第8章機械加工表面質(zhì)量

1、第八章第八章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 保證機器的使用性能和延長使用壽命，需提高機保證機器的使用性能和延長使用壽命，需提高機器零件的耐磨性、疲勞強度、抗蝕性、密封性、接觸器零件的耐磨性、疲勞強度、抗蝕性、密封性、接觸剛度等性能，主要取決于零件的表面質(zhì)量。機械加工剛度等性能，主要取決于零件的表面質(zhì)量。機械加工表面質(zhì)量是機械零件加工質(zhì)量的一個重要指標。是以表面質(zhì)量是機械零件加工質(zhì)量的一個重要指標。是以機械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對象的。機械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對象的。 旨在研究零件表面層在加工中的變化和機理，掌旨在研究零件表面層在加工中的變化和機理，掌握機械加工

2、中各種工藝因素對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，握機械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求?？刂萍庸ぶ械母鞣N影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。 主要討論機械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對主要討論機械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對使用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機理等。對生產(chǎn)現(xiàn)使用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機理等。對生產(chǎn)現(xiàn)場中發(fā)生的表面質(zhì)量問題從理論上作出解釋，提出提場中發(fā)生的表面質(zhì)量問題從理論上作出解釋，提出提高機械加工表面質(zhì)量的途徑。高機械加工表面質(zhì)量的途徑。本章提要本章提要表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義 表面質(zhì)量是指機器零件加工后表面層的狀態(tài)。有表面質(zhì)量是指

3、機器零件加工后表面層的狀態(tài)。有兩部分：兩部分：表面層的幾何形狀表面層的幾何形狀 表面粗糙度：表面粗糙度： 是指表面微觀幾何形狀誤差，其波高與波長的比是指表面微觀幾何形狀誤差，其波高與波長的比值在值在L1/H140的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。表面波度：表面波度： 是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差L3/H31000）和表面粗糙度之間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，和表面粗糙度之間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波高與波長的比值在其波高與波長的比值在40L2/H21000的范圍。的范圍。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量圖圖8.1 表面幾何形狀表面幾何形狀表面層的物理

4、機械性能表面層的物理機械性能表面層冷作硬化（簡稱冷硬）：表面層冷作硬化（簡稱冷硬）： 零件在機械加工中表面層金屬產(chǎn)生強烈的冷態(tài)塑零件在機械加工中表面層金屬產(chǎn)生強烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。性變形后，引起的強度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。表面層金相組織的變化：表面層金相組織的變化： 由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層金屬由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。表面層殘余應力：表面層殘余應力： 由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應力。表面層產(chǎn)生殘余應力。機械加

5、工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件使用性能的影響對零件耐磨性的影響對零件耐磨性的影響 在摩擦副的材料、熱處理情況和潤滑條件已經(jīng)確在摩擦副的材料、熱處理情況和潤滑條件已經(jīng)確定的情況下，定的情況下， 兩個表面粗糙度值很大的零件接觸，最初接觸的兩個表面粗糙度值很大的零件接觸，最初接觸的只是一些凸峰頂部，實際接觸面積比名義接觸面積小只是一些凸峰頂部，實際接觸面積比名義接觸面積小得多，這樣單位接觸面積上的壓力就很大，當壓力超得多，這樣單位接觸面積上的壓力就很大，當壓力超過材料的屈服極限時，凸峰部分產(chǎn)生塑性變形；當兩過材料的屈服極限時，凸峰部分產(chǎn)生塑性變形；當兩個

6、零件作相對運動時，就會產(chǎn)生剪切、凸峰斷裂或塑個零件作相對運動時，就會產(chǎn)生剪切、凸峰斷裂或塑性滑移，初期磨損速度很快。性滑移，初期磨損速度很快。 機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量圖圖8.2 表面粗糙度與初期表面粗糙度與初期 磨損量關(guān)系磨損量關(guān)系 曲線存在曲線存在最佳點最佳點，對應零件最耐磨的粗糙度，對應零件最耐磨的粗糙度，此時零件的初期磨損量最小。若載荷加重或潤滑此時零件的初期磨損量最小。若載荷加重或潤滑條件惡化，磨損曲線將向上向右移動，最佳粗糙條件惡化，磨損曲線將向上向右移動，最佳粗糙度值也隨之右移。度值也隨之右移。 在表面粗糙度大于最佳值時，減小表面粗糙在表面粗糙度大于最佳值時，減小

7、表面粗糙度值可減少初期磨損量。度值可減少初期磨損量。 但當表面粗糙度小于最佳值時，零件實際接但當表面粗糙度小于最佳值時，零件實際接觸面積就增大，接觸面積之間的潤滑油被擠出，觸面積就增大，接觸面積之間的潤滑油被擠出，金屬表面直接接觸，因金屬分子間的親和力而發(fā)金屬表面直接接觸，因金屬分子間的親和力而發(fā)生粘結(jié)（稱為冷焊），隨著相對運動的進行，粘生粘結(jié)（稱為冷焊），隨著相對運動的進行，粘結(jié)處在剪切力的作用下發(fā)生撕裂破壞。有時還由結(jié)處在剪切力的作用下發(fā)生撕裂破壞。有時還由于摩擦產(chǎn)生的高溫，使摩擦面局部熔化（稱為熱于摩擦產(chǎn)生的高溫，使摩擦面局部熔化（稱為熱焊）等原因，使接觸表面遭到破壞，初期磨損量焊）等原

8、因，使接觸表面遭到破壞，初期磨損量反而急劇增加。反而急劇增加。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量 圖圖8.3表示兩個不同零件的表面，粗糙度值相同，但輪廓形狀不同，表示兩個不同零件的表面，粗糙度值相同，但輪廓形狀不同，其耐磨性相差可達其耐磨性相差可達34倍。試驗表明，耐磨性決定于輪廓峰頂形狀和凹倍。試驗表明，耐磨性決定于輪廓峰頂形狀和凹谷形狀。前者決定干摩擦時的實際接觸面積，后者決定潤滑摩擦時的谷形狀。前者決定干摩擦時的實際接觸面積，后者決定潤滑摩擦時的容油情況。圖容油情況。圖8.4為兩摩擦表面粗糙度紋路方向?qū)α慵湍バ缘挠绊憽閮赡Σ帘砻娲植诙燃y路方向?qū)α慵湍バ缘挠绊憽?表面粗糙度對耐

