 如圖11-8、9所示，用刀尖圓弧半徑r0的車刀縱車外圓時(shí)，每完成一單位進(jìn)給量f后，留在已加工表面上的殘留面積，它的高度Rmax即為理論粗糙度的輪廓最大高度Ry。  

11、;圖11- 8 圖11- 9圖11- 10 加工后表面實(shí)際輪廓和理論輪廓 切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀，一般都與純幾何因素所形成的理論輪廓有較大的差別，如圖11-10。這是由于切削加工中有塑性變形發(fā)生的緣故。 生產(chǎn)中，若使用的機(jī)床精度高和材料的切削加工性好，選用合理的刀具幾何形狀、切削用量和在刀具刃磨質(zhì)量高、工藝系統(tǒng)剛性足夠情況下，加工后表面實(shí)際粗糙度接近理論粗糙度，這樣減小表面粗糙度數(shù)值、提高加工表面質(zhì)量的措施，主要是減小殘留面積的高度Ry。 .物理因素 多數(shù)情況下是在已加工表面的殘留面積上疊加著一些不規(guī)則的金屬生成物、粘附物或刻痕。形成它們的原因有積屑瘤、鱗刺、振動(dòng)、摩擦、切削刃不平

12、整、切屑劃傷等。 .積屑瘤的影響 積屑瘤的生成、長(zhǎng)大和脫落將嚴(yán)重影響工件表面粗糙度。 同時(shí)，由于部分積屑瘤碎屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬質(zhì)點(diǎn)。見(jiàn)圖11-11。 圖11- 11 圖11- 12鱗刺的影響 鱗刺的出現(xiàn)，使已加工表面更為粗糙不平。 鱗刺的形成分為： 抹拭階段：前一鱗刺已經(jīng)形成，新鱗刺還未出現(xiàn)；而切屑沿著前刀面流出，切屑以剛切離的新鮮表面 抹拭刀屑摩擦面，將摩擦面上有潤(rùn)滑作用的吸附膜逐漸拭凈，以致摩擦系數(shù)逐漸增大，并使刀具和切屑實(shí)際接觸面積增大，為這兩相摩擦材料的冷焊創(chuàng)造條件，如圖11-12(a)。 導(dǎo)裂階段：由于在第一階段里，切屑將前刀面上的摩擦面抹拭干凈，而前刀面與切屑之間

13、又有巨大的壓力作用著，于是切屑與刀具就發(fā)生冷焊現(xiàn)象，切屑便停留在前刀面上，暫時(shí)不再沿前刀面流出。這時(shí)切屑代替前刀面進(jìn)行擠壓，刀具只起支撐切削的作用。其特點(diǎn)是在切削刃前下方，切屑與加工表面之間出現(xiàn)一裂口。如圖11-12(b)。 層積階段：由于切削運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，切屑一旦停留在前刀面上，便代替刀具繼續(xù)擠壓切削層，使切削層中受到擠壓的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?。而這部分新成為切屑的金屬，只好逐層的積聚在起擠壓作用的那部分切屑的下方。；這些金屬一旦積聚并轉(zhuǎn)化為切屑，便立即參與擠壓 切削層的工作；同時(shí)，隨著層積過(guò)程的發(fā)展，切削厚度將逐漸增大，切削力也隨之增大，如圖11-12(c)。刮成階段：由于切削厚度逐漸增大，切削

14、抗力也隨之增大，推動(dòng)切屑沿前刀面流出的分力Fy也增大。當(dāng)層積金屬達(dá)到一定厚度后，F(xiàn)y力便也隨之增大到能夠推動(dòng)切屑重新流出的程度，于是切屑又重新開(kāi)始沿前刀面流出，同時(shí)對(duì)切削刃便刮出鱗刺的頂部，如圖11-12(d)。至此，一個(gè)鱗刺的形成過(guò)程便告結(jié)束。緊接著，又開(kāi)始另一個(gè)新鱗刺的形成過(guò)程。如此周而復(fù)始，在工件加工表面上便不斷地生成一系列鱗刺。 振動(dòng)的影響 切削加工時(shí)，在工件與刀具之間經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)，使工件表面粗糙度值增大。 從物理因素看，要降低表面粗糙度主要應(yīng)采取措施減少加工時(shí)的塑性變形，避免產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。對(duì)此起主要作用的影響因素有切削速度、被加工材料的性質(zhì)及刀具的幾何形狀、材料和刃磨質(zhì)量。 切削

