機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件

第三章表面質(zhì)量第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念第二節(jié)影響表面粗糙度的因素第三節(jié)影響表面物理機(jī)械性能的因素第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)第五節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑第三章表面質(zhì)量第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念1第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念一、概述

機(jī)械加工方法所獲得的零件表面，實(shí)際上都不是理想的光滑表面。隨著加工方法和加工條件的不同，表面上總是殘留下不同程度的粗糙度、表面層殘余應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）、表面層冷作硬化以及表面層金相組織的變化等缺陷。產(chǎn)品的工作性能，尤其是可靠性、耐久性等在很大程度上取決于零件的表面質(zhì)量。機(jī)器的損壞除少數(shù)屬設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用不當(dāng)外，大多數(shù)是由于磨損、腐蝕和疲勞所致。第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念一、概述2零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)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(yīng)力表面層金相組織的變化表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀31．表面粗糙度與波度L/H＞1000稱為宏觀幾何形狀誤差；L/H=50～1000，稱為波紋度；L/H＜50，稱為微觀幾何形狀誤差，亦稱表面粗糙度。一、概述（1）表面粗糙度：表面的微觀幾何形狀誤差；（2）波度：介于宏觀幾何形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。1．表面粗糙度與波度L/H＞1000稱為宏觀幾何形狀誤差；一4Ra--在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

Rz--在取樣長(zhǎng)度內(nèi)5個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與5個(gè)最大的輪廓谷深的平均值之和。

Ry--在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。

Ra--在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

52．表面層材料的物理力學(xué)性能

(1)表面層的冷作硬化機(jī)械加工過(guò)程中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度增加，塑性減小，統(tǒng)稱為冷作硬化。

(2)表面層殘余應(yīng)力機(jī)械加工過(guò)程中由于切削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，稱為表面層殘余應(yīng)力。

(3)表面層金相組織變化機(jī)械加工過(guò)程中，在工件的加工區(qū)域，溫度會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度升高到超過(guò)工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生金相組織變化。一、概述2．表面層材料的物理力學(xué)性能一、概述6表面完整性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的使用性能要求越來(lái)越高，一些重要零件需在高溫、高壓、高速的條件下工作，表面層的任何缺陷直接影響零件的工作性能，因此在研究表面質(zhì)量的領(lǐng)域中提出了“表面完整性”的概念，主要有：表面完整性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的使7二、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2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響3、表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響4、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響5、其他影響二、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8二、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（1）零件磨損的形成：零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互接觸的凸峰處就會(huì)產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象，產(chǎn)生了表面的磨損。（2）影響零件耐磨性的因素主要有：摩擦副的材料、潤(rùn)滑條件、零件的表面質(zhì)量（3）零件的磨損過(guò)程分為：圖3-2初期磨損正常磨損急劇磨損實(shí)際接觸面積只占名義接觸面積的一小部分，實(shí)際接觸部分的壓強(qiáng)增大，破壞了潤(rùn)滑油膜而形成局部的干摩擦，使其擠裂、破碎、切斷等作用增強(qiáng)，磨損增大。磨損緩慢，零件的正常工作階段緊密接觸的兩個(gè)表面金屬分子間產(chǎn)生較大的親和力，超過(guò)了潤(rùn)滑油膜存在的臨界值，造成潤(rùn)滑條件惡化，磨損加劇。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9圖3-2磨損過(guò)程的基本規(guī)律圖圖3-2磨損過(guò)程的基本規(guī)律圖10（4）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙度A、與初期磨損量有一最佳值B、表面粗糙度的輪廓形狀及加工紋路方向影響實(shí)際接觸面積與潤(rùn)滑油的存留情況而影響耐磨性表面層的冷作硬化可減少摩擦副接觸部分的彈性和塑性變形，減小磨損；當(dāng)硬化過(guò)度時(shí)，磨損會(huì)加劇，表面甚至?xí)a(chǎn)生脫落現(xiàn)象。表面層金相組織的變化改變了基體材料的原有硬度，也會(huì)直接影響零件的耐磨性（4）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙度A、與初期磨損量有11機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件12機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件13（1）表面粗糙度在交變載荷作用下，零件表面的粗糙度、劃痕和裂紋等缺陷容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生和發(fā)展成疲勞裂紋，造成疲勞破壞。試驗(yàn)表明：承受交變載荷的零件，減小表面粗糙度可提高疲勞強(qiáng)度30-40%；加工紋路對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響更大，若刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度降低。材料晶粒越細(xì)，質(zhì)地越致密，應(yīng)力集中越明顯，表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度影響也越嚴(yán)重。一般而言，鋼件對(duì)應(yīng)力集中敏感程度大，鑄鐵件則相反。2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響14（2）表面層的殘余應(yīng)力表層的殘余壓應(yīng)力能部分抵消工件載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，故可提高疲勞強(qiáng)度；反之拉應(yīng)力加劇疲勞裂紋產(chǎn)生，降低疲勞強(qiáng)度。（3）表面層的冷作硬化冷作硬化層能阻止已有裂紋的擴(kuò)展和防止新的裂紋產(chǎn)生，故可提高疲勞強(qiáng)度。但若過(guò)硬，則使表層過(guò)脆，易產(chǎn)生裂紋降低疲勞強(qiáng)度。2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（2）表面層的殘余應(yīng)力2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響153、表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)間隙配合的零件表面影響若表面粗糙度過(guò)大，初期磨損量就大，配合間隙增大，甚至改變?cè)械呐浜闲再|(zhì)，特別是對(duì)于尺寸小、精度要求高的零件。（2）表面粗糙度對(duì)過(guò)盈配合的零件表面影響若表面粗糙度過(guò)大，裝配時(shí)配合表面的凸峰受擠壓，使實(shí)際過(guò)盈量比預(yù)定的小，影響配合的可靠性。（3）表面的殘余應(yīng)力對(duì)零件配合精度的影響

殘余應(yīng)力經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)引起工件變形，影響工件的尺寸和形狀精度，勢(shì)必影響配合零件的配合性質(zhì)。（4）表面的加工硬化對(duì)零件配合精度的影響若硬化嚴(yán)重，將可能造成表層金屬與內(nèi)部金屬脫離，破壞配合的性質(zhì)和精度。3、表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)間隙配合的164、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

零件在潮濕空氣或腐蝕性的介質(zhì)中工作時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕由于在粗糙表面的凹谷處容易集聚腐蝕性的介質(zhì)所造成。電化學(xué)腐蝕由于兩種不同金屬材料接觸時(shí)，在表面微小凸峰間會(huì)產(chǎn)生微電離作用，造成零件腐蝕。

由此可見(jiàn)：（1）提高零件的表面粗糙度可以提高零件的耐腐蝕性能；（2）表面層的殘余壓應(yīng)力有利于阻礙表面裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高零件的抗腐蝕能力，反之拉應(yīng)力降低耐腐蝕性；（3）一定程度的硬化，可減小裂紋，有利于提高耐腐蝕性。4、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響零件在潮濕空175、其他影響對(duì)密封性的影響一般而言，減小表面粗糙度，可提高零、部件的密封性能；對(duì)接觸剛度的影響減小表面粗糙度，提高零部件的接觸剛度。對(duì)抗沖擊性的影響工件表面層的冷作硬化可降低其抗沖擊的能力。5、其他影響對(duì)密封性的影響一般而言，減小表面粗糙度，可18金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生氧化作用而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕；金屬和電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，由于微電池和大電池作用而發(fā)生的腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕時(shí)沒(méi)有電流產(chǎn)生，電化學(xué)腐蝕時(shí)，介質(zhì)與金屬的作用的總反應(yīng)分成兩個(gè)在相當(dāng)程度上獨(dú)立地進(jìn)行的過(guò)程（陽(yáng)極過(guò)程與陰極過(guò)程）。在大多數(shù)實(shí)際情況下，電化學(xué)腐蝕常常以陽(yáng)極和陰極過(guò)程在不同地區(qū)局部地進(jìn)行為特征。主要的鋼鐵的腐蝕是電化學(xué)腐蝕