9、磨性能的影響，還與表面粗糙度對耐磨性能的影響，還與粗糙度的輪廓形狀及紋路方粗糙度的輪廓形狀及紋路方向向有關(guān)。有關(guān)。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量表面層的冷硬可顯著地減少零件的磨損。表面層的冷硬可顯著地減少零件的磨損。原因：原因： 冷硬提高了表面接觸點處的屈服強度，減少了進冷硬提高了表面接觸點處的屈服強度，減少了進一步塑性變形的可能性，并減少了摩擦表面金屬的冷一步塑性變形的可能性，并減少了摩擦表面金屬的冷焊現(xiàn)象。焊現(xiàn)象。 但如果表面硬化過度，零件心部和表面層硬度差但如果表面硬化過度，零件心部和表面層硬度差過大，會發(fā)生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。過大，會發(fā)生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。

10、表面層產(chǎn)生金相組織變化時，由于改變了基體材表面層產(chǎn)生金相組織變化時，由于改變了基體材料原來的硬度，因而也直接影響其耐磨性。料原來的硬度，因而也直接影響其耐磨性。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響對零件疲勞強度的影響 在周期性的交變載荷作用下，零件表面微觀不平在周期性的交變載荷作用下，零件表面微觀不平與表面的缺陷一樣都會產(chǎn)生與表面的缺陷一樣都會產(chǎn)生應力集中應力集中現(xiàn)象，而且表面現(xiàn)象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，應力集中越嚴重，粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，應力集中越嚴重，越容易形成和擴展疲勞裂紋而造成零件的疲勞損壞。越容易形成和擴展疲勞裂紋而造成零件的疲勞

11、損壞。 鋼件對應力集中敏感，鋼材的強度越高，表面粗鋼件對應力集中敏感，鋼材的強度越高，表面粗糙度對疲勞強度的影響越大。含有石墨的鑄鐵件相當糙度對疲勞強度的影響越大。含有石墨的鑄鐵件相當于存在許多微觀裂紋，與有色金屬件一樣對應力集中于存在許多微觀裂紋，與有色金屬件一樣對應力集中不敏感，表面粗糙度對疲勞強度的影響就不明顯。不敏感，表面粗糙度對疲勞強度的影響就不明顯。 加工紋路方向加工紋路方向?qū)ζ趶姸鹊挠绊懜螅绻逗蹖ζ趶姸鹊挠绊懜?，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強度將顯著降低。與受力方向垂直，則疲勞強度將顯著降低。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響對零件疲勞強度

12、的影響 零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴大和新裂紋零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴大和新裂紋的出現(xiàn)的出現(xiàn)，因為由摩擦學可知疲勞源的位置在冷硬層的，因為由摩擦學可知疲勞源的位置在冷硬層的中部，因此冷硬可以提高零件的疲勞強度。但冷硬層中部，因此冷硬可以提高零件的疲勞強度。但冷硬層過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，反而會降低疲勞強度。過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，反而會降低疲勞強度。所以冷硬要適當。所以冷硬要適當。 表面層的內(nèi)應力對疲勞強度的影響很大。表面層的內(nèi)應力對疲勞強度的影響很大。表面層表面層殘余的壓應力能夠部分地抵消工作載荷施加的拉壓力，殘余的壓應力能夠部分地抵消工作載荷施加的拉壓力，延緩疲勞裂紋擴展。

13、而殘余拉應力容易使已加工表面延緩疲勞裂紋擴展。而殘余拉應力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋而降低疲勞強度。帶有不同殘余應力表面層產(chǎn)生裂紋而降低疲勞強度。帶有不同殘余應力表面層的零件，其疲勞壽命可相差數(shù)倍至數(shù)十倍。的零件，其疲勞壽命可相差數(shù)倍至數(shù)十倍。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響對零件抗腐蝕性能的影響 零件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越零件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零件表面凹處而發(fā)生容易堆積在零件表面凹處而發(fā)生化學腐蝕化學腐蝕，或在凸峰，或在凸峰間產(chǎn)生電化學作用而引起間產(chǎn)生電化學作用而引起電化學腐蝕電化學腐蝕，故抗腐蝕性能，故抗腐蝕性能越差

14、。越差。 表面冷硬和金相組織變化都會產(chǎn)生內(nèi)應力。零件表面冷硬和金相組織變化都會產(chǎn)生內(nèi)應力。零件在應力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生在應力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生應力腐蝕應力腐蝕（材料在拉應材料在拉應力集中和特定的腐蝕環(huán)境共同作用下發(fā)生腐蝕裂紋擴力集中和特定的腐蝕環(huán)境共同作用下發(fā)生腐蝕裂紋擴展的現(xiàn)象）展的現(xiàn)象） ，若有裂紋，則更增加了應力腐蝕的敏感，若有裂紋，則更增加了應力腐蝕的敏感性。因此表面內(nèi)應力會降低零件的抗腐蝕性能。性。因此表面內(nèi)應力會降低零件的抗腐蝕性能。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量對零件的其它影響對零件的其它影響 表面質(zhì)量對零件的表面質(zhì)量對零件的配合質(zhì)量、密封性能及摩擦系配合質(zhì)量、密封

15、性能及摩擦系數(shù)數(shù)都有很大的影響。表面粗糙度值越大，初期磨損量都有很大的影響。表面粗糙度值越大，初期磨損量越大，對動配合來說，使用不久就會使配合性質(zhì)發(fā)生越大，對動配合來說，使用不久就會使配合性質(zhì)發(fā)生變化；對靜配合來說，壓裝時會減少過盈量，降低配變化；對靜配合來說，壓裝時會減少過盈量，降低配合強度。合強度。 零件表面層狀態(tài)對其使用性能有如此大的影響是零件表面層狀態(tài)對其使用性能有如此大的影響是因為：承受載荷應力最大的表面層是金屬的邊界，機因為：承受載荷應力最大的表面層是金屬的邊界，機械加工后破壞了晶粒的完整性，從而降低了表面的某械加工后破壞了晶粒的完整性，從而降低了表面的某些機械性能。表面層有裂紋、