15、速度的影響： 圖11- 13圖11-13描述了加工塑性材料時(shí)不同的切削速度對(duì)表面粗糙度的影響，實(shí)線表示只受塑性變形影響的情況，虛線表示只受積屑瘤與鱗刺影響的情況。 在實(shí)際切削時(shí)，選擇低速寬刀精切和高速精切，往往可以得到較小的表面粗糙度值。 工件材料性質(zhì)的影響： 一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙度值較大，而脆性材料加工后易得到較小的表面粗糙度值。為了減小加工表面粗糙度值，常在切削加工前對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以獲得均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的硬度。 刀具幾何形狀、材料、刃磨質(zhì)量的影響： 適當(dāng)增大前角，有利于減小表面粗糙度值。前角太大，表面粗糙度值將會(huì)增加。 當(dāng)前角一定時(shí)，后角越大，切削刃鈍

16、圓半徑越小，刀刃越鋒利；增大后角還能減小后刀面與已加工表面間的摩擦和擠壓。這樣都有利于減小加工表面粗糙度值。但后角太大時(shí)，積屑瘤易于流到后刀面；同時(shí)，后角大容易產(chǎn)生切削振動(dòng)，因而使加工表面粗糙度值反倒增加。 從幾何因素來(lái)看，增加刀尖圓弧半徑r會(huì)減小加工表面粗糙度值。 主偏角Kr和副偏角Kr Kr和Kr減小，可減小加工表面粗糙度值。 刀具材料中熱硬性高的材料耐磨性好，易于保持刃口的鋒利。摩擦系數(shù)小的材料有利于排屑。與被加工材料親合力小的材料不易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。因此，硬質(zhì)合金刀具優(yōu)于高速鋼，高速鋼刀具優(yōu)于碳素工具鋼，而金剛石刀具、立方氮化硼刀具又優(yōu)于硬質(zhì)合金。 刀具的前刀面、后刀面本身的表面粗糙

17、度值越小，則被加工表面的粗糙度值也越小。刀具刃口越鋒利、刃口平刃性越好，則切出的工件表面粗糙度值也就越小。 冷卻潤(rùn)滑的影響 切削液的冷卻和潤(rùn)滑作用能減小切削過(guò)程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，使切削區(qū)金屬表面的塑性變形程度下降，抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，因此可大大減小加工表面粗糙度值。 二、磨削加工中影響表面粗糙度的因素 磨削加工時(shí)磨粒很鈍，常具有很大的負(fù)前角，會(huì)使加工表面產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形，形成溝槽和隆起，增大了表面粗糙度，見(jiàn)圖11-14。 圖11- 141磨削用量 圖11- 151)砂輪速度v砂輪 提高v砂輪可以增加在工件單位面積上的刻痕，使工件表面塑性變形和溝槽兩側(cè)塑性隆起殘留量小，磨削表面

18、粗糙度值可以顯著減小。見(jiàn)圖11-15。 2)工件速度v工件 在其他條件不變的情況下，v工件提高，磨粒單位時(shí)間內(nèi)在工件表面上的刻痕數(shù)減小，因而將增大磨削表面粗糙度值。 3)磨削深度ap ap增加，磨削過(guò)程中磨削力及磨削溫度都增加，磨削表面塑性變形程度增大，從而增大表面粗糙度值。為提高磨削效率，一般開(kāi)始采用較大的磨削深度，后期采用較小的ap或進(jìn)行無(wú)進(jìn)給磨削(光磨)，以使磨削表面粗糙度值減小。 2砂輪的特性 粒度： 砂輪粒度愈細(xì)，則砂輪單位面積上磨粒數(shù)愈多，工件表面上刻痕密而細(xì)，則表面粗糙度值愈小。粒度過(guò)細(xì)時(shí)，砂輪易堵塞，切削性能下降，表面粗糙度值反而會(huì)增大，同時(shí)還會(huì)引起磨削燒傷。 砂輪的硬度： 砂