鋼鐵在潮濕空氣里，其表面因吸附作用而覆蓋一層極薄的水膜、水微弱電離產(chǎn)生少量H+和OH-，同時(shí)由于空氣中CO2的溶解，水里H+增多;這樣表面就形成了一層電解質(zhì)溶液薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和雜質(zhì)或碳就形成了無(wú)數(shù)微小原電池

金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生氧化作用而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕；19表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度1.對(duì)耐磨性影響表面粗糙度值↓→耐疲勞性↑適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面壓應(yīng)力有利于提高耐疲勞性表面粗糙度值↓→耐蝕性↑表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值↑→配合質(zhì)量↓2.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響3.對(duì)零件抗耐蝕性能的影響4.對(duì)零件配合性質(zhì)的影響紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當(dāng)硬化可提高耐磨性小結(jié)表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度1.對(duì)耐磨性影響表面20第二節(jié)影響表面粗糙度的因素一、切削加工中影響表面粗糙度的因素1、刀具的幾何形狀

（1）殘留面積的概念圖3-5殘留面積越大，已加工表面越粗糙。殘留面積形狀完全取決于刀具的幾何形狀。尖刀切削時(shí):帶圓角半徑的刀切削時(shí):（2）改善可通過(guò)減小刀具的主偏角、副偏角及增大刀尖的圓弧半徑來(lái)減小殘余面積。第二節(jié)影響表面粗糙度的因素一、切削加工中影響表面粗糙度的因21機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件222、工件材料的性質(zhì)材料對(duì)粗糙度的影響采取措施脆性材料工件抗拉強(qiáng)度低，切屑成碎粒狀。加工時(shí)，因切屑的崩碎而留下麻點(diǎn)，工件表面粗糙?？赏ㄟ^(guò)降低切削用量和使用煤油切削液減輕崩碎，減小表面粗糙度。塑性材料切削時(shí)，刀具前刀面對(duì)切屑的擠壓作用，迫使切屑與工件分離，產(chǎn)生撕裂，增大了表面粗糙度。塑性越好，切屑與工件越不易分離，加工愈粗糙。可通過(guò)熱處理減小表面粗糙度。如對(duì)于中碳鋼和低碳鋼材料，可在加工前進(jìn)行調(diào)制或正火處理。2、工件材料的性質(zhì)材料對(duì)粗糙度的影響采取措施脆性材料工件抗拉233、切削用量（1）切削速度v

如圖示，一般情況，v越大，加工表面塑性變形越小，粗糙度越小。但對(duì)塑性材料，中低速易產(chǎn)生積屑瘤或鱗刺，粗糙度變大。例如：鉸孔時(shí)，用手動(dòng)鉸刀或高速機(jī)動(dòng)鉸削。（2）背吃刀量

一般情況，切深對(duì)表面粗糙度無(wú)影響。但背吃刀量過(guò)小，工件將在刀尖圓弧下擠壓過(guò)去，刀刃易打轉(zhuǎn)，形成附加的塑性變形，使表面粗糙。例如：精加工時(shí)，切深過(guò)小，表面粗糙度反而變大。3、切削用量（1）切削速度v24加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響25（3）進(jìn)給量減小進(jìn)給量可減小殘留面積的高度，可減小表面粗糙度。（4）切削液切削液能減小切屑、工件與刀具間的摩擦，降低切削溫度，減小切削中的塑性變形，并抑制積屑瘤或鱗刺，故可減小表面粗糙度。若在切削液中加入硫、磷、氯等效果更加。（5）工藝系統(tǒng)中的振動(dòng)振動(dòng)引起工件與刀具之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，致使表面粗糙度變大。3、切削用量（3）進(jìn)給量3、切削用量26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殘留面積↓→Ra↓前角↑→Ra↓主偏角和副偏角↑→Ra↓刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)打滑，劃傷已加工表面材料塑性↑→Ra↑常用正火、調(diào)質(zhì)處理脆性材料↑→Ra↑，刀具材料強(qiáng)度↑→Ra↓刃磨質(zhì)量↑→Ra↓冷卻、潤(rùn)滑↑→Ra↓影響切削加工表面粗糙度的因素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27二、磨削加工中影響表面粗糙度的因素1、磨削加工與切削的不同點(diǎn)

（1）幾何因素

砂輪的磨削刃形狀與分布很不均勻、不規(guī)則，且隨著工作表面的修正和磨粒磨耗不斷改變，工件的加工表面是砂輪微刃切削刻劃出無(wú)數(shù)溝槽形成的。單位面積上刻痕越多，深度越均勻，表面粗糙度越小。磨粒大多為負(fù)前角，單位切削力大，溫度高。（2）物理因素

工作時(shí)，磨削過(guò)程常分為：滑擦、刻劃和切削三個(gè)階段。大多磨粒在加工表面只是擠壓而過(guò)，并未切削，多次擠壓反復(fù)出現(xiàn)塑性變形。同時(shí)，磨削熱也加劇塑性變形，致使表面粗糙度變大。(3)砂輪的磨削速度高

常引起被磨表面燒傷、工件變形和產(chǎn)生裂紋；徑向切削力大，引起工藝系統(tǒng)彈性變形和振動(dòng)。二、磨削加工中影響表面粗糙度的因素1、磨削加工與切削的不同點(diǎn)282、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素如下磨削用量的影響（1）砂輪速度

速度越大，單位時(shí)間通過(guò)磨削區(qū)的磨粒數(shù)和單位體積上的磨削次數(shù)越大，有利于減小表面粗糙度。同時(shí)，磨削表面的塑性變形也來(lái)不及傳播，材料也來(lái)不及變形，表面粗糙度越小。

（2）磨削深度深度越小，工件塑性變形越小，表面粗糙度越小。

（3）工件速度工件速度越低，每一刃口切削厚度越小，塑性變形越小，表面粗糙度越小。但速度過(guò)低，工件與砂輪接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)有燒傷的可能。（4）光磨次數(shù)

通常磨削時(shí)，開(kāi)始用較大切深提高生產(chǎn)率，最后用小切深或無(wú)進(jìn)給磨削（光磨），提高表面粗糙度。2、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素如下29其他影響（1）砂輪硬度和工件材料

良好的“自勵(lì)性”即磨粒磨鈍后能及時(shí)脫落，露出新的磨粒，能磨出光滑的表面，且能防止磨削燒傷。工件材料韌性越好，塑性變形越大，則表面粗糙度越大。（2）砂輪材料

可分為氧化物、碳化物和高硬磨料。一般剛類零件用剛玉砂輪磨削，鑄鐵、硬質(zhì)合金用碳化物砂輪磨削，金剛石砂輪可獲得極小的表面粗糙度，但成本較高。（3）冷卻潤(rùn)滑液

能減小磨削熱，減小塑性變形，防止磨削燒傷，減小表面粗糙度。（4）砂輪的粒度

粒度越細(xì)，單位面積磨粒越多，加工表面刻痕越密，表面粗糙度越小。（5）砂輪的修整修整的導(dǎo)程和切深越小，修出的砂輪越光滑，磨削刃等高性越好，表面粗糙度就越小。2、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素其他影響2、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素30影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓

