機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第21講(2015)

1、第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)器零件的破壞，其中少數(shù)是由于其它原因產(chǎn)生機(jī)器零件的破壞，其中少數(shù)是由于其它原因產(chǎn)生的強(qiáng)度不夠或偶然性事故引起的超負(fù)荷而損壞，的強(qiáng)度不夠或偶然性事故引起的超負(fù)荷而損壞，大多數(shù)是由于磨損、受外界介質(zhì)的腐蝕或疲勞而大多數(shù)是由于磨損、受外界介質(zhì)的腐蝕或疲勞而破壞。后者一般都是發(fā)生在零件的表面，或從表破壞。后者一般都是發(fā)生在零件的表面，或從表面層開始的，這說明零件的表面質(zhì)量對產(chǎn)品的質(zhì)面層開始的，這說明零件的表面質(zhì)量對產(chǎn)品的質(zhì)量有很大影響。量有很大影響。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控

2、制研究表面質(zhì)量的目的，就是要掌握機(jī)械加工中各研究表面質(zhì)量的目的，就是要掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便應(yīng)用這種工藝因素對表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過程，最終達(dá)到提高表面質(zhì)量、些規(guī)律控制加工過程，最終達(dá)到提高表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。提高產(chǎn)品使用性能的目的。一、加工表面質(zhì)量的概念一、加工表面質(zhì)量的概念加工表面質(zhì)量包含加工表面的幾何形貌和表面層加工表面質(zhì)量包含加工表面的幾何形貌和表面層材料的物理力學(xué)性能兩個方面的內(nèi)容。材料的物理力學(xué)性能兩個方面的內(nèi)容。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制1. 加工表面的幾何形貌加工表面的幾何形貌加工表

3、面的幾何形貌是由加工過程中的切削殘留加工表面的幾何形貌是由加工過程中的切削殘留面積、切削塑性變形和振動等因素的綜合作用在面積、切削塑性變形和振動等因素的綜合作用在工件表面上形成的表面結(jié)構(gòu)（圖工件表面上形成的表面結(jié)構(gòu)（圖4-52）。）。加工表面的幾何形貌（表面結(jié)構(gòu)）包括表面粗糙加工表面的幾何形貌（表面結(jié)構(gòu)）包括表面粗糙度、表面波紋度、表面紋理方向和表面缺陷等四度、表面波紋度、表面紋理方向和表面缺陷等四個方面內(nèi)容。個方面內(nèi)容。圖圖4-52 加工表面三維形貌圖加工表面三維形貌圖第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（1）表面粗糙度）表面粗糙度根據(jù)加工表面輪廓的特征（波長根據(jù)加工表面輪

4、廓的特征（波長L與波高與波高H的比的比值），可將表面輪廓分為以下三種（圖值），可將表面輪廓分為以下三種（圖4-53）。）。L/H50的微觀幾何輪廓，稱為微觀幾何形狀誤的微觀幾何輪廓，稱為微觀幾何形狀誤差，亦稱表面粗糙度。差，亦稱表面粗糙度。圖圖4-53 表面粗糙度、波紋度與宏觀幾何形狀誤差表面粗糙度、波紋度與宏觀幾何形狀誤差第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（2）表面波紋度）表面波紋度 加工表面上波長加工表面上波長L與波高與波高H的比值的比值L/H = 501000的幾何輪廓，稱為表面波紋度（簡稱波度）；的幾何輪廓，稱為表面波紋度（簡稱波度）； L/H1000的幾何輪廓稱為

5、宏觀幾何形狀誤差。的幾何輪廓稱為宏觀幾何形狀誤差。圖圖4-53 表面粗糙度、波紋度與宏觀幾何形狀誤差表面粗糙度、波紋度與宏觀幾何形狀誤差第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（3）表面紋理方向）表面紋理方向 表面紋理方向是指加工表面刀痕紋理的方向，它表面紋理方向是指加工表面刀痕紋理的方向，它取決于表面形成過程中所采用的加工方法。取決于表面形成過程中所采用的加工方法。（4）表面缺陷）表面缺陷加工表面上出現(xiàn)的砂眼、氣孔、裂痕等缺陷。加工表面上出現(xiàn)的砂眼、氣孔、裂痕等缺陷。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制2. 表面層材料的物理力學(xué)性能表面層材料的物理力學(xué)性能（1