16、加工痕跡等各種缺陷，些機械性能。表面層有裂紋、加工痕跡等各種缺陷，在動載荷的作用下，可能引起應力集中而導致破壞。在動載荷的作用下，可能引起應力集中而導致破壞。零件表面經(jīng)過加工后，表面層的物理、機械、冶金和零件表面經(jīng)過加工后，表面層的物理、機械、冶金和化學性能都變得和基體材料不同了?；瘜W性能都變得和基體材料不同了。機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面質(zhì)量切削加工后的表面粗糙度切削加工后的表面粗糙度 切削加工時表面粗糙度的形成，大致可歸納為切削加工時表面粗糙度的形成，大致可歸納為三方面的原因：三方面的原因：幾何因素幾何因素物理因素物理因素工藝系統(tǒng)的振動工藝系統(tǒng)的振動機械加工后的表面粗糙度機械加工后

17、的表面粗糙度幾何因素幾何因素 由刀具相對于工件作進給運動時在加工表面上遺由刀具相對于工件作進給運動時在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積（留下來的切削層殘留面積（圖圖8.5）。理論上的最大粗）。理論上的最大粗糙度糙度Rmax可由刀具形狀、進給量可由刀具形狀、進給量f，按幾何關(guān)系求得。按幾何關(guān)系求得。當不考慮刀尖圓弧半徑時：當不考慮刀尖圓弧半徑時：kkfRcotcotmaxrfR82max 當背吃刀量和進給量很小時，粗糙度主要由刀尖當背吃刀量和進給量很小時，粗糙度主要由刀尖圓弧構(gòu)成：圓弧構(gòu)成：機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度圖圖8.5 切削層殘留面積切削層殘留面積機械加工后的表面粗糙

18、度機械加工后的表面粗糙度物理因素物理因素 由圖知，實際粗糙度與理論粗糙度差別較大。由圖知，實際粗糙度與理論粗糙度差別較大。 主要是與被加工材料的性能及切削機理有關(guān)的物理主要是與被加工材料的性能及切削機理有關(guān)的物理因素的影響。切削過程中刀具的刃口圓角及后刀面對工因素的影響。切削過程中刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形。韌性越好的材料塑性變件擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形。韌性越好的材料塑性變形越大，且容易出現(xiàn)積屑瘤與鱗刺，使粗糙度嚴重惡化。形越大，且容易出現(xiàn)積屑瘤與鱗刺，使粗糙度嚴重惡化。 還有切削用量、冷卻潤滑液和刀具材料等因素影響。還有切削用量、冷卻潤滑液和刀具材料等因素影響。

19、圖圖8.6 塑性材料加工后表面的實際輪廓和理論輪廓塑性材料加工后表面的實際輪廓和理論輪廓機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度影響因素可歸納為三方面：影響因素可歸納為三方面： 與磨削過程和砂輪結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾何因與磨削過程和砂輪結(jié)構(gòu)有關(guān)的幾何因素素 與磨削過程和被加工材料塑性變形有與磨削過程和被加工材料塑性變形有關(guān)的物理因素關(guān)的物理因素 工藝系統(tǒng)的振動因素工藝系統(tǒng)的振動因素機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 從幾何因素看，砂輪上磨粒的微刃形狀和分布對于磨從幾何因素看，砂輪上磨粒的微刃形狀和分布對

20、于磨削后的表面粗糙度是有影響的。磨削表面是由砂輪上大量削后的表面粗糙度是有影響的。磨削表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的構(gòu)槽形成的，每單位面積上刻痕的磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的構(gòu)槽形成的，每單位面積上刻痕越多，即通過每單位面積的磨粒數(shù)越多，以及刻痕的等高越多，即通過每單位面積的磨粒數(shù)越多，以及刻痕的等高性能好，粗糙度也就越低。性能好，粗糙度也就越低。 從物理因素看，大多數(shù)磨粒只有滑擦、耕犁作用。在從物理因素看，大多數(shù)磨粒只有滑擦、耕犁作用。在滑擦作用下，被加工表面只有彈性變形，不產(chǎn)生切屑；在滑擦作用下，被加工表面只有彈性變形，不產(chǎn)生切屑；在耕犁作用下，磨粒在工件表面上刻劃出一條溝痕，工件材耕犁

21、作用下，磨粒在工件表面上刻劃出一條溝痕，工件材料被擠向兩邊產(chǎn)生隆起，此時產(chǎn)生塑性變形但仍不產(chǎn)生切料被擠向兩邊產(chǎn)生隆起，此時產(chǎn)生塑性變形但仍不產(chǎn)生切屑。磨削量是經(jīng)過很多后繼磨粒的多次擠壓因疲勞而斷裂、屑。磨削量是經(jīng)過很多后繼磨粒的多次擠壓因疲勞而斷裂、脫落，所以加工表面的塑性變形很大，表面粗糙度值越大。脫落，所以加工表面的塑性變形很大，表面粗糙度值越大。機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度為了降低表面粗糙度值，應考慮以下主要影響因素：為了降低表面粗糙度值，應考慮以下主要影響因素：砂輪的粒度砂輪的粒度 砂輪的粒度愈細，則砂輪單位面積上的磨粒數(shù)愈多

22、，砂輪的粒度愈細，則砂輪單位面積上的磨粒數(shù)愈多，在工件上的刻痕也愈密而細，所以粗糙度值愈低。在工件上的刻痕也愈密而細，所以粗糙度值愈低。砂輪的修整砂輪的修整 砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪工作表面上的等高微砂輪工作表面上的等高微刃刃（圖（圖8.7）就越多，因而就越多，因而磨出的工件表面粗糙度值磨出的工件表面粗糙度值也就愈低。也就愈低。圖圖8.7 8.7 磨粒上的微刃磨粒上的微刃機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度砂輪速度砂輪速度 提高砂輪速度可以增加單位時間內(nèi)工件單位面積上的提高砂輪速度可以增加單位時間內(nèi)工件單位面積上的刻痕數(shù)，