金剛石筆鋒利↑，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量↓→Ra↓磨粒等高性↑→Ra↓硬度↑→鈍化磨粒脫落↓→Ra↑硬度↓→磨粒脫落↑→Ra↑硬度合適、自勵(lì)性好↑→Ra↓太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差↑→Ra↓影響磨削加工表面粗糙度的因素砂輪粒度工件材料性質(zhì)砂輪修正磨削用量砂輪硬度砂輪V↑→Ra↓工件V↑→塑變↑→Ra↑粗磨ap↑→生產(chǎn)率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓金剛石筆鋒利↑，31第三節(jié)影響表面物理力學(xué)性能的因素機(jī)械加工中，工件由于受切削力、切削熱的作用，其表面層的物理力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生很大的變化，造成與基體材料的性能的差異，這些差異主要表現(xiàn)為表面層的金相組織和顯微鏡硬度的變化和表面層中出現(xiàn)的殘余應(yīng)力。第三節(jié)影響表面物理力學(xué)性能的因素機(jī)械32一、加工表面的冷作硬化1、定義加工表面的冷作硬化是由于切削力的作用而產(chǎn)生塑性變形，加工表面層晶格間剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲、拉長(zhǎng)、纖維化及破碎，引起表面層的強(qiáng)度和硬度都得到提高的一種現(xiàn)象。2、表達(dá)方式其中N—硬化程度H—表面層的顯微硬度h—冷硬層深度距表面深度h顯微硬度H0H一、加工表面的冷作硬化1、定義距表面深度h顯微硬度0H333、表面層冷作硬化的取決因素

產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時(shí)的溫度（1）切削力越大，塑性變形越大，硬化程度越大；（2）變形速度快，塑性變形不充分，硬化程度小；（3）變形時(shí)的溫度不僅影響塑性變形程度，還會(huì)影響變形后金相組織的恢復(fù)。3、表面層冷作硬化的取決因素344、影響表面層冷作硬化的主要因素（１）刀具減小前角、增大刃口圓角和后刀面的磨損量，冷硬層的深度和硬度都會(huì)增大。（2）切削用量影響較大的因素是切削速度和進(jìn)給量。當(dāng)切削速度大時(shí)刀具與工件的接觸時(shí)間短，擠壓時(shí)間短，塑性變形小，同時(shí)切削速度使溫度升高有助于冷硬的恢復(fù)，硬化程度也?。贿M(jìn)給量增大時(shí)，切削力增大，塑性變形增大，硬化現(xiàn)象增大。（3）工件材料硬度越小，塑性越大，切削后的硬化現(xiàn)象就越嚴(yán)重。4、影響表面層冷作硬化的主要因素35機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件36小結(jié)

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量VB↑→表層金屬的塑變加劇→冷硬↑⑵切削用量的影響切削速度v↑→塑變↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑變↑→冷硬↑⑶工件材料性能的影響

材料塑性↑→冷硬↑小結(jié)

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量37二、加工表面的金相組織變化

1、磨削燒傷現(xiàn)象

切削加工時(shí)，加工所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使工件表面溫度升高。對(duì)一般切削加工，切削熱大部分被切屑帶走，加工表面溫度較低，影響不嚴(yán)重。但對(duì)于磨削加工，切削區(qū)的溫度可達(dá)1000°C，約70%以上的熱量傳給工件，使工件表面層金相組織發(fā)生變化。此時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生極大的表面殘余拉應(yīng)力，甚至裂紋，這就是磨削燒傷現(xiàn)象。2、燒傷色

工件表面會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)高溫條件下的不同顏色（黃、褐、紫、青）的氧化膜，即燒傷色。不同的燒傷色可以表明工件表面層受到了不同溫度和不同燒傷程度的影響。二、加工表面的金相組織變化38回火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼250～300℃),而未超過(guò)相變臨界溫度(碳鋼約為720℃),馬氏體變成索氏體或屈氏體。淬火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)相變溫度,又有冷卻液作用,表面最外層出現(xiàn)二次淬火馬氏體(硬度更高),次表層為回火組織。退火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)相變溫度,無(wú)冷卻液作用，干磨時(shí)很容易出現(xiàn)。

三種燒傷中，退火燒傷最嚴(yán)重。二、加工表面的金相組織變化回火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼250～300393、減小表面層燒傷的具體措施影響磨削燒傷的主要因素是磨削區(qū)的溫度，因此可通過(guò)降低表面層的溫度減輕表面層的燒傷。具體措施如下：（1）合理選擇砂輪針對(duì)不同材料選擇不同材料的砂輪，一般選擇粒度小、自勵(lì)性強(qiáng)的砂輪。（2）增大磨削刃間距可使工件與砂輪間斷接觸，減小熱損傷程度。如圖3-12，利用開(kāi)槽砂輪，不僅可使零件表面無(wú)損傷，還可提高砂輪的耐用度十倍以上。（3）正確選擇磨削用量降低砂輪速度、減小磨削切深、增大工件縱向進(jìn)給量。但降低砂輪速度影響生產(chǎn)率，可通過(guò)提高砂輪速度的同時(shí)，提高工件的速度。如圖3-13所示。（4）提高冷卻效果1）使用內(nèi)冷卻砂輪，如圖3-14；2)采用高壓大流量冷卻；3）加裝空氣擋板，如圖3-15。3、減小表面層燒傷的具體措施40圖開(kāi)槽砂輪

a）槽均勻分布b）槽均勻分布

圖開(kāi)槽砂輪41機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件42圖內(nèi)冷卻裝置1－錐形蓋2－通道孔3－砂輪中心孔4－有徑向小孔的薄壁套圖內(nèi)冷卻裝置43三、加工表面的殘余應(yīng)力其產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面：1、冷塑性變形的影響

切削力作用下，已加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，表面體積發(fā)生變化，此時(shí)基體仍處于彈性變形狀態(tài)。當(dāng)切削力去除后，基體金屬趨于復(fù)原，但已產(chǎn)生塑性變形的表層恢復(fù)不到原狀，在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。2、熱塑性變形的影響切削加工中，表面層溫度較高，產(chǎn)生熱膨脹，基體溫度較低，表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。切削加工結(jié)束后，表層溫度下降快，里層慢，表層受里層阻止產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生壓應(yīng)力。溫度越高，熱塑性變形越大，表層殘余拉應(yīng)力越大，有時(shí)出現(xiàn)磨削裂紋。三、加工表面的殘余應(yīng)力其產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面：443、金相組織變化的影響切削時(shí)高溫產(chǎn)生相變，由于不同的金相組織有不同的比重，使表層體積發(fā)生變化。當(dāng)表層體積膨脹時(shí)，受基體限制，產(chǎn)生壓應(yīng)力。反之，產(chǎn)生拉應(yīng)力。例如：以淬火鋼磨削為例，淬火鋼基體組織為馬氏體，磨削后，表面層回火轉(zhuǎn)變成托式體或索式體，密度增大而體積減小。

總之，加工后表層的殘余應(yīng)力是三個(gè)方面的綜合結(jié)果。在一定條件下，其中一種或兩種原因起主導(dǎo)作用。如切削熱不高時(shí)，以冷塑變?yōu)橹?，此時(shí)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。而磨削時(shí)，相變和熱塑變占主導(dǎo)，表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。3、金相組織變化的影響45第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)

切削加工中，工藝系統(tǒng)常會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)受到干擾和破壞，它不僅嚴(yán)重地惡化加工表面質(zhì)量，縮短刀具和機(jī)床的工作壽命，降低生產(chǎn)效率，而且還發(fā)出刺耳的噪聲，影響工人健康。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)加工后零件的表面要求愈來(lái)愈高。如精密加工和超精密加工已要求達(dá)到0.5和0.1微米。表面不允許出現(xiàn)波紋。金屬加工中的振動(dòng)主要有三種類型：自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)切削加工中，工藝系統(tǒng)常會(huì)46影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度影響生產(chǎn)效率加速刀具磨損，易引起崩刃影響機(jī)床、夾具的使用壽命產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的危害第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度機(jī)械加工過(guò)程中47機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。由于總存在阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰減。(占5%)系統(tǒng)在周期性激振力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是諧振動(dòng)，只要有激振力存在振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。(占35%)在沒(méi)有周期性干擾力作用的情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱為顫振。(占65%)機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)48一、強(qiáng)迫振動(dòng)1、定義