6、）表面層的冷作硬化）表面層的冷作硬化機(jī)械加工過程中因切削力作用使表面層金屬產(chǎn)生機(jī)械加工過程中因切削力作用使表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，生剪切滑移，晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，這些都會使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，塑性這些都會使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高，塑性減小，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（強(qiáng)化）。減小，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（強(qiáng)化）。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（2）表面層殘余應(yīng)力）表面層殘余應(yīng)力機(jī)械加工過程中，由于切削變形和切削熱等因素機(jī)械加工過程中，由于切削

7、變形和切削熱等因素的作用在工件表面層材料中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，稱為的作用在工件表面層材料中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，稱為表面層殘余應(yīng)力。表面層殘余應(yīng)力。（3）表面層金相組織的變化）表面層金相組織的變化機(jī)械加工過程中，當(dāng)急劇升高的切削溫度超過工機(jī)械加工過程中，當(dāng)急劇升高的切削溫度超過工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時，其表面層就會件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時，其表面層就會發(fā)生金相組織變化。發(fā)生金相組織變化。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能的影響1. 表面質(zhì)量對耐磨性的影響表面質(zhì)量對耐磨性的影響零件的耐磨性與摩擦副的材料、熱

8、處理情況和潤零件的耐磨性與摩擦副的材料、熱處理情況和潤滑條件等有關(guān)，但在上述條件確定的情況下，起滑條件等有關(guān)，但在上述條件確定的情況下，起主導(dǎo)作用的就是摩擦副的表面質(zhì)量。主導(dǎo)作用的就是摩擦副的表面質(zhì)量。（1）表面粗糙度對耐磨性的影響）表面粗糙度對耐磨性的影響 表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般情表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。一般情況下，表面粗糙度值愈小，其耐磨性愈好。況下，表面粗糙度值愈小，其耐磨性愈好。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制在一定摩擦條件（摩擦速度及壓力、摩擦因數(shù)、在一定摩擦條件（摩擦速度及壓力、摩擦因數(shù)、附圖附圖 活塞銷最合適的表面粗糙度值活塞銷

9、最合適的表面粗糙度值 潤滑性質(zhì)等）下，潤滑性質(zhì)等）下，摩擦副接觸面的表摩擦副接觸面的表面粗糙度有一個最面粗糙度有一個最佳值。右圖為發(fā)動佳值。右圖為發(fā)動機(jī)活塞銷最合適的機(jī)活塞銷最合適的表面粗糙度值。表面粗糙度值。 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制表面粗糙度值太小，由于表面間接觸緊密，不易表面粗糙度值太小，由于表面間接觸緊密，不易形成潤滑油膜，而且兩接觸表面間的分子親和力形成潤滑油膜，而且兩接觸表面間的分子親和力增加，反而使磨損劇烈。增加，反而使磨損劇烈。摩擦副接觸面表面粗糙摩擦副接觸面表面粗糙度的最佳值還與機(jī)器零度的最佳值還與機(jī)器零件的工況（載荷大?。┘墓r（載荷大小）有

10、關(guān)。有關(guān)。 圖圖4-54 表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（2）表面冷作硬化對耐磨性的影響）表面冷作硬化對耐磨性的影響機(jī)械加工后的表面，由于冷作硬化使表面層金屬機(jī)械加工后的表面，由于冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，可降低磨損，故一般能提高其的顯微硬度提高，可降低磨損，故一般能提高其耐磨性。耐磨性。但是過度的冷作硬化將使加工表面金屬組織變得但是過度的冷作硬化將使加工表面金屬組織變得“疏松疏松”，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。耐磨性下降。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控