19、輪的硬度是指磨粒受磨削力后從砂輪上脫落的難易程度。硬度應(yīng)大小合適，砂輪太硬，磨粒鈍化后仍不易脫落，使工件表面受到強(qiáng)烈摩擦和擠壓作用，塑性變形程度增加，表面粗糙度值增大或使磨削表面產(chǎn)生燒傷。砂輪太軟，磨粒易脫落，常會(huì)產(chǎn)生磨損不均勻現(xiàn)象，從而使磨削表面粗糙度值增大。 砂輪的修整： 修整砂輪是改善磨削表面粗糙度的重要因素，砂輪的修整質(zhì)量與所用修整工具、修整砂輪的縱向進(jìn)給量等有密切關(guān)系。砂輪的修整是用金剛石除去砂輪外層已鈍化的磨粒，使磨粒切削刃鋒利，降低磨削表面的表面粗糙度值。另外，修整砂輪的縱向進(jìn)給量越小，修出的砂輪上的切削微刃越多，等高性越好，從而獲得較小的表面粗糙度值。砂輪修整得越好，磨出工件的

20、表面粗糙度值越小。 3.冷卻 圖11- 16 圖11- 17圖11- 18 如圖11-16所示，切削液不易進(jìn)入磨削區(qū)AB，燒傷早巳發(fā)生。因此采取有效的冷卻方法。 常見(jiàn)的冷卻方法有： 在砂輪上安裝帶有空氣擋板的切削液噴嘴，如圖11-17所示。采用內(nèi)冷卻砂輪 如圖11-18所示，將切削液引入砂輪的中心腔內(nèi)。由于離心力的作用，切削液再經(jīng)過(guò)砂輪內(nèi)部4的孔隙從砂輪四周的邊緣甩出，因此切削液可直接進(jìn)入磨削區(qū)，發(fā)揮有效的冷卻作用。 采用高壓大流量切削液 這樣既增強(qiáng)了冷卻效果，又有利于沖掉砂輪表面上的磨屑，防止砂輪堵塞。 采用浸油砂輪 三、影響表面層物理、力學(xué)性能變化的因素 1表面層的加工硬化 機(jī)械加工中，工

21、件表面層金屬受切削力的作用，產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，引起表面層的強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低，物理性能（如密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等）也有所變化，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化或強(qiáng)化。 加工硬化的評(píng)定指標(biāo)有三項(xiàng)，見(jiàn)圖11-19： 表面層的顯微硬度 HV0 硬化層深度 h 硬化程度 N式中 HV0工件原表面層的顯微硬度。 圖11- 19 切削加工后表面層的冷硬 影響加工硬化的因素： 切削力愈大，塑性變形愈大，硬化程度愈大，硬化層深度也愈大。 a.刀具 刀具的刃口圓角和后刀面的磨損量越大，冷作硬化程度也越大。見(jiàn)圖11-20。 b.切削用量 當(dāng)進(jìn)給量f、

22、背吃刀量ap增加，都會(huì)起增大切削力的作用，使加工硬化嚴(yán)重。 當(dāng)變形速度很快(即切削速度很高)時(shí)，塑性變形可能跟不上，這樣塑性變形將不充分，因此硬化層深度和硬化程度都減小。見(jiàn)圖11-21 。 c.工件材料 工件材料的硬度越低，塑性越大時(shí)，冷作硬化程度也越大。 圖11- 20刀具的刃口圓角對(duì)冷作硬化的影響圖11- 21切削速度與進(jìn)給量對(duì)冷作硬化的影響2.表面層的金相變化與磨削燒傷 在磨削加工時(shí)，磨粒的切削、刻劃和滑擦作用，以及大多數(shù)磨粒的負(fù)前角切削和很高的磨削速度，會(huì)使得加工表面層有很高的溫度，當(dāng)溫升達(dá)到相變臨界點(diǎn)時(shí)，表層金屬就會(huì)發(fā)生金相組織變化，從而使表面層強(qiáng)度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)

23、微觀裂紋。這種現(xiàn)象被稱為磨削燒傷。 燒傷的形式： a.退火燒傷： 在磨削時(shí)，如果工件表面層溫度超過(guò)相變臨界溫度Ac3，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果此時(shí)無(wú)冷卻液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。工件干磨時(shí)易發(fā)生這種燒傷。 b.回火燒傷： 磨削時(shí)，工件表面溫度未達(dá)到相變溫度AC3 （一般中碳鋼為7200C），但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（一般中碳鋼為3000C），這時(shí)馬氏體組織將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體，此現(xiàn)象稱為回火燒傷。 c.淬火燒傷： 磨削時(shí)，如果工件表面層溫度超過(guò)相變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時(shí)有充分的冷卻液，工件最