強(qiáng)迫振動(dòng)是工藝系統(tǒng)在外界周期性干擾力作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)。2、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因

（1）內(nèi)部原因1）離心慣性力引起的振動(dòng)，如：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪、砂輪等不平衡產(chǎn)生離心力。2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷，如往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向時(shí)的沖擊、軸承滾動(dòng)體尺寸的不均勻等。3）切削過(guò)程中的間歇特性，如銑削加工、斷續(xù)表面的加工等。一、強(qiáng)迫振動(dòng)49（2）外部原因1）臨近設(shè)備和通道運(yùn)輸設(shè)備，如空氣壓縮機(jī)、鍛錘、鏟車等會(huì)引起振動(dòng)。2）樓板、土壤和建筑物承載結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)諧特性，通過(guò)地基傳給機(jī)床，導(dǎo)致振動(dòng)產(chǎn)生。

頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)；

幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振；

相角特征：強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)φ角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。3、強(qiáng)迫振動(dòng)的特征（2）外部原因頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率504、減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的途徑減小激振力對(duì)轉(zhuǎn)速在600r/min以上的零件進(jìn)行平衡，以減少回轉(zhuǎn)零件的離心力；對(duì)齒輪傳動(dòng)應(yīng)提高齒輪的基節(jié)和齒形精度以及安裝精度，以減少或消除傳動(dòng)過(guò)程中沖擊；對(duì)帶傳動(dòng)，采用較完善的帶接頭，使其連接后的剛度和厚度變化最小。避免激振力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近，防止共振可更換電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或改變主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)避開(kāi)共振區(qū)；用提高接觸面精度、減小結(jié)合面的粗糙度、消除間隙、提高接觸剛度來(lái)提高系統(tǒng)的剛度和固有頻率；4、減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的途徑51采取隔振措施使機(jī)床的電動(dòng)機(jī)與床身采用柔性聯(lián)接以隔離電動(dòng)機(jī)本身的振動(dòng)；把液壓部分與機(jī)床分開(kāi)；采用液壓緩沖裝置以減少工作部件換向時(shí)的沖擊；采用厚橡皮、木材等將機(jī)床與地基隔離，用防振溝隔開(kāi)設(shè)備的基礎(chǔ)和地面的聯(lián)系，以防止周圍的振源通過(guò)地面和基礎(chǔ)傳給機(jī)床。采用消振措施增加阻尼，安裝消振器。采取隔振措施52二、機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)。自激振動(dòng)過(guò)程可用傳遞函數(shù)概念說(shuō)明。自激振動(dòng)是一種不衰減振動(dòng)；自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率；自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)周期內(nèi)獲得和消耗的能量對(duì)比情況。自激振動(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ)BC能量EQE－E＋0振幅電動(dòng)機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動(dòng)位移X(t)自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過(guò)程）自激振動(dòng)的特征自激振動(dòng)的概念第四節(jié)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)二、機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)53三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理由于切削厚度變化效應(yīng)（簡(jiǎn)稱再生效應(yīng)）而引起的自激振動(dòng)稱為再生型切削顫振。

1．再生原理自由正交切削再生型顫振的產(chǎn)生過(guò)程三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理由于切削厚度變化效應(yīng)（簡(jiǎn)54◆再生型切削顫振產(chǎn)生條件

三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理◆再生型切削顫振產(chǎn)生條件三、55

0＜φ＜π時(shí)，W＞0，這表示每振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)系統(tǒng)就能從外界得到一部分能量，滿足產(chǎn)生振動(dòng)的條件，系統(tǒng)就將有再生型顫振產(chǎn)生；π＜φ＜2π時(shí)，W＜0，振動(dòng)系統(tǒng)每振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)系統(tǒng)將損失一部分能量，不滿足產(chǎn)生振動(dòng)的條件，系統(tǒng)不會(huì)有再生型顫振產(chǎn)生。◆再生型切削顫振產(chǎn)生條件0＜φ＜π時(shí)，W＞0，這表示每振動(dòng)一個(gè)56

a）b）c）系統(tǒng)無(wú)能量獲得；

d）y(t)

滯后于y(t-T)，即0＜φ＜π

，此時(shí)切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出時(shí)切削力所作正功（獲得能量）大于切入時(shí)所作負(fù)功，系統(tǒng)有能量獲得，產(chǎn)生自激振動(dòng)。再生自激振動(dòng)原理圖f切入切出y(t-T)y(t)a）b）φ切入切出fc）φf(shuō)切入切出d）切入切出fφy(t)y(t-T)y(t-T)y(t-T)y(t)y(t)◆再生型切削顫振產(chǎn)生條件a）b）c）系統(tǒng)無(wú)能量獲得；再生自激振動(dòng)原理圖57◆振型耦合原理：將車床刀架簡(jiǎn)化為兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)，等效質(zhì)量m用相互垂直的等效剛度分別為k1、k2兩組彈簧支撐（設(shè)x1為低剛度主軸）車床刀架振型耦合模型Fmabcdx1x1x2x2βk2k1α1α2X◆自激振動(dòng)的產(chǎn)生：①k1=k2，x1與x2無(wú)相位差,軌跡為直線，無(wú)能量輸入②k1＞k2，x1超前x2，軌跡d→c→b→a為一橢圓，切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的大，系統(tǒng)無(wú)能量輸入③k1＜k2，x1滯后于x2，軌跡為一順時(shí)針?lè)较驒E圓，即：a→b→c→d。此時(shí)，切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的小，有能量獲得，振動(dòng)能夠維持。三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理2．振型耦合原理◆振型耦合原理：將車床刀架簡(jiǎn)化為兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)，等效質(zhì)量583、抑制自激振動(dòng)的途徑

（1）合理選擇切削用量1）切削速度一般在30-70m/min范圍內(nèi)容易產(chǎn)生自激振動(dòng)。2）盡量采用較大的進(jìn)給量以避免自激振動(dòng)。3）一般采用較小的被吃刀量會(huì)減小振動(dòng)。（2）合理選擇刀具的幾何參數(shù)選用較大的前角、主偏角和較小后角、刀尖圓角半徑可減小自激振動(dòng)。（3）提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性（4）采用各種減振器第四節(jié)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)第四節(jié)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)59第五節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑提高加工表面質(zhì)量的加工方法有兩大類：低效率、高成本的工藝措施，尋求各工藝參數(shù)的最佳組合，以降低表面粗糙度著重改善表面的物理力學(xué)性能，提高工件的表面質(zhì)量第五節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑提高加工表面質(zhì)量的加工方法有兩601．降低表面粗糙度的加工方法超精密切削和低粗糙度磨削對(duì)于超精密切削：主要是在機(jī)床和刀具上下功夫主軸和導(dǎo)軌選擇液體靜壓式或空氣靜壓式；控制主軸回轉(zhuǎn)精度在0.1μm范圍內(nèi)；機(jī)床上要有微進(jìn)裝置，進(jìn)刀量可達(dá)0.1μm；機(jī)床裝在恒溫室中，并有隔振措施；刀具非常鋒利，能夠切除0.1μm的表面層；刀具應(yīng)具有足夠的耐磨性；刀具刃口要求極其光滑，不能有任何附著物和微觀缺陷；1．降低表面粗糙度的加工方法611．降低表面粗糙度的加工方法超精密切削和低粗糙度磨削對(duì)于超精密切削：主要是在磨削用量上下功夫，但各參數(shù)之間常相互矛盾。為降低表面粗糙度，砂輪應(yīng)修的細(xì)些，但易引起燒傷；為避免燒傷，常提高工件轉(zhuǎn)速，又導(dǎo)致表面粗糙度低；為提高表面質(zhì)量，常采用小磨削用量，但降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加了成本；1．降低表面粗糙度的加工方法62