23、同時塑性變形造成的隆起量隨著砂輪速度的增大刻痕數(shù)，同時塑性變形造成的隆起量隨著砂輪速度的增大而下降，原因是高速下塑性變形的傳播速度小于磨削速度，而下降，原因是高速下塑性變形的傳播速度小于磨削速度，材料來不及變形，因而粗糙度可以顯著降低。材料來不及變形，因而粗糙度可以顯著降低。工件速度工件速度 工件速度越大，單個磨粒的磨削厚度就越大，單位時工件速度越大，單個磨粒的磨削厚度就越大，單位時間內(nèi)磨削工件表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值增大。間內(nèi)磨削工件表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值增大。機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度徑向進給量徑向進給量 增大磨削

24、徑向進給量將增加塑性變形的程度從而增大增大磨削徑向進給量將增加塑性變形的程度從而增大粗糙度。通常在磨削過程開始時采用較大的徑向進給量，粗糙度。通常在磨削過程開始時采用較大的徑向進給量，以提高生產(chǎn)率，而在最后采用小徑向進給量或無徑向進給以提高生產(chǎn)率，而在最后采用小徑向進給量或無徑向進給量磨削，以降低粗糙度值。量磨削，以降低粗糙度值。軸向進給量軸向進給量 磨削時采用較小的軸向進給量，則磨削后表面粗糙度磨削時采用較小的軸向進給量，則磨削后表面粗糙度較低。較低。機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 另外，引起磨削表面粗糙度增大的主要原因還往另外，引起

25、磨削表面粗糙度增大的主要原因還往往是往是工藝系統(tǒng)的振動工藝系統(tǒng)的振動所致。所致。 增加工藝系統(tǒng)剛度和阻尼，做好砂增加工藝系統(tǒng)剛度和阻尼，做好砂輪的動平衡以及合理地修整砂輪輪的動平衡以及合理地修整砂輪可顯著降可顯著降低粗糙度。低粗糙度。機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面粗糙度機械加工后表面層的冷作硬化機械加工后表面層的冷作硬化 切削或磨削加工時，表面層金屬由于塑性變形使晶體切削或磨削加工時，表面層金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎而得到強化。間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎而得到強化。冷作硬化的特點：冷作硬化的特點： 變形抵抗力提高（屈服點提高），塑性降低

26、（相對延變形抵抗力提高（屈服點提高），塑性降低（相對延伸率降低）。伸率降低）。冷硬的指標冷硬的指標: 通常用冷硬層的深度通常用冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度表面層的顯微硬度H以及硬以及硬化程度化程度N來表示（來表示（圖圖8.8），其中），其中N=H/H0，H0為原來的顯為原來的顯微硬度。微硬度。冷作硬化產(chǎn)生的原因冷作硬化產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能圖圖8.8 8.8 切削加工后表面層的冷硬切削加工后表面層的冷硬機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變

27、形速度及變形時的溫度。性變形的力、變形速度及變形時的溫度。 力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大；力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大； 速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越小；速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越小； 變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復程度。后金相組織的恢復程度。 冷作硬化產(chǎn)生的原因冷作硬化產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能切削加工時表面層的硬化可能有兩種情況：切削加工時表面層的硬化可能有兩種情況：完全強化完全強化 此時出現(xiàn)晶格歪扭以及纖維結(jié)構(gòu)和變形層物理機

28、械性此時出現(xiàn)晶格歪扭以及纖維結(jié)構(gòu)和變形層物理機械性質(zhì)的改變；質(zhì)的改變；不完全強化不完全強化 若溫度超過（若溫度超過（0.250.30）T熔熔（熔化絕對溫度），則（熔化絕對溫度），則除了強化現(xiàn)象外，同時還有回復現(xiàn)象，此時歪扭的晶格局除了強化現(xiàn)象外，同時還有回復現(xiàn)象，此時歪扭的晶格局部得到恢復，減低了冷硬作用；如果溫度超過部得到恢復，減低了冷硬作用；如果溫度超過0.30T熔就熔就會發(fā)生金屬再結(jié)晶，此時由于強化而改變了的表面層物理會發(fā)生金屬再結(jié)晶，此時由于強化而改變了的表面層物理機械性能幾乎可以完全恢復。機械性能幾乎可以完全恢復。冷作硬化產(chǎn)生的原因冷作硬化產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機

29、械加工后的表面層物理機械性能 機械加工時表面層的冷作硬化就是機械加工時表面層的冷作硬化就是強化作用和回強化作用和回復作用的綜合結(jié)果。復作用的綜合結(jié)果。 切削溫度越高、高溫持續(xù)時間越長、強化程度越大，切削溫度越高、高溫持續(xù)時間越長、強化程度越大，則回復作用也就越強。則回復作用也就越強。 因此對高溫下工作的零件，能保證疲勞強度的最佳表因此對高溫下工作的零件，能保證疲勞強度的最佳表面層是沒有冷硬層或者只有極?。鎸邮菦]有冷硬層或者只有極?。?020m）冷作硬化的冷作硬化的表面層。表面層。冷作硬化產(chǎn)生的原因冷作硬化產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能刀具刀具 刀具的

30、切削刃口圓角和后刀面的磨損量對于冷硬刀具的切削刃口圓角和后刀面的磨損量對于冷硬層有很大的影響，此兩值增大時，冷硬層深度和硬度層有很大的影響，此兩值增大時，冷硬層深度和硬度也隨之增大。前角減少時，冷硬也增大。也隨之增大。前角減少時，冷硬也增大。被加工材料被加工材料 被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬現(xiàn)象愈嚴重?，F(xiàn)象愈嚴重。影響冷作硬化的主要因素影響冷作硬化的主要因素 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能切削用量切削用量 切削速度增大時，刀具與工件接觸時間短，塑性切削速度增大時，刀具與工件接觸時間短，塑性變形程度減少，同時會