24、外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來(lái)的回火馬氏體高，但很薄，只有幾個(gè)微米厚；其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極強(qiáng)，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象被稱為淬火燒傷。 磨削時(shí)表面出現(xiàn)的黃、褐、紫、青等燒傷色是工件表面在瞬時(shí)高溫下產(chǎn)生的氧化膜顏色，相當(dāng)于鋼在回火時(shí)的顏色。 影響磨削燒傷的因素 磨削燒傷與溫度有十分密切的關(guān)系。 a.磨削用量 當(dāng)磨削深度增大時(shí)，工件表面及表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成燒傷。 工件速度增大時(shí)，磨削區(qū)表面溫度會(huì)增高，可減輕燒傷。但提高工件速度導(dǎo)致表面粗糙度值變大，可提高砂輪速度V砂輪。 當(dāng)工件縱向進(jìn)給量f增大時(shí)，工件表面及表面下不同深度的

25、溫度都將降低，故可減輕燒傷。但f增大會(huì)導(dǎo)致工件表面粗糙度值變大，因而，可采用較寬的砂輪來(lái)彌補(bǔ)。 b.工件材料 工件材料硬度高、強(qiáng)度高、韌性和密度大都會(huì)使磨削區(qū)溫度升高，因而容易產(chǎn)生磨削燒傷。導(dǎo)熱性能比較差的材料，如耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼等，在磨削時(shí)也容易產(chǎn)生燒傷。 c.砂輪特性 d.冷卻 3.加工表面層的殘余應(yīng)力 機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處就會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性應(yīng)力。這種應(yīng)力即為表面層的殘余應(yīng)力。表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，有以下三種原因。 a.冷態(tài)塑性變形 圖1123 熱應(yīng)力在切削力的作用下，已加工表面受到強(qiáng)烈的塑性變形，表面層金屬體積發(fā)生變化，此時(shí)里層金屬受

26、到切削力的影響，處于彈性變形的狀態(tài)下。切削力去除后，里層金屬趨向復(fù)原，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制，回復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一般說(shuō)來(lái)，表面層在切削時(shí)受刀具后刀面的擠壓和摩擦影響較大，其作用使表面層產(chǎn)生伸長(zhǎng)塑性變形，表面積趨向增大，但受到里層的限制，產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，里層則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力與其相平衡。 圖11- 24b.熱態(tài)塑性變形 表面層在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較低，因此表面層熱膨脹受基體的限制產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表面層的溫度超過(guò)材料的彈性變形范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑性變形（在壓應(yīng)力作用下材料相對(duì)縮短）。當(dāng)切削過(guò)程結(jié)束，溫度下降至與基體溫度一致時(shí)，因?yàn)楸砻鎸右旬a(chǎn)生

27、熱塑性變形，但受到基體的限制產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力，里層則產(chǎn)生了壓應(yīng)力。 c.局部金相組織變化： 切削或磨削過(guò)程中，若工件被加工表面溫度高于材料的相變溫度，則會(huì)引起表面層的金相組織變化。 不同的金相組織有不同的密度，如馬氏體密度M7.75/cm3，奧氏體密度A7.96/cm3，珠光體密度P7.78/cm3，鐵素體密度F7.88/cm3。當(dāng)金相組織變化時(shí)，由于密度不同，體積會(huì)發(fā)生變化。如果表層金屬膨脹則殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力(-)，反之，如果表層金屬體積縮小則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力(+)。 實(shí)際機(jī)械加工后的表面層殘余應(yīng)力是上述三方面原因產(chǎn)生殘余應(yīng)力的綜合結(jié)果。 第三節(jié) 控制加工表面質(zhì)量的措施  提高表面質(zhì)

28、量的加工方法： 減小加工表面的粗糙度值； 改善表面層的物理、力學(xué)性能。 一、采用光整加工方法降低表面粗糙度 圖11- 27 圖11- 28研磨，見(jiàn)圖11-27、28。研磨可以達(dá)到很高的尺寸精度(0.10.3m)和很低的表面粗糙度(Ra為0.040.01m)。 圖11- 29 圖11- 30超精加工，也稱超精研，見(jiàn)圖11-29。珩磨，見(jiàn)圖11-30。 二、表面強(qiáng)化工藝改善物理力學(xué)性能 表面強(qiáng)化工藝是指通過(guò)冷壓加工方法使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。這種方法的工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。用得最多的是滾壓加工和噴丸強(qiáng)化，也有采用