珩磨頭磨條的徑向伸縮調(diào)整有手動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等多種結(jié)構(gòu)形式。圖為手動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)。彈簧卡箍螺母彈簧調(diào)整錐磨條本體沙條座頂銷珩磨采用超精加工、珩磨、研磨、拋光等方法作為終工序加工珩磨頭磨條的徑向伸縮調(diào)整有手動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等多63機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件64珩磨的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1）珩磨能獲得較高的尺寸精度和形狀精度，加工精度為IT4－IT6級(jí)，孔的圓度和圓柱度誤差可控制在3－5μm的范圍之內(nèi)，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。

2）珩磨能獲得較高的表面質(zhì)量，表面粗糙度Ra為0.4－0.02μm，表層金屬的變質(zhì)缺陷層深度極微（2.5－25μm）。3）與磨削速度相比，珩磨頭的圓周速度雖不高，但由于砂條與工件的接觸面積大，往復(fù)速度相對(duì)較高，所以珩磨仍有較高的生產(chǎn)率。珩磨的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍65研磨研磨是在研具與工件之間加入研磨劑，對(duì)工件表面進(jìn)行精整、光整加工的方法。研磨是在研具和工件相互對(duì)照、相互糾正、相互切削的過(guò)程中得到較高的尺寸和形狀精度。研磨研磨是在研具和工件相互對(duì)照、相互糾正、相互66研磨的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1）如果加工條件控制得好，研磨外圓可獲得很高的尺寸精度（IT6～I(xiàn)T4）和極小的表面粗糙度（Ra=0.1～0.008μm）及較高的形狀精度（圓度誤差為0.003~0.001mm），另外，幾乎不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和強(qiáng)化等缺陷。

2）設(shè)備和研具簡(jiǎn)單，成本低，容易保證質(zhì)量；生產(chǎn)效率較低。可加工鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷等多種材料。研磨的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍67超精加工超精加工是用細(xì)粒度的磨條或砂帶進(jìn)行微量磨削的一種精整、光整加工方法

設(shè)備簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度較高、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高。超精加工能減小工件的表面粗糙度（Ra可達(dá)0.1～0.012μm）但不能提高尺寸精度和形狀位置精度，工件精度由前工序保證。超精加工設(shè)備簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度較高、操作簡(jiǎn)便、生682．改善表面物理力學(xué)性能的加工方法滾壓加工利用淬過(guò)火的滾壓工具對(duì)工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，金屬表面晶格產(chǎn)生畸變，硬度增加，并使表面產(chǎn)生殘余（壓）應(yīng)力，從而提高零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。2．改善表面物理力學(xué)性能的加工方法69機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件70金剛石壓光利用金剛石擠壓，壓光后Ra可達(dá)0.4~0.02μm。金剛石壓光71機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件72噴丸強(qiáng)化利用大量的珠丸（φ0.4~φ2的鑄鐵、砂石或鋼丸）高速打擊已加工表面，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余（壓）應(yīng)力，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。液體磨料強(qiáng)化利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強(qiáng)化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和抗疲勞強(qiáng)度噴丸強(qiáng)化73機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件74第三章表面質(zhì)量第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念第二節(jié)影響表面粗糙度的因素第三節(jié)影響表面物理機(jī)械性能的因素第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)第五節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑第三章表面質(zhì)量第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念75第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念一、概述

機(jī)械加工方法所獲得的零件表面，實(shí)際上都不是理想的光滑表面。隨著加工方法和加工條件的不同，表面上總是殘留下不同程度的粗糙度、表面層殘余應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）、表面層冷作硬化以及表面層金相組織的變化等缺陷。產(chǎn)品的工作性能，尤其是可靠性、耐久性等在很大程度上取決于零件的表面質(zhì)量。機(jī)器的損壞除少數(shù)屬設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用不當(dāng)外，大多數(shù)是由于磨損、腐蝕和疲勞所致。第一節(jié)表面質(zhì)量的基本概念一、概述76零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)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(yīng)力表面層金相組織的變化表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀771．表面粗糙度與波度L/H＞1000稱為宏觀幾何形狀誤差；L/H=50～1000，稱為波紋度；L/H＜50，稱為微觀幾何形狀誤差，亦稱表面粗糙度。一、概述（1）表面粗糙度：表面的微觀幾何形狀誤差；（2）波度：介于宏觀幾何形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。1．表面粗糙度與波度L/H＞1000稱為宏觀幾何形狀誤差；一78Ra--在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

Rz--在取樣長(zhǎng)度內(nèi)5個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與5個(gè)最大的輪廓谷深的平均值之和。

Ry--在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離。

Ra--在取樣長(zhǎng)度L內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

792．表面層材料的物理力學(xué)性能

(1)表面層的冷作硬化機(jī)械加工過(guò)程中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度增加，塑性減小，統(tǒng)稱為冷作硬化。

(2)表面層殘余應(yīng)力機(jī)械加工過(guò)程中由于切削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，稱為表面層殘余應(yīng)力。

(3)表面層金相組織變化機(jī)械加工過(guò)程中，在工件的加工區(qū)域，溫度會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度升高到超過(guò)工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生金相組織變化。一、概述2．表面層材料的物理力學(xué)性能一、概述80表面完整性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的使用性能要求越來(lái)越高，一些重要零件需在高溫、高壓、高速的條件下工作，表面層的任何缺陷直接影響零件的工作性能，因此在研究表面質(zhì)量的領(lǐng)域中提出了“表面完整性”的概念，主要有：表面完整性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的使81二、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2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響3、表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響4、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響5、其他影響二、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82二、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（1）零件磨損的形成：零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互接觸的凸峰處就會(huì)產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象，產(chǎn)生了表面的磨損。（2）影響零件耐磨性的因素主要有：摩擦副的材料、潤(rùn)滑條件、零件的表面質(zhì)量（3）零件的磨損過(guò)程分為：圖3-2初期磨損正常磨損急劇磨損實(shí)際接觸面積只占名義接觸面積的一小部分，實(shí)際接觸部分的壓強(qiáng)增大，破壞了潤(rùn)滑油膜而形成局部的干摩擦，使其擠裂、破碎、切斷等作用增強(qiáng)，磨損增大。磨損緩慢，零件的正常工作階段緊密接觸的兩個(gè)表面金屬分子間產(chǎn)生較大的親和力，超過(guò)了潤(rùn)滑油膜存在的臨界值，造成潤(rùn)滑條件惡化，磨損加劇。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83圖3-2磨損過(guò)程的基本規(guī)律圖圖3-2磨損過(guò)程的基本規(guī)律圖84（4）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙度A、與初期磨損量有一最佳值B、表面粗糙度的輪廓形狀及加工紋路方向影響實(shí)際接觸面積與潤(rùn)滑油的存留情況而影響耐磨性表面層的冷作硬化可減少摩擦副接觸部分的彈性和塑性變形，減小磨損；當(dāng)硬化過(guò)度時(shí)，磨損會(huì)加劇，表面甚至?xí)a(chǎn)生脫落現(xiàn)象。表面層金相組織的變化改變了基體材料的原有硬度，也會(huì)直接影響零件的耐磨性（4）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙度A、與初期磨損量有85機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件86機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件87（1）表面粗糙度在交變載荷作用下，零件表面的粗糙度、劃痕和裂紋等缺陷容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生和發(fā)展成疲勞裂紋，造成疲勞破壞。試驗(yàn)表明：承受交變載荷的零件，減小表面粗糙度可提高疲勞強(qiáng)度30-40%；加工紋路對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響更大，若刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度降低。材料晶粒越細(xì)，質(zhì)地越致密，應(yīng)力集中越明顯，表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度影響也越嚴(yán)重。一般而言，鋼件對(duì)應(yīng)力集中敏感程度大，鑄鐵件則相反。2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響88（2）表面層的殘余應(yīng)力表層的殘余壓應(yīng)力能部分抵消工件載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，故可提高疲勞強(qiáng)度；反之拉應(yīng)力加劇疲勞裂紋產(chǎn)生，降低疲勞強(qiáng)度。（3）表面層的冷作硬化冷作硬化層能阻止已有裂紋的擴(kuò)展和防止新的裂紋產(chǎn)生，故可提高疲勞強(qiáng)度。但若過(guò)硬，則使表層過(guò)脆，易產(chǎn)生裂紋降低疲勞強(qiáng)度。2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（2）表面層的殘余應(yīng)力2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響893、表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)間隙配合的零件表面影響若表面粗糙度過(guò)大，初期磨損量就大，配合間隙增大，甚至改變?cè)械呐浜闲再|(zhì)，特別是對(duì)于尺寸小、精度要求高的零件。（2）表面粗糙度對(duì)過(guò)盈配合的零件表面影響若表面粗糙度過(guò)大，裝配時(shí)配合表面的凸峰受擠壓，使實(shí)際過(guò)盈量比預(yù)定的小，影響配合的可靠性。（3）表面的殘余應(yīng)力對(duì)零件配合精度的影響