31、使溫度增高，有助于冷硬的回變形程度減少，同時會使溫度增高，有助于冷硬的回復，所以硬化層深度和硬度都有所減少。復，所以硬化層深度和硬度都有所減少。 進給量增大時，切削力增大，塑性變形程度也增進給量增大時，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化現(xiàn)象增大。但在進給量較小時，由于刀大，因此硬化現(xiàn)象增大。但在進給量較小時，由于刀具的刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多，具的刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多，因此硬化傾向也會增大。徑向進給量增大時，冷硬層因此硬化傾向也會增大。徑向進給量增大時，冷硬層深度也有所增大，但其影響程度不顯著。深度也有所增大，但其影響程度不顯著。影響冷作硬化的主要

32、因素影響冷作硬化的主要因素 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后表面層金相組織的變化機械加工后表面層金相組織的變化 磨削加工時切削力比其它加工方法大數(shù)十倍，切削速磨削加工時切削力比其它加工方法大數(shù)十倍，切削速度也非常高，所以功率消耗遠遠大于其它切削方法。度也非常高，所以功率消耗遠遠大于其它切削方法。 由于砂輪導熱性差、切屑數(shù)量少，磨削過程中能量轉(zhuǎn)由于砂輪導熱性差、切屑數(shù)量少，磨削過程中能量轉(zhuǎn)化的熱大部分都傳給了工件。磨削時，在很短的時間內(nèi)磨化的熱大部分都傳給了工件。磨削時，在很短的時間內(nèi)磨削區(qū)溫度可上升到削區(qū)溫度可上升到4001000C，甚至更高。甚至更高。

33、這樣大的加熱速度，促使加工表面局部形成瞬時熱聚這樣大的加熱速度，促使加工表面局部形成瞬時熱聚集現(xiàn)象，有很高溫升和很大的溫度梯度，出現(xiàn)金相組織的集現(xiàn)象，有很高溫升和很大的溫度梯度，出現(xiàn)金相組織的變化，強度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應力，甚至引起裂紋，變化，強度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應力，甚至引起裂紋，這就是這就是。金相組織變化的原因金相組織變化的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 磨削淬火鋼時，由于磨削燒傷，工件表面產(chǎn)生氧化膜磨削淬火鋼時，由于磨削燒傷，工件表面產(chǎn)生氧化膜并呈現(xiàn)出黃、褐、紫、青、灰等不同顏色，相當于鋼的回并呈現(xiàn)出黃、褐、紫、青、灰等不同顏色，相當于鋼的回火

34、色?；鹕?不同的燒傷色表示受到不同溫度的作用與產(chǎn)生不同的不同的燒傷色表示受到不同溫度的作用與產(chǎn)生不同的燒傷深度。有時表面雖看不出變色，但并不等于表面未受燒傷深度。有時表面雖看不出變色，但并不等于表面未受熱損傷。熱損傷。 例如在磨削過程中由于采用過大的磨削用量，造成了例如在磨削過程中由于采用過大的磨削用量，造成了很深的燒傷層，以后的無進給磨削中磨去了表面的燒傷色，很深的燒傷層，以后的無進給磨削中磨去了表面的燒傷色，而未能除去燒傷層，則留在工件上的燒傷層就會成為使用而未能除去燒傷層，則留在工件上的燒傷層就會成為使用中的隱患。中的隱患。金相組織變化的原因金相組織變化的原因 機械加工后的表面層物理機

35、械性能機械加工后的表面層物理機械性能磨削淬火鋼時表面層產(chǎn)生的燒傷有以下三種：磨削淬火鋼時表面層產(chǎn)生的燒傷有以下三種：回火燒傷回火燒傷 磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過相變溫度，則工件磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過相變溫度，則工件表面原來的馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化成硬度降低的回火表面原來的馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化成硬度降低的回火組織組織索氏體或屈氏體；索氏體或屈氏體；淬火燒傷淬火燒傷 磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，由于冷卻磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，由于冷卻液的急冷作用，表層會出現(xiàn)二次淬火馬氏體，硬度較原來的回火液的急冷作用，表層會出現(xiàn)二次淬火

36、馬氏體，硬度較原來的回火馬氏體高，而它的下層則因為冷卻緩慢成為硬度降低的回火組織。馬氏體高，而它的下層則因為冷卻緩慢成為硬度降低的回火組織。退火燒傷退火燒傷 不同冷卻液進行干磨削時，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏不同冷卻液進行干磨削時，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，則表層硬度急劇下降，這時體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，則表層硬度急劇下降，這時工件表層被退火。工件表層被退火。金相組織變化的原因金相組織變化的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能影響磨削加工時金相組織變化的因素有影響磨削加工時金相組織變化的因素有: 。影響磨削加工時金相組織

37、變化的因素影響磨削加工時金相組織變化的因素 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 工件材料為工件材料為低碳鋼低碳鋼時不會發(fā)生相變；時不會發(fā)生相變； 高合金鋼高合金鋼如軸承鋼、高速鋼、鎳鉻鋼等傳熱性特別如軸承鋼、高速鋼、鎳鉻鋼等傳熱性特別差，在冷卻不充分時易出現(xiàn)磨削燒傷。差，在冷卻不充分時易出現(xiàn)磨削燒傷。 未淬火鋼未淬火鋼為擴散度低的珠光體，磨削時間短時不會為擴散度低的珠光體，磨削時間短時不會發(fā)生金相組織的變化；發(fā)生金相組織的變化； 淬火鋼淬火鋼極易相變。極易相變。影響磨削加工時金相組織變化的因素影響磨削加工時金相組織變化的因素 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的

38、表面層物理機械性能圖圖8.9 8.9 磨削高碳淬火鋼時表面的硬度分布磨削高碳淬火鋼時表面的硬度分布機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 當磨削深度小于當磨削深度小于10m時，由于溫度的影響使表面時，由于溫度的影響使表面層的回火馬氏體產(chǎn)生弱化，并與塑性變形產(chǎn)生的冷作硬層的回火馬氏體產(chǎn)生弱化，并與塑性變形產(chǎn)生的冷作硬化現(xiàn)象綜合而產(chǎn)生了比基體硬度低的部分，而表面的里化現(xiàn)象綜合而產(chǎn)生了比基體硬度低的部分，而表面的里層由于磨削加工中的冷作硬化起了主導作用而又產(chǎn)生了層由于磨削加工中的冷作硬化起了主導作用而又產(chǎn)生了比基體硬度高的部分。比基體硬度高的部分。 當磨削深度為當磨削深度為20