29、液體磨料強(qiáng)化等加工方法。 1、滾壓加工； 滾壓加工，圖11-31，形成壓縮殘余應(yīng)力。圖11-32為雙排滾珠滾壓工具 圖11- 31外圓滾壓工具 圖11-32雙排滾珠滾壓工具  2、噴丸強(qiáng)化 噴九強(qiáng)化是利用大量快速運(yùn)動(dòng)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(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。 噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，例如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。 3、液體磨料強(qiáng)化 液體磨料強(qiáng)化是利用液體和磨料的混合物強(qiáng)化工件表面的方法，如圖11-33所示。液體和磨料在400800kPa（約 48at）下，經(jīng)過(guò)噴嘴高速噴出，射向工件表面

30、，借磨粒的沖擊作用，磨平工件表面的表面粗糙度波峰并碾壓金屬表面。 圖11-33液體磨料強(qiáng)化工藝  第四節(jié) 振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響及其控制  一、振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響     機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動(dòng)，一般說(shuō)來(lái)是一種破壞正常切削過(guò)程的有害現(xiàn)象。各種切削和磨削過(guò)程都可能發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)速度高、切削金屬量大時(shí)常會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)烈振動(dòng)。     切削過(guò)程中的振動(dòng)，會(huì)影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1）影響加工的表面粗糙度振動(dòng)頻率低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度，頻率高時(shí)會(huì)產(chǎn)生微觀不平度。 2）影響生產(chǎn)率加工中產(chǎn)生振動(dòng)，限

31、制了切削用量的進(jìn)一步提高，嚴(yán)重時(shí)甚至使切削不能繼續(xù)進(jìn)行。 3）影響刀具壽命切削過(guò)程中的振動(dòng)可能使刀尖刀刃崩碎，特別是韌性差的刀具材料，如硬質(zhì)合金，陶瓷等，要注意消振問(wèn)題。 4）對(duì)機(jī)床、夾具等不利振動(dòng)使機(jī)床、夾具等的零件連接部分松動(dòng)，間隙增大，剛度和精度降低，同時(shí)使用壽命縮短。 振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工有不利的一面，但又可以利用振動(dòng)來(lái)更好地切削，如振動(dòng)磨削、振動(dòng)研拋、超聲波加工等都是利用振動(dòng)來(lái)提高表面質(zhì)量或生產(chǎn)率。     機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動(dòng)，根據(jù)其產(chǎn)生的原因，大體可分為自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)三大類，如圖1135所示。 圖1135切削加工中振動(dòng)的類型

32、60;二、自由振動(dòng)     自由振動(dòng)是當(dāng)系統(tǒng)所受的外界干擾力去除后系統(tǒng)本身的衰減振動(dòng)。由于工藝系統(tǒng)受一些偶然因素的作用（如外界傳來(lái)的沖擊力；機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的非周期性沖擊力；加工材料的局部硬點(diǎn)等引起的沖擊力等），系統(tǒng)的平衡被破壞，只靠其彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)屬于自由振動(dòng)。振動(dòng)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率。由于工藝系統(tǒng)的阻尼作用，這類振動(dòng)會(huì)很快衰減。 三、強(qiáng)迫振動(dòng)    強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界周期性的干擾力所支持的不衰減振動(dòng)。 1切削加工中產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的原因     切削加工中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，其原因可從機(jī)床、刀具和工件三方面去分析。機(jī)床中某些零件的制造精度不高，會(huì)使機(jī)床產(chǎn)生不均勻運(yùn)動(dòng)而引起振動(dòng)。在刀具方面，多刃、多齒刀具切削時(shí)，由于刃口高度的誤差，容易產(chǎn)生振動(dòng)。被切削的工件表面上有斷續(xù)表面或表面余量不均、硬度不一等，都會(huì)在加工中產(chǎn)生振動(dòng)。如車削或磨削有鍵槽的外圓表面就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。當(dāng)然，在工藝系統(tǒng)外部也有許多原因造成切削加工中的振動(dòng)。 2強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn) 1）強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是諧振動(dòng)，只要干擾力存在，振動(dòng)不會(huì)被阻尼衰減掉