11、制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（3）表面紋理對耐磨性的影響）表面紋理對耐磨性的影響在輕載運(yùn)動副中，兩相對運(yùn)動零件表面的刀紋方在輕載運(yùn)動副中，兩相對運(yùn)動零件表面的刀紋方向均與運(yùn)動方向相同時，耐磨性好；兩者的刀紋向均與運(yùn)動方向相同時，耐磨性好；兩者的刀紋方向均與運(yùn)動方向垂直時，耐磨性差。方向均與運(yùn)動方向垂直時，耐磨性差。但在重載時，兩相對運(yùn)動零件表面的刀紋方向相但在重載時，兩相對運(yùn)動零件表面的刀紋方向相互垂直，且運(yùn)動方向平行于下表面的刀紋方向，互垂直，且運(yùn)動方向平行于下表面的刀紋方向，磨損量較小。磨損量較小。 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制2. 表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響表面質(zhì)量

12、對零件疲勞強(qiáng)度的影響 在交變載荷作用下，零件表面質(zhì)量對其疲勞強(qiáng)度在交變載荷作用下，零件表面質(zhì)量對其疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)疲勞裂紋，加速谷部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)疲勞裂紋，加速疲勞破壞。零件上容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的溝槽、圓疲勞破壞。零件上容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的溝槽、圓角等處的表面粗糙度，對疲勞強(qiáng)度的影響更大。角等處的表面粗糙度，對疲勞強(qiáng)度的影響更大。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制減小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲勞強(qiáng)減小零件的表面粗糙度，可以提高零件的疲勞強(qiáng)度。度。經(jīng)機(jī)械加工后

13、的零件表面都存在一定的冷作硬化經(jīng)機(jī)械加工后的零件表面都存在一定的冷作硬化現(xiàn)象，而表面冷作硬化一般伴有壓應(yīng)力產(chǎn)生，它現(xiàn)象，而表面冷作硬化一般伴有壓應(yīng)力產(chǎn)生，它可以阻礙表面疲勞裂紋的產(chǎn)生，緩和已有裂紋的可以阻礙表面疲勞裂紋的產(chǎn)生，緩和已有裂紋的擴(kuò)展，對提高疲勞強(qiáng)度有利；但冷作硬化強(qiáng)度過擴(kuò)展，對提高疲勞強(qiáng)度有利；但冷作硬化強(qiáng)度過高時，可能會產(chǎn)生較大的脆性裂紋反而降低疲勞高時，可能會產(chǎn)生較大的脆性裂紋反而降低疲勞強(qiáng)度。強(qiáng)度。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制3. 表面質(zhì)量對抗腐蝕性能的影響表面質(zhì)量對抗腐蝕性能的影響 零件在潮濕的空氣中或在腐蝕性介質(zhì)中工作時，零件在潮濕的空氣中或在腐

14、蝕性介質(zhì)中工作時，由于粗糙表面的凹谷容易聚集腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生由于粗糙表面的凹谷容易聚集腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生化學(xué)腐蝕，降低零件的抗腐蝕性。加工表面層的化學(xué)腐蝕，降低零件的抗腐蝕性。加工表面層的冷作硬化和殘余應(yīng)力，使表層材料處于高能位狀冷作硬化和殘余應(yīng)力，使表層材料處于高能位狀態(tài)，有促進(jìn)腐蝕的作用。態(tài)，有促進(jìn)腐蝕的作用。減小表面粗糙度、控制表面的加工硬化和殘余應(yīng)減小表面粗糙度、控制表面的加工硬化和殘余應(yīng)力，可以提高零件的抗腐蝕性能。力，可以提高零件的抗腐蝕性能。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制4. 表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響 對于間隙配合，零件表面越

15、粗糙，磨損越大，使對于間隙配合，零件表面越粗糙，磨損越大，使配合間隙增大，降低配合精度。配合間隙增大，降低配合精度。對于過盈配合，兩零件粗糙表面相配時凸峰被擠對于過盈配合，兩零件粗糙表面相配時凸峰被擠平，使有效過盈量減小，降低配合件間的連接強(qiáng)平，使有效過盈量減小，降低配合件間的連接強(qiáng)度。度。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制三、加工表面的表面粗糙度三、加工表面的表面粗糙度刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。映。圖圖4-55 車削時工件表面的