39、30m時，冷作硬化的影響減少，時，冷作硬化的影響減少，磨削溫度起了主導作用。由于磨削區(qū)溫度磨削溫度起了主導作用。由于磨削區(qū)溫度高于馬氏體轉(zhuǎn)高于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度變溫度，低于相變溫度而使表面層馬氏體回火產(chǎn)生回火，低于相變溫度而使表面層馬氏體回火產(chǎn)生回火燒傷。燒傷。 當磨削深度增大至當磨削深度增大至50m時，磨削區(qū)最高溫度時，磨削區(qū)最高溫度超過超過了了相變臨界溫度相變臨界溫度，急冷時產(chǎn)生淬火燒傷，而再往里層則，急冷時產(chǎn)生淬火燒傷，而再往里層則硬度又逐漸升高直至未受熱影響的基體組織。硬度又逐漸升高直至未受熱影響的基體組織。影響磨削加工時金相組織變化的因素影響磨削加工時金相組織變化的因素 機械加工后的表面

40、層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后表面層的殘余應力機械加工后表面層的殘余應力 在機械加工中，工件表面層金屬相對基體金屬發(fā)生形在機械加工中，工件表面層金屬相對基體金屬發(fā)生形狀、體積的變化或金相組織變化時，工件表面層中將殘留狀、體積的變化或金相組織變化時，工件表面層中將殘留相互平衡的殘余應力。產(chǎn)生表面層殘余應力的原因：相互平衡的殘余應力。產(chǎn)生表面層殘余應力的原因：冷態(tài)塑性變形冷態(tài)塑性變形 機械加工時，表層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變形。沿切削機械加工時，表層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變形。沿切削速度方向表面產(chǎn)生拉伸變形，晶粒被拉長，金屬密度會下速度方向表面產(chǎn)生拉伸變形，晶粒被拉長，金屬密度會下

41、降，即比容增大，而里層材料則阻礙這種變形，因而在表降，即比容增大，而里層材料則阻礙這種變形，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應力，在里層則產(chǎn)生殘余拉應力。面層產(chǎn)生殘余壓應力，在里層則產(chǎn)生殘余拉應力。殘余應力產(chǎn)生的原因殘余應力產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能熱態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形 機械加工時，切削或磨削熱使工件表面局部溫升過高，機械加工時，切削或磨削熱使工件表面局部溫升過高，引起引起高溫塑性變形高溫塑性變形。圖。圖8.10為因加工溫度而引起殘余應力為因加工溫度而引起殘余應力的示意圖。的示意圖。 第第1層溫度在塑性溫度以上，產(chǎn)生熱塑變形，故沒有應力；第層溫度在塑性溫

42、度以上，產(chǎn)生熱塑變形，故沒有應力；第2層溫度在塑性溫度與室溫之間，只產(chǎn)生彈性熱膨脹，膨脹受到第層溫度在塑性溫度與室溫之間，只產(chǎn)生彈性熱膨脹，膨脹受到第3層層的阻礙，產(chǎn)生壓應力；第的阻礙，產(chǎn)生壓應力；第3層處在室溫的冷態(tài)層不產(chǎn)生熱變形，產(chǎn)生層處在室溫的冷態(tài)層不產(chǎn)生熱變形，產(chǎn)生拉應力拉應力。開始冷卻時，當?shù)陂_始冷卻時，當?shù)?層冷到塑性溫度以下，體積收縮，但第層冷到塑性溫度以下，體積收縮，但第2層阻礙其收縮，第層阻礙其收縮，第1層中產(chǎn)生拉應力，第層中產(chǎn)生拉應力，第2層中的壓應力增加。而由于層中的壓應力增加。而由于第第2層的冷卻收縮，第層的冷卻收縮，第3層中的拉應力有所減小層中的拉應力有所減小。最后冷

43、卻時，第最后冷卻時，第1層層繼續(xù)收縮，拉應力進一步增大，而第繼續(xù)收縮，拉應力進一步增大，而第2層熱膨脹全部消失，完全由第層熱膨脹全部消失，完全由第1層的收縮而形成一個不大的壓應力，第層的收縮而形成一個不大的壓應力，第3層拉應力消失，而與第層拉應力消失，而與第2層一層一起受第起受第1層的影響，也形成一個不大的壓應力層的影響，也形成一個不大的壓應力。殘余應力產(chǎn)生的原因殘余應力產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能金相組織變化金相組織變化 切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面的相變。切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面的相變。

44、 由于不同的金相組織有不同的比容，表面層金相變化由于不同的金相組織有不同的比容，表面層金相變化的結(jié)果將造成體積的變化。的結(jié)果將造成體積的變化。 表面層體積膨脹時，因為受到基體的限制，產(chǎn)生了壓表面層體積膨脹時，因為受到基體的限制，產(chǎn)生了壓應力；反之產(chǎn)生拉應力。應力；反之產(chǎn)生拉應力。殘余應力產(chǎn)生的原因殘余應力產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 實際機械加工后的表面層殘余應力及其分布，是上述實際機械加工后的表面層殘余應力及其分布，是上述三方面因素綜合作用的結(jié)果三方面因素綜合作用的結(jié)果，在一定條件下，其中某一或，在一定條件下，其中某一或二種因素可能起主導作用。二種