殘余應(yīng)力經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)引起工件變形，影響工件的尺寸和形狀精度，勢(shì)必影響配合零件的配合性質(zhì)。（4）表面的加工硬化對(duì)零件配合精度的影響若硬化嚴(yán)重，將可能造成表層金屬與內(nèi)部金屬脫離，破壞配合的性質(zhì)和精度。3、表面質(zhì)量對(duì)零件配合精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)間隙配合的904、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

零件在潮濕空氣或腐蝕性的介質(zhì)中工作時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕由于在粗糙表面的凹谷處容易集聚腐蝕性的介質(zhì)所造成。電化學(xué)腐蝕由于兩種不同金屬材料接觸時(shí)，在表面微小凸峰間會(huì)產(chǎn)生微電離作用，造成零件腐蝕。

由此可見(jiàn)：（1）提高零件的表面粗糙度可以提高零件的耐腐蝕性能；（2）表面層的殘余壓應(yīng)力有利于阻礙表面裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高零件的抗腐蝕能力，反之拉應(yīng)力降低耐腐蝕性；（3）一定程度的硬化，可減小裂紋，有利于提高耐腐蝕性。4、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響零件在潮濕空915、其他影響對(duì)密封性的影響一般而言，減小表面粗糙度，可提高零、部件的密封性能；對(duì)接觸剛度的影響減小表面粗糙度，提高零部件的接觸剛度。對(duì)抗沖擊性的影響工件表面層的冷作硬化可降低其抗沖擊的能力。5、其他影響對(duì)密封性的影響一般而言，減小表面粗糙度，可92金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生氧化作用而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕；金屬和電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，由于微電池和大電池作用而發(fā)生的腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕時(shí)沒(méi)有電流產(chǎn)生，電化學(xué)腐蝕時(shí)，介質(zhì)與金屬的作用的總反應(yīng)分成兩個(gè)在相當(dāng)程度上獨(dú)立地進(jìn)行的過(guò)程（陽(yáng)極過(guò)程與陰極過(guò)程）。在大多數(shù)實(shí)際情況下，電化學(xué)腐蝕常常以陽(yáng)極和陰極過(guò)程在不同地區(qū)局部地進(jìn)行為特征。主要的鋼鐵的腐蝕是電化學(xué)腐蝕

鋼鐵在潮濕空氣里，其表面因吸附作用而覆蓋一層極薄的水膜、水微弱電離產(chǎn)生少量H+和OH-，同時(shí)由于空氣中CO2的溶解，水里H+增多;這樣表面就形成了一層電解質(zhì)溶液薄膜，它跟鋼鐵里的鐵和雜質(zhì)或碳就形成了無(wú)數(shù)微小原電池

金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生氧化作用而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕；93表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度1.對(duì)耐磨性影響表面粗糙度值↓→耐疲勞性↑適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面壓應(yīng)力有利于提高耐疲勞性表面粗糙度值↓→耐蝕性↑表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值↑→配合質(zhì)量↓2.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響3.對(duì)零件抗耐蝕性能的影響4.對(duì)零件配合性質(zhì)的影響紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當(dāng)硬化可提高耐磨性小結(jié)表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度1.對(duì)耐磨性影響表面94第二節(jié)影響表面粗糙度的因素一、切削加工中影響表面粗糙度的因素1、刀具的幾何形狀

（1）殘留面積的概念圖3-5殘留面積越大，已加工表面越粗糙。殘留面積形狀完全取決于刀具的幾何形狀。尖刀切削時(shí):帶圓角半徑的刀切削時(shí):（2）改善可通過(guò)減小刀具的主偏角、副偏角及增大刀尖的圓弧半徑來(lái)減小殘余面積。第二節(jié)影響表面粗糙度的因素一、切削加工中影響表面粗糙度的因95機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件962、工件材料的性質(zhì)材料對(duì)粗糙度的影響采取措施脆性材料工件抗拉強(qiáng)度低，切屑成碎粒狀。加工時(shí)，因切屑的崩碎而留下麻點(diǎn)，工件表面粗糙。可通過(guò)降低切削用量和使用煤油切削液減輕崩碎，減小表面粗糙度。塑性材料切削時(shí)，刀具前刀面對(duì)切屑的擠壓作用，迫使切屑與工件分離，產(chǎn)生撕裂，增大了表面粗糙度。塑性越好，切屑與工件越不易分離，加工愈粗糙。可通過(guò)熱處理減小表面粗糙度。如對(duì)于中碳鋼和低碳鋼材料，可在加工前進(jìn)行調(diào)制或正火處理。2、工件材料的性質(zhì)材料對(duì)粗糙度的影響采取措施脆性材料工件抗拉973、切削用量（1）切削速度v

如圖示，一般情況，v越大，加工表面塑性變形越小，粗糙度越小。但對(duì)塑性材料，中低速易產(chǎn)生積屑瘤或鱗刺，粗糙度變大。例如：鉸孔時(shí)，用手動(dòng)鉸刀或高速機(jī)動(dòng)鉸削。（2）背吃刀量

一般情況，切深對(duì)表面粗糙度無(wú)影響。但背吃刀量過(guò)小，工件將在刀尖圓弧下擠壓過(guò)去，刀刃易打轉(zhuǎn)，形成附加的塑性變形，使表面粗糙。例如：精加工時(shí)，切深過(guò)小，表面粗糙度反而變大。3、切削用量（1）切削速度v98加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響99（3）進(jìn)給量減小進(jìn)給量可減小殘留面積的高度，可減小表面粗糙度。（4）切削液切削液能減小切屑、工件與刀具間的摩擦，降低切削溫度，減小切削中的塑性變形，并抑制積屑瘤或鱗刺，故可減小表面粗糙度。若在切削液中加入硫、磷、氯等效果更加。（5）工藝系統(tǒng)中的振動(dòng)振動(dòng)引起工件與刀具之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，致使表面粗糙度變大。3、切削用量（3）進(jìn)給量3、切削用量100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殘留面積↓→Ra↓前角↑→Ra↓主偏角和副偏角↑→Ra↓刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)打滑，劃傷已加工表面材料塑性↑→Ra↑常用正火、調(diào)質(zhì)處理脆性材料↑→Ra↑，刀具材料強(qiáng)度↑→Ra↓刃磨質(zhì)量↑→Ra↓冷卻、潤(rùn)滑↑→Ra↓影響切削加工表面粗糙度的因素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101二、磨削加工中影響表面粗糙度的因素1、磨削加工與切削的不同點(diǎn)