16、殘留面積車削時工件表面的殘留面積第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制對于車削，加工表面的表面粗糙度值主要取決于對于車削，加工表面的表面粗糙度值主要取決于切削殘留面積的高度。切削殘留面積的高度。當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑 時，時，則：則：rrfH cotcot 圖圖4-55 車削時工件表面的殘留面積車削時工件表面的殘留面積(4-36)rrHHf cotcot0 r第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制對于刀尖圓弧對于刀尖圓弧半徑半徑 的的刀具，則刀具，則28rfH rrr 由上述公式可知，減小由上述公式可知，減小 f 、 、 及增大及增大 ，均，均可減小殘留面

17、積的高度可減小殘留面積的高度H值。值。圖圖4-55 車削時工件表面的殘留面積車削時工件表面的殘留面積(4-37)0 r第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制切削加工表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀，一般都與切削加工表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀，一般都與純幾何因素形成的理論輪廓有較大的差別，這是純幾何因素形成的理論輪廓有較大的差別，這是由于切削加工中有塑性變形發(fā)生的緣故。由于切削加工中有塑性變形發(fā)生的緣故。對塑性材料，由于刀具對金屬擠壓產(chǎn)生了塑性變對塑性材料，由于刀具對金屬擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具對切屑與工件分離的撕裂作用，使形，加之刀具對切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工

18、件材料韌性愈好，金屬塑表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。性變形愈大，加工表面就愈粗糙。 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制對中、低碳鋼材料的工件，在加工或精加工前常對中、低碳鋼材料的工件，在加工或精加工前常對其作調(diào)質(zhì)或正火處理，使之改善切削性能，減對其作調(diào)質(zhì)或正火處理，使之改善切削性能，減小表面粗糙度。小表面粗糙度。另外，可適當(dāng)增大刀具前角，合另外，可適當(dāng)增大刀具前角，合理選擇冷卻潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量，也是減理選擇冷卻潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量，也是減小表面粗糙度值的有效措施。小表面粗糙度值的有效措施。對脆性材料，由于切屑的崩碎而在加

19、工表面上留對脆性材料，由于切屑的崩碎而在加工表面上留下了許多坑點(diǎn)，使表面粗糙不平。下了許多坑點(diǎn)，使表面粗糙不平。 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制切削速度和進(jìn)給量對表面粗糙度影響很大，切削切削速度和進(jìn)給量對表面粗糙度影響很大，切削速度應(yīng)避開易形成積屑瘤的速度區(qū)域；進(jìn)給量也速度應(yīng)避開易形成積屑瘤的速度區(qū)域；進(jìn)給量也不應(yīng)過大。不應(yīng)過大。圖圖4-56 切削速度對表面粗糙度的影響切削速度對表面粗糙度的影響 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制背吃刀量不易過小，否則會使刀具在加工表面上背吃刀量不易過小，否則會使刀具在加工表面上擠壓和打滑，形成附加的塑性變形。擠壓和

20、打滑，形成附加的塑性變形。可以采取適當(dāng)增大刀具的前角，降低刀具的前刀可以采取適當(dāng)增大刀具的前角，降低刀具的前刀面和后刀面的表面粗糙度，增大刀具的后角，合面和后刀面的表面粗糙度，增大刀具的后角，合理選擇切削液等各項(xiàng)措施，均有利于減小加工表理選擇切削液等各項(xiàng)措施，均有利于減小加工表面的表面粗糙度值。面的表面粗糙度值。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制磨削加工表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇龅臒o磨削加工表面是由砂輪上大量的磨粒刻劃出的無數(shù)條極細(xì)的溝槽形成的。每單位面積上的刻痕愈數(shù)條極細(xì)的溝槽形成的。每單位面積上的刻痕愈多，以及刻痕的等高性愈好，粗糙度值就愈低。多，以及刻痕的等高性愈

21、好，粗糙度值就愈低。磨削加工表面粗糙度的形成是由幾何因素和表面磨削加工表面粗糙度的形成是由幾何因素和表面層材料的塑性變形決定的，但起主要作用的可能層材料的塑性變形決定的，但起主要作用的可能是某一類因素或某一個別因素決定的。是某一類因素或某一個別因素決定的。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制四、加工表面的物理力學(xué)性能四、加工表面的物理力學(xué)性能（一）表面層材料的冷作硬化（一）表面層材料的冷作硬化1. 冷作硬化及其評定參數(shù)冷作硬化及其評定參數(shù) 經(jīng)切削（或磨削）加工過的表面，其硬度往往比經(jīng)切削（或磨削）加工過的表面，其硬度往往比基體的硬度高出基體的硬度高出1 2倍，硬化層深度可達(dá)幾