45、因素可能起主導作用。 例如：切削時切削熱不多則以冷態(tài)塑性變形為主，若例如：切削時切削熱不多則以冷態(tài)塑性變形為主，若切削熱多則以熱態(tài)塑性變形為主。磨削時表面層殘余應力切削熱多則以熱態(tài)塑性變形為主。磨削時表面層殘余應力歲磨削條件不同而不同，圖歲磨削條件不同而不同，圖8.11所示為三類磨削條件下產(chǎn)所示為三類磨削條件下產(chǎn)生的表面層殘余應力。輕磨削條件產(chǎn)生淺而小的殘余壓應生的表面層殘余應力。輕磨削條件產(chǎn)生淺而小的殘余壓應力，因為此時沒有金相組織變化，溫度影響也很小，主要力，因為此時沒有金相組織變化，溫度影響也很小，主要是塑性變形的影響在起作用。中等磨削條件產(chǎn)生淺而大的是塑性變形的影響在起作用。中等磨削條

46、件產(chǎn)生淺而大的拉應力。淬火鋼重磨削條件則產(chǎn)生深而大的拉應力（最外拉應力。淬火鋼重磨削條件則產(chǎn)生深而大的拉應力（最外表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應力），這里顯然是由于熱態(tài)塑表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應力），這里顯然是由于熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響在起主導作用的緣故。性變形和金相組織變化的影響在起主導作用的緣故。殘余應力產(chǎn)生的原因殘余應力產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能影響殘余應力的主要工藝因素：影響殘余應力的主要工藝因素： 具體的情況則看其對切削時的塑性變形、切削溫度具體的情況則看其對切削時的塑性變形、切削溫度和金相組織變化的影響程度而定。和金相組織變化的影響

47、程度而定。影響殘余應力的工藝因素影響殘余應力的工藝因素 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 總的來說，磨削加工中熱態(tài)塑性變形和金相組織變總的來說，磨削加工中熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響較大，故大多數(shù)磨削零件的表面層往往有殘余化的影響較大，故大多數(shù)磨削零件的表面層往往有殘余拉應力。拉應力。 當殘余拉應力超過材料的強度極限時，零件表面就當殘余拉應力超過材料的強度極限時，零件表面就會出現(xiàn)裂紋。有的磨削裂紋也可能不在工件的外表面，會出現(xiàn)裂紋。有的磨削裂紋也可能不在工件的外表面，而是在表面層下成為肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。而是在表面層下成為肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。 磨削裂紋一般很淺（

48、磨削裂紋一般很淺（0.25.050mm），），大多數(shù)垂直大多數(shù)垂直于磨削方向或成網(wǎng)狀（磨螺紋時有時也有平行于磨削方于磨削方向或成網(wǎng)狀（磨螺紋時有時也有平行于磨削方向的裂紋），如圖向的裂紋），如圖8.12所示。裂紋總是拉應力引起的，所示。裂紋總是拉應力引起的，且常與燒傷同時出現(xiàn)。且常與燒傷同時出現(xiàn)。磨削裂紋的產(chǎn)生磨削裂紋的產(chǎn)生 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能圖圖8.12 8.12 磨削裂紋磨削裂紋機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能 磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質(zhì)及熱處理工序有很大關(guān)磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質(zhì)及熱處理工序有很大關(guān)系。系。 磨削硬質(zhì)合金

49、時，由于其脆性大，抗拉強度低以及磨削硬質(zhì)合金時，由于其脆性大，抗拉強度低以及導熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削裂紋。磨削含碳量高導熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削裂紋。磨削含碳量高的淬火鋼時，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。的淬火鋼時，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。工件在淬火后如果存在殘余應力，則即使在正常的磨削工件在淬火后如果存在殘余應力，則即使在正常的磨削條件下也可能出現(xiàn)裂紋，故在磨削前進行去除應力的工條件下也可能出現(xiàn)裂紋，故在磨削前進行去除應力的工序能收到很好的效果。滲碳、滲氮時如果工藝不當，就序能收到很好的效果。滲碳、滲氮時如果工藝不當，就會在表面層晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物，

50、當磨會在表面層晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物，當磨削時在熱應力作用下，就容易沿著這些組織發(fā)生脆性破削時在熱應力作用下，就容易沿著這些組織發(fā)生脆性破壞，而出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。壞，而出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。磨削裂紋的產(chǎn)生磨削裂紋的產(chǎn)生 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能例題例題8.1 8.1 在外圓磨床上磨削一根淬火鋼軸，其強度極限b=2000MPa，工件表面溫度升至8000C，因使用冷卻液而產(chǎn)生回火。表面層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度從7.75103kg/m3增至7.78103kg/m3。問工件表面層將產(chǎn)生多大的殘余應力？是壓應力還是拉應力？是否會產(chǎn)生磨削裂紋？由于表面層熱作用引

51、起高溫塑性變形，冷卻后表面層產(chǎn)生拉應力。已知：T1=8000C，T0=200C，=1210-6/0C，E=21011N/mm，由式（7.16）得表面層的熱伸長量：所以線膨脹系數(shù)殘1 01TTLTLL7801012)20800(1012TTLL6601MPaPaLLE187210187278010121026611由于表層金相組織的變化引起的應力：表面層回火，表層組織由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度增加，由馬增大到珠，比容積由V減小到V-V，因此表面層產(chǎn)生的收縮受到基體組織的阻礙，就產(chǎn)生了殘余拉應力。已知：馬=7.75103kg/m3，珠=7.78103kg/m3，由容積與密度的關(guān)系得：V-V/V=

52、馬/珠即：1-V/V=馬/珠=7.75/7.78=1-0.03/7.78得體膨脹系數(shù)：V/V=0.03/7.78由于體膨脹系數(shù)是線膨脹系數(shù)的三倍,故殘2綜合上面兩個情況,工件表面總的殘余拉應力為：殘=殘1+殘2=1872+257=2129Mpa因為殘余拉應力殘=2129Mpa工件強度極限b=2000MPa，所以加工中產(chǎn)生磨削裂紋，裂紋方向與磨削方向垂直。MPa257Pa1025778. 703. 031102LLE6118.4.1 減小殘余拉應力、防止磨削燒傷和磨削裂減小殘余拉應力、防止磨削燒傷和磨削裂紋的工藝途徑紋的工藝途徑8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑對零件使