（1）幾何因素

砂輪的磨削刃形狀與分布很不均勻、不規(guī)則，且隨著工作表面的修正和磨粒磨耗不斷改變，工件的加工表面是砂輪微刃切削刻劃出無(wú)數(shù)溝槽形成的。單位面積上刻痕越多，深度越均勻，表面粗糙度越小。磨粒大多為負(fù)前角，單位切削力大，溫度高。（2）物理因素

工作時(shí)，磨削過(guò)程常分為：滑擦、刻劃和切削三個(gè)階段。大多磨粒在加工表面只是擠壓而過(guò)，并未切削，多次擠壓反復(fù)出現(xiàn)塑性變形。同時(shí)，磨削熱也加劇塑性變形，致使表面粗糙度變大。(3)砂輪的磨削速度高

常引起被磨表面燒傷、工件變形和產(chǎn)生裂紋；徑向切削力大，引起工藝系統(tǒng)彈性變形和振動(dòng)。二、磨削加工中影響表面粗糙度的因素1、磨削加工與切削的不同點(diǎn)1022、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素如下磨削用量的影響（1）砂輪速度

速度越大，單位時(shí)間通過(guò)磨削區(qū)的磨粒數(shù)和單位體積上的磨削次數(shù)越大，有利于減小表面粗糙度。同時(shí)，磨削表面的塑性變形也來(lái)不及傳播，材料也來(lái)不及變形，表面粗糙度越小。

（2）磨削深度深度越小，工件塑性變形越小，表面粗糙度越小。

（3）工件速度工件速度越低，每一刃口切削厚度越小，塑性變形越小，表面粗糙度越小。但速度過(guò)低，工件與砂輪接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)有燒傷的可能。（4）光磨次數(shù)

通常磨削時(shí)，開(kāi)始用較大切深提高生產(chǎn)率，最后用小切深或無(wú)進(jìn)給磨削（光磨），提高表面粗糙度。2、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素如下103其他影響（1）砂輪硬度和工件材料

良好的“自勵(lì)性”即磨粒磨鈍后能及時(shí)脫落，露出新的磨粒，能磨出光滑的表面，且能防止磨削燒傷。工件材料韌性越好，塑性變形越大，則表面粗糙度越大。（2）砂輪材料

可分為氧化物、碳化物和高硬磨料。一般剛類零件用剛玉砂輪磨削，鑄鐵、硬質(zhì)合金用碳化物砂輪磨削，金剛石砂輪可獲得極小的表面粗糙度，但成本較高。（3）冷卻潤(rùn)滑液

能減小磨削熱，減小塑性變形，防止磨削燒傷，減小表面粗糙度。（4）砂輪的粒度

粒度越細(xì)，單位面積磨粒越多，加工表面刻痕越密，表面粗糙度越小。（5）砂輪的修整修整的導(dǎo)程和切深越小，修出的砂輪越光滑，磨削刃等高性越好，表面粗糙度就越小。2、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素其他影響2、磨削時(shí)影響表面粗糙度的因素104影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓

金剛石筆鋒利↑，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量↓→Ra↓磨粒等高性↑→Ra↓硬度↑→鈍化磨粒脫落↓→Ra↑硬度↓→磨粒脫落↑→Ra↑硬度合適、自勵(lì)性好↑→Ra↓太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差↑→Ra↓影響磨削加工表面粗糙度的因素砂輪粒度工件材料性質(zhì)砂輪修正磨削用量砂輪硬度砂輪V↑→Ra↓工件V↑→塑變↑→Ra↑粗磨ap↑→生產(chǎn)率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓金剛石筆鋒利↑，105第三節(jié)影響表面物理力學(xué)性能的因素機(jī)械加工中，工件由于受切削力、切削熱的作用，其表面層的物理力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生很大的變化，造成與基體材料的性能的差異，這些差異主要表現(xiàn)為表面層的金相組織和顯微鏡硬度的變化和表面層中出現(xiàn)的殘余應(yīng)力。第三節(jié)影響表面物理力學(xué)性能的因素機(jī)械106一、加工表面的冷作硬化1、定義加工表面的冷作硬化是由于切削力的作用而產(chǎn)生塑性變形，加工表面層晶格間剪切滑移，晶格嚴(yán)重扭曲、拉長(zhǎng)、纖維化及破碎，引起表面層的強(qiáng)度和硬度都得到提高的一種現(xiàn)象。2、表達(dá)方式其中N—硬化程度H—表面層的顯微硬度h—冷硬層深度距表面深度h顯微硬度H0H一、加工表面的冷作硬化1、定義距表面深度h顯微硬度0H1073、表面層冷作硬化的取決因素

產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時(shí)的溫度（1）切削力越大，塑性變形越大，硬化程度越大；（2）變形速度快，塑性變形不充分，硬化程度?。唬?）變形時(shí)的溫度不僅影響塑性變形程度，還會(huì)影響變形后金相組織的恢復(fù)。3、表面層冷作硬化的取決因素1084、影響表面層冷作硬化的主要因素（１）刀具減小前角、增大刃口圓角和后刀面的磨損量，冷硬層的深度和硬度都會(huì)增大。（2）切削用量影響較大的因素是切削速度和進(jìn)給量。當(dāng)切削速度大時(shí)刀具與工件的接觸時(shí)間短，擠壓時(shí)間短，塑性變形小，同時(shí)切削速度使溫度升高有助于冷硬的恢復(fù)，硬化程度也小；進(jìn)給量增大時(shí)，切削力增大，塑性變形增大，硬化現(xiàn)象增大。（3）工件材料硬度越小，塑性越大，切削后的硬化現(xiàn)象就越嚴(yán)重。4、影響表面層冷作硬化的主要因素109機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件110小結(jié)

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量VB↑→表層金屬的塑變加劇→冷硬↑⑵切削用量的影響切削速度v↑→塑變↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑變↑→冷硬↑⑶工件材料性能的影響

材料塑性↑→冷硬↑小結(jié)

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量111二、加工表面的金相組織變化

1、磨削燒傷現(xiàn)象

切削加工時(shí)，加工所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使工件表面溫度升高。對(duì)一般切削加工，切削熱大部分被切屑帶走，加工表面溫度較低，影響不嚴(yán)重。但對(duì)于磨削加工，切削區(qū)的溫度可達(dá)1000°C，約70%以上的熱量傳給工件，使工件表面層金相組織發(fā)生變化。此時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生極大的表面殘余拉應(yīng)力，甚至裂紋，這就是磨削燒傷現(xiàn)象。2、燒傷色

工件表面會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)高溫條件下的不同顏色（黃、褐、紫、青）的氧化膜，即燒傷色。不同的燒傷色可以表明工件表面層受到了不同溫度和不同燒傷程度的影響。二、加工表面的金相組織變化112回火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼250～300℃),而未超過(guò)相變臨界溫度(碳鋼約為720℃),馬氏體變成索氏體或屈氏體。淬火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)相變溫度,又有冷卻液作用,表面最外層出現(xiàn)二次淬火馬氏體(硬度更高),次表層為回火組織。退火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)相變溫度,無(wú)冷卻液作用，干磨時(shí)很容易出現(xiàn)。