22、十或倍，硬化層深度可達(dá)幾十或幾百微米。幾百微米。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制冷作硬化的程度取決于塑性變形的程度。冷作硬化的程度取決于塑性變形的程度。被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定要一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、熱作用時間弱化作用的大小取決于溫度的高低、熱作用時間的長短和表層金屬強(qiáng)化程度的大小。的長短和表層金屬強(qiáng)化程度的大小。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其

23、控制由于在加工過程中表層金屬同時受到變形和熱的由于在加工過程中表層金屬同時受到變形和熱的作用，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和作用，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。弱化綜合作用的結(jié)果。 評定冷作硬化的指標(biāo)是：表層金屬的顯微硬度評定冷作硬化的指標(biāo)是：表層金屬的顯微硬度HV，硬化層深度，硬化層深度 h 和硬化程度和硬化程度 N。硬化程度硬化程度 N =（HVHV0）/HV0100%，式中式中HV0為工件內(nèi)部金屬的顯微硬度。為工件內(nèi)部金屬的顯微硬度。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制2. 影響冷作硬化的因素影響冷作硬化的因素表面層的冷作硬化程度決定于產(chǎn)

24、生塑性變形的力、表面層的冷作硬化程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度以及變形時的溫度。變形速度以及變形時的溫度。力愈大，硬化程度愈大。變形速度愈大，塑性變力愈大，硬化程度愈大。變形速度愈大，塑性變形愈不充分，硬化程度也就減小。變形時的溫度，形愈不充分，硬化程度也就減小。變形時的溫度，不僅影響塑性變形程度，還能部分地消除冷作硬不僅影響塑性變形程度，還能部分地消除冷作硬化。化。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（1）刀具的影響）刀具的影響增大切削刃的鈍圓半徑、減小刀具的前角以及刀增大切削刃的鈍圓半徑、減小刀具的前角以及刀具后刀面磨損增大，都會使加工表面層塑性變形具后刀面磨損增大

25、，都會使加工表面層塑性變形增加，切削力增大，冷作硬化程度和硬化層深度增加，切削力增大，冷作硬化程度和硬化層深度都將增加。都將增加。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（2）切削用量的影響）切削用量的影響切削速度增大時，刀具對工件的作用時間縮短，切削速度增大時，刀具對工件的作用時間縮短，塑性變形不充分，隨著切削速度的增大和切削溫塑性變形不充分，隨著切削速度的增大和切削溫度的升高，冷作硬化程度將會減小。度的升高，冷作硬化程度將會減小。背吃刀量和進(jìn)給量增大，塑性變形加劇，冷作硬背吃刀量和進(jìn)給量增大，塑性變形加劇，冷作硬化加強(qiáng)?；訌?qiáng)。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及

26、其控制（3）加工材料的影響）加工材料的影響工件材料的硬度愈低、塑性愈大，其冷硬現(xiàn)象愈工件材料的硬度愈低、塑性愈大，其冷硬現(xiàn)象愈嚴(yán)重。碳鋼中含碳量愈大，強(qiáng)度愈高，塑性愈小，嚴(yán)重。碳鋼中含碳量愈大，強(qiáng)度愈高，塑性愈小，冷硬程度愈小。冷硬程度愈小。有色金屬雖塑性大，但熔點(diǎn)低，易弱化，冷硬程有色金屬雖塑性大，但熔點(diǎn)低，易弱化，冷硬程度就比鋼要小得多。銅件比鋼件小度就比鋼要小得多。銅件比鋼件小30%，鋁件比，鋁件比銅件小銅件小75%左右。左右。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（二）表面層材料金相組織變化（二）表面層材料金相組織變化1. 磨削燒傷磨削燒傷在磨削加工時，由于所消耗的能量