53、用性能危害甚大的殘余拉應力、磨削燒傷和對零件使用性能危害甚大的殘余拉應力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是生產(chǎn)上的一項重要問題。解決的原則：一少其影響是生產(chǎn)上的一項重要問題。解決的原則：一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。8.4.1.1 選擇合理的磨削參數(shù)選擇合理的磨削參數(shù)8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑為了直接減少磨削熱的發(fā)生，降低磨削區(qū)的溫度，應為了直接減少磨削熱的發(fā)生，降低磨削區(qū)的溫度，應合理選擇磨削參數(shù)：減少砂輪速度和背吃刀量；適

54、當合理選擇磨削參數(shù)：減少砂輪速度和背吃刀量；適當提高進給量和工件速度。但這會使粗糙度值增大而造提高進給量和工件速度。但這會使粗糙度值增大而造成矛盾。生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗來確定磨成矛盾。生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，根據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下面熱損傷情況，根據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來。另一種方法是在磨削過程中連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，來。另一種方法是在磨削過程中連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。國外研究通過計算機進行過程控然后控制磨削參數(shù)。國外研究通過計算機進行過

55、程控制磨削和自適應磨削等方法來減少磨削熱。制磨削和自適應磨削等方法來減少磨削熱。8.4.1.2 8.4.1.2 選擇有效的冷卻方法選擇有效的冷卻方法8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑選擇適宜的磨削液和有效的冷卻方法。如采用高壓達選擇適宜的磨削液和有效的冷卻方法。如采用高壓達流量冷卻、內(nèi)冷卻或減輕旋轉(zhuǎn)的砂輪表面的高壓附著流量冷卻、內(nèi)冷卻或減輕旋轉(zhuǎn)的砂輪表面的高壓附著氣流的作用，加裝空氣擋板，以使冷卻液能順利地噴氣流的作用，加裝空氣擋板，以使冷卻液能順利地噴注到磨削區(qū)。注到磨削區(qū)。8.4.2 8.4.2 采用冷壓強化工藝采用冷壓強化工藝8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控

56、制加工表面質(zhì)量的工藝途徑對于承受高應力、交變載荷的零件可以采用噴丸、液對于承受高應力、交變載荷的零件可以采用噴丸、液壓、擠壓、等表面強化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應力壓、擠壓、等表面強化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應力和冷硬層并降低表面粗糙度值，從而提高耐疲勞強度和冷硬層并降低表面粗糙度值，從而提高耐疲勞強度及抗應力腐蝕性能。但是采用強化工藝時應很好控制及抗應力腐蝕性能。但是采用強化工藝時應很好控制工藝參數(shù)，不要造成過度硬化，否則會使表面完全失工藝參數(shù)，不要造成過度硬化，否則會使表面完全失去塑性性質(zhì)，甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不去塑性性質(zhì)，甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良的后果。良的后果。8.

57、4.2.1 8.4.2.1 噴丸噴丸8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑噴丸是一種用壓縮空氣或離心力將大量直徑細小（噴丸是一種用壓縮空氣或離心力將大量直徑細?。?. .mmmm）的丸粒（鋼丸、玻璃丸）以）的丸粒（鋼丸、玻璃丸）以m/sm/s的速度向零件表面噴射的方法。可以用于任何復雜形的速度向零件表面噴射的方法?？梢杂糜谌魏螐碗s形狀的零件。噴丸的結(jié)果在表面層產(chǎn)生很大的塑性變形，狀的零件。噴丸的結(jié)果在表面層產(chǎn)生很大的塑性變形，造成表面的冷作硬化和殘余壓應力。硬化深度可達造成表面的冷作硬化和殘余壓應力。硬化深度可達. .mm,mm,表面粗糙度可自表面粗糙度可自. .降到降到

58、. .。噴丸后零件的。噴丸后零件的使用壽命可提高數(shù)倍至數(shù)十倍。例如，齒輪可提高使用壽命可提高數(shù)倍至數(shù)十倍。例如，齒輪可提高倍，螺旋彈簧可提高倍以上。倍，螺旋彈簧可提高倍以上。8.4.2.28.4.2.2滾壓滾壓8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑用工具鋼淬硬自稱的鋼滾輪或鋼珠在零件上進行滾壓，使用工具鋼淬硬自稱的鋼滾輪或鋼珠在零件上進行滾壓，使表層材料產(chǎn)生塑性流動，形成新的光潔表面。表面粗糙度表層材料產(chǎn)生塑性流動，形成新的光潔表面。表面粗糙度可自可自. .降至降至. .，表面硬化深度達，表面硬化深度達. . .mmmm硬硬化程度。化程度。8.4.38.4.3采用精密和光

59、整加工工藝采用精密和光整加工工藝8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑精密和光整加工工藝是指經(jīng)濟加工精度在精密和光整加工工藝是指經(jīng)濟加工精度在級以上，表面粗糙度小于級以上，表面粗糙度小于. .，表面物理機械，表面物理機械性能也處于十分良好狀態(tài)的各種加工工藝方法。采用性能也處于十分良好狀態(tài)的各種加工工藝方法。采用精密加工工藝能全面地提高加工精度和表面質(zhì)量，而精密加工工藝能全面地提高加工精度和表面質(zhì)量，而光整加工工藝主要是為了獲得較高的表面質(zhì)量。光整加工工藝主要是為了獲得較高的表面質(zhì)量。8.4.3.18.4.3.1精密加工工藝精密加工工藝8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑控制

60、加工表面質(zhì)量的工藝途徑精密加工工藝的加工精度主要由高精度的機床保證。精密加工工藝的加工精度主要由高精度的機床保證。精密加工的切削深度和進給量一般極小，切削速度則精密加工的切削深度和進給量一般極小，切削速度則很高或極低，加工時盡可能進行充分的冷卻和潤滑，很高或極低，加工時盡可能進行充分的冷卻和潤滑，以有利于最大限度地排除切削力，切削熱對加工質(zhì)量以有利于最大限度地排除切削力，切削熱對加工質(zhì)量的影響，并有利于降低表面粗糙度。精密加工切削效的影響，并有利于降低表面粗糙度。精密加工切削效率不高，故加工余量不能太大，所以對前道工序有較率不高，故加工余量不能太大，所以對前道工序有較高的要求。高的要求。8.4