三種燒傷中，退火燒傷最嚴(yán)重。二、加工表面的金相組織變化回火燒傷:磨削區(qū)溫度超過(guò)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼250～3001133、減小表面層燒傷的具體措施影響磨削燒傷的主要因素是磨削區(qū)的溫度，因此可通過(guò)降低表面層的溫度減輕表面層的燒傷。具體措施如下：（1）合理選擇砂輪針對(duì)不同材料選擇不同材料的砂輪，一般選擇粒度小、自勵(lì)性強(qiáng)的砂輪。（2）增大磨削刃間距可使工件與砂輪間斷接觸，減小熱損傷程度。如圖3-12，利用開(kāi)槽砂輪，不僅可使零件表面無(wú)損傷，還可提高砂輪的耐用度十倍以上。（3）正確選擇磨削用量降低砂輪速度、減小磨削切深、增大工件縱向進(jìn)給量。但降低砂輪速度影響生產(chǎn)率，可通過(guò)提高砂輪速度的同時(shí)，提高工件的速度。如圖3-13所示。（4）提高冷卻效果1）使用內(nèi)冷卻砂輪，如圖3-14；2)采用高壓大流量冷卻；3）加裝空氣擋板，如圖3-15。3、減小表面層燒傷的具體措施114圖開(kāi)槽砂輪

a）槽均勻分布b）槽均勻分布

圖開(kāi)槽砂輪115機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章課件116圖內(nèi)冷卻裝置1－錐形蓋2－通道孔3－砂輪中心孔4－有徑向小孔的薄壁套圖內(nèi)冷卻裝置117三、加工表面的殘余應(yīng)力其產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面：1、冷塑性變形的影響

切削力作用下，已加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，表面體積發(fā)生變化，此時(shí)基體仍處于彈性變形狀態(tài)。當(dāng)切削力去除后，基體金屬趨于復(fù)原，但已產(chǎn)生塑性變形的表層恢復(fù)不到原狀，在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。2、熱塑性變形的影響切削加工中，表面層溫度較高，產(chǎn)生熱膨脹，基體溫度較低，表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。切削加工結(jié)束后，表層溫度下降快，里層慢，表層受里層阻止產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生壓應(yīng)力。溫度越高，熱塑性變形越大，表層殘余拉應(yīng)力越大，有時(shí)出現(xiàn)磨削裂紋。三、加工表面的殘余應(yīng)力其產(chǎn)生原因有以下幾個(gè)方面：1183、金相組織變化的影響切削時(shí)高溫產(chǎn)生相變，由于不同的金相組織有不同的比重，使表層體積發(fā)生變化。當(dāng)表層體積膨脹時(shí)，受基體限制，產(chǎn)生壓應(yīng)力。反之，產(chǎn)生拉應(yīng)力。例如：以淬火鋼磨削為例，淬火鋼基體組織為馬氏體，磨削后，表面層回火轉(zhuǎn)變成托式體或索式體，密度增大而體積減小。

總之，加工后表層的殘余應(yīng)力是三個(gè)方面的綜合結(jié)果。在一定條件下，其中一種或兩種原因起主導(dǎo)作用。如切削熱不高時(shí)，以冷塑變?yōu)橹?，此時(shí)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。而磨削時(shí)，相變和熱塑變占主導(dǎo)，表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。3、金相組織變化的影響119第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)

切削加工中，工藝系統(tǒng)常會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，使工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)受到干擾和破壞，它不僅嚴(yán)重地惡化加工表面質(zhì)量，縮短刀具和機(jī)床的工作壽命，降低生產(chǎn)效率，而且還發(fā)出刺耳的噪聲，影響工人健康。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)加工后零件的表面要求愈來(lái)愈高。如精密加工和超精密加工已要求達(dá)到0.5和0.1微米。表面不允許出現(xiàn)波紋。金屬加工中的振動(dòng)主要有三種類型：自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)切削加工中，工藝系統(tǒng)常會(huì)120影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度影響生產(chǎn)效率加速刀具磨損，易引起崩刃影響機(jī)床、夾具的使用壽命產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的危害第四節(jié)機(jī)械加工中的振動(dòng)影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度機(jī)械加工過(guò)程中121機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。由于總存在阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰減。(占5%)系統(tǒng)在周期性激振力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是諧振動(dòng)，只要有激振力存在振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。(占35%)在沒(méi)有周期性干擾力作用的情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱為顫振。(占65%)機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)122一、強(qiáng)迫振動(dòng)1、定義

強(qiáng)迫振動(dòng)是工藝系統(tǒng)在外界周期性干擾力作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)。2、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因

（1）內(nèi)部原因1）離心慣性力引起的振動(dòng)，如：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪、砂輪等不平衡產(chǎn)生離心力。2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷，如往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向時(shí)的沖擊、軸承滾動(dòng)體尺寸的不均勻等。3）切削過(guò)程中的間歇特性，如銑削加工、斷續(xù)表面的加工等。一、強(qiáng)迫振動(dòng)123（2）外部原因1）臨近設(shè)備和通道運(yùn)輸設(shè)備，如空氣壓縮機(jī)、鍛錘、鏟車等會(huì)引起振動(dòng)。2）樓板、土壤和建筑物承載結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)諧特性，通過(guò)地基傳給機(jī)床，導(dǎo)致振動(dòng)產(chǎn)生。

頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)；

幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振；

相角特征：強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)φ角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。3、強(qiáng)迫振動(dòng)的特征（2）外部原因頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率1244、減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的途徑減小激振力對(duì)轉(zhuǎn)速在600r/min以上的零件進(jìn)行平衡，以減少回轉(zhuǎn)零件的離心力；對(duì)齒輪傳動(dòng)應(yīng)提高齒輪的基節(jié)和齒形精度以及安裝精度，以減少或消除傳動(dòng)過(guò)程中沖擊；對(duì)帶傳動(dòng)，采用較完善的帶接頭，使其連接后的剛度和厚度變化最小。避免激振力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近，防止共振可更換電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或改變主軸的轉(zhuǎn)速來(lái)避開(kāi)共振區(qū)；用提高接觸面精度、減小結(jié)合面的粗糙度、消除間隙、提高接觸剛度來(lái)提高系統(tǒng)的剛度和固有頻率；4、減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的途徑125采取隔振措施使機(jī)床的電動(dòng)機(jī)與床身采用柔性聯(lián)接以隔離電動(dòng)機(jī)本身的振動(dòng)；把液壓部分與機(jī)床分開(kāi)；采用液壓緩沖裝置以減少工作部件換向時(shí)的沖擊；采用厚橡皮、木材等將機(jī)床與地基隔離，用防振溝隔開(kāi)設(shè)備的基礎(chǔ)和地面的聯(lián)系，以防止周圍的振源通過(guò)地面和基礎(chǔ)傳給機(jī)床。采用消振措施增加阻尼，安裝消振器。采取隔振措施126二、機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)。自激振動(dòng)過(guò)程可用傳遞函數(shù)概念說(shuō)明。自激振動(dòng)是一種不衰減振動(dòng)；自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率；自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)周期內(nèi)獲得和消耗的能量對(duì)比情況。自激振動(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ)BC能量EQE－E＋0振幅電動(dòng)機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動(dòng)位移X(t)自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過(guò)程）自激振動(dòng)的特征自激振動(dòng)的概念第四節(jié)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)二、機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng)在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)127三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理由于切削厚度變化效應(yīng)（簡(jiǎn)稱再生效應(yīng)）而引起的自激振動(dòng)稱為再生型切削顫振。

1．再生原理自由正交切削再生型顫振的產(chǎn)生過(guò)程三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理由于切削厚度變化效應(yīng)（簡(jiǎn)128◆再生型切削顫振產(chǎn)生條件

三、自激振動(dòng)的激振機(jī)理◆再生型切削顫振產(chǎn)生條件三、129

0＜φ＜π時(shí)，W＞0，這表示每振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)系統(tǒng)就能從外界得到一部分能量，滿足產(chǎn)生振動(dòng)的條件，系統(tǒng)就將有再生型顫振產(chǎn)生；π＜φ＜2π時(shí)，W＜0，振動(dòng)系統(tǒng)每振動(dòng)一個(gè)周期，振動(dòng)系統(tǒng)將損失一部分能量，不滿足產(chǎn)生振動(dòng)的條件，系統(tǒng)不會(huì)有再生型顫振產(chǎn)生?！粼偕颓邢黝澱癞a(chǎn)生條件0＜φ＜π時(shí)，W＞0，這表示每振動(dòng)一個(gè)130

a）b）c