27、絕大部分要轉(zhuǎn)在磨削加工時，由于所消耗的能量絕大部分要轉(zhuǎn)化為熱，傳給被磨工件表面，當(dāng)溫度達(dá)到相變溫化為熱，傳給被磨工件表面，當(dāng)溫度達(dá)到相變溫度以上時，表層金屬將發(fā)生金相組織的變化，并度以上時，表層金屬將發(fā)生金相組織的變化，并伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，同時伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，同時出現(xiàn)彩色出現(xiàn)彩色 （黃、褐、紫、青）氧化膜，這種現(xiàn)象（黃、褐、紫、青）氧化膜，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。稱為磨削燒傷。 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制在磨削淬火鋼時，可能會出現(xiàn)以下三種不同類型在磨削淬火鋼時，可能會出現(xiàn)以下三種不同類型的燒傷：的燒傷：（1）回火燒傷）回火燒傷

28、磨削區(qū)溫度未達(dá)到相變溫度（碳鋼為磨削區(qū)溫度未達(dá)到相變溫度（碳鋼為 7230C ），），但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表面層金屬的但已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表面層金屬的原回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織原回火馬氏體組織將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或托氏體）。（索氏體或托氏體）。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（2）淬火燒傷）淬火燒傷磨削區(qū)溫度超過相變溫度，再加上冷卻液的急冷磨削區(qū)溫度超過相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其作用，使表層金屬出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，其硬度比原回火馬氏體的高，但其厚度只有幾微米，硬度比原回火馬氏

29、體的高，但其厚度只有幾微米，在其下層因冷卻速度緩慢而形成比原來回火馬氏在其下層因冷卻速度緩慢而形成比原來回火馬氏體硬度低的回火組織（索氏體或托氏體）。體硬度低的回火組織（索氏體或托氏體）。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（3）退火燒傷）退火燒傷磨削區(qū)溫度雖超過相變溫度，但因磨削中無冷卻磨削區(qū)溫度雖超過相變溫度，但因磨削中無冷卻液，工件冷卻速度緩慢而使表層金屬形成退火組液，工件冷卻速度緩慢而使表層金屬形成退火組織，致使表層金屬硬度急劇下降?？?，致使表層金屬硬度急劇下降。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制2. 改善磨削燒傷的途徑改善磨削燒傷的途徑磨削燒傷嚴(yán)

30、重影響零件的使用性能，必須采取措磨削燒傷嚴(yán)重影響零件的使用性能，必須采取措施加以控制。施加以控制。磨削燒傷的主要原因是磨削溫度過高，根源是磨磨削燒傷的主要原因是磨削溫度過高，根源是磨削熱?？刂颇ハ鳠齻袃蓚€途徑：一是盡可能減削熱?？刂颇ハ鳠齻袃蓚€途徑：一是盡可能減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量減少少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量減少傳入工件的熱量。傳入工件的熱量。 第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制采用硬度稍軟的砂輪，適當(dāng)減小磨削深度和磨削采用硬度稍軟的砂輪，適當(dāng)減小磨削深度和磨削 速度，適當(dāng)增加工件的回速度，適當(dāng)增加工件的回轉(zhuǎn)速度和軸向進(jìn)給量，采轉(zhuǎn)速度和軸

31、向進(jìn)給量，采用高效冷卻方式，如高壓用高效冷卻方式，如高壓大流量冷卻、噴霧冷卻、大流量冷卻、噴霧冷卻、內(nèi)冷卻（圖內(nèi)冷卻（圖4-57）等措施，）等措施，都可以降低磨削區(qū)溫度，都可以降低磨削區(qū)溫度，防止磨削燒傷。防止磨削燒傷。 圖圖4-57 內(nèi)冷卻裝置內(nèi)冷卻裝置第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（三）表面層殘余應(yīng)力（三）表面層殘余應(yīng)力1. 加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）表層材料比體積增大）表層材料比體積增大(冷塑性變形的影響冷塑性變形的影響)在切削力的作用下，加工表面受到切削刃鈍圓部在切削力的作用下，加工表面受到切削刃鈍圓部分與后刀面的擠壓與摩擦，產(chǎn)生

32、了強(qiáng)烈的塑性變分與后刀面的擠壓與摩擦，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的塑性變形，表層金屬體積發(fā)生膨脹，但受到與其相連的形，表層金屬體積發(fā)生膨脹，但受到與其相連的里層基體材料的限制，故表層材料產(chǎn)生殘余壓應(yīng)里層基體材料的限制，故表層材料產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層材料則產(chǎn)生與之相平衡的殘余拉應(yīng)力。力，里層材料則產(chǎn)生與之相平衡的殘余拉應(yīng)力。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（2）切削熱的影響（熱塑性變形的影響）切削熱的影響（熱塑性變形的影響）切削中在切削區(qū)產(chǎn)生大量切削熱的影響，表面層切削中在切削區(qū)產(chǎn)生大量切削熱的影響，表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 圖圖4-5

33、8 表面層金屬產(chǎn)生拉伸應(yīng)力分析圖表面層金屬產(chǎn)生拉伸應(yīng)力分析圖金屬具有高金屬具有高塑性的溫度塑性的溫度金屬熔化金屬熔化時的溫度時的溫度室溫室溫第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制（3）金相組織變化的影響）金相組織變化的影響切削時的高溫會使表面層的金相組織發(fā)生變化。切削時的高溫會使表面層的金相組織發(fā)生變化。不同的金相組織有不同的密度。表面層金屬金相不同的金相組織有不同的密度。表面層金屬金相組織變化引起的體積變化，必然受到與之相連的組織變化引起的體積變化，必然受到與之相連的基體金屬的阻礙，因此就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。當(dāng)表基體金屬的阻礙，因此就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。當(dāng)表面層金屬體積膨脹時，表層金

34、屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，面層金屬體積膨脹時，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；反之，表層金屬產(chǎn)生里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；反之，表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。殘余拉應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制實(shí)際機(jī)械加工后的表面層殘余應(yīng)力是上述三方面實(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。在一定條件下，原因產(chǎn)生殘余應(yīng)力的綜合結(jié)果。在一定條件下，其中某一種或兩種原因可能起主導(dǎo)作用。其中某一種或兩種原因可能起主導(dǎo)作用。表表4 -10列出了各種加工方法在工件表面上產(chǎn)生殘列出了各種加工方法在工件表面上產(chǎn)生殘余

35、應(yīng)力的情況。余應(yīng)力的情況。第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制 加工方法加工方法 殘余應(yīng)力的符號殘余應(yīng)力的符號 殘余應(yīng)力值殘余應(yīng)力值/MPa車車 削削一般情況下，表面受拉，里層受壓；一般情況下，表面受拉，里層受壓；v500m /min時，表面受壓，里層受拉時，表面受壓，里層受拉200800，刀具磨損后可達(dá)，刀具磨損后可達(dá)1000磨磨 削削一般情況下，表面受壓，里層受拉一般情況下，表面受壓，里層受拉2001000銑銑 削削同車削同車削6001500碳鋼淬硬碳鋼淬硬表面受壓，里層受拉表面受壓，里層受拉400750鋼珠滾壓鋼件鋼珠滾壓鋼件表面受壓，里層受拉表面受壓，里層受拉700800噴丸強(qiáng)化鋼件噴丸強(qiáng)化鋼件表面受壓，里層受拉表面受壓，里層受拉10001200滲碳淬火滲碳淬火表面受壓，里層受拉表面受壓，里層受拉10001100鍍鍍 鉻鉻表面受壓，里層受拉表面受壓，里層受拉400鍍鍍 銅銅表面受壓，里層受拉表面受壓，里層受拉200表表4-10 各種加工方法在工件表面上殘留的內(nèi)應(yīng)力各種加工方法在工件表面上殘留的內(nèi)應(yīng)力第第四四章章 機(jī)械加工質(zhì)量及其控制機(jī)械加工質(zhì)量及其控制2. 零件主要工作表面最終加工工序加工方法的選零件主要工作表面最終加工工序加工方法的選擇擇 零件主要工作表面的最終工序在該工作表面上留零件主要工作表面的最終工序在該