機械加工表面質量的影響因素及改善措施

機械制造技術基礎

4.5

機械加工表面質量的影響因素及改善措施Surfacemachiningqualityfactorsandimprovementmeasures第4章機械加工質量MachiningQuality14.5.1切削加工表面的形成過程

O為切削層金屬的分流點24.5.2機械加工表面粗糙度

橫(平行于進給運動方向)縱(垂直于進給運動方向)概述橫向縱向理論粗糙度實際粗糙度粗糙度理論粗糙度實際粗糙度3圖4-37車削時殘留面積的高度直線刃車刀（a）（4-42）圓弧刃車刀（b）（4-43）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削加工表面粗糙度產生的原因及其控制

4.5.2機械加工表面粗糙度

4切削速度影響最大：v=10～50m/min范圍，易產生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差。其他影響因素：振動、刀具幾何角度、磨損、刃磨質量，切削液等。切削45鋼時切削速度與粗糙度關系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度

h（μm）0200400600hKsRz4.5.2機械加工表面粗糙度

5砂輪速度vc↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂輪縱向進給f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑磨削用量對表面粗糙度的影響vw

=40(m/min)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vc=50(m/s)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vc(m/s),vw(m/min)Ra(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影響光磨次數(shù)-Ra關系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，Ra↓4.5.2機械加工表面粗糙度

6砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓

砂輪精細修整，Ra↓砂輪影響其他影響因素工件材料冷卻潤滑液等4.5.2機械加工表面粗糙度

74.5.3加工表面變質層

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間產生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎而得到強化。冷作硬化的特點：變形抵抗力提高（屈服點提高），塑性降低（相對延伸率降低）。冷硬的指標:通常用冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度H以及硬化程度N來表示，其中N=H/H0，H0為原來的顯微硬度。84.5.3加工表面變質層

切削加工

f↑，冷硬程度↑(圖4-64)◆切削用量影響◆刀具影響

rε↑，冷硬程度↑其他幾何參數(shù)影響不明顯后刀面磨損影響顯著00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)后刀面磨損對冷硬影響◆工件材料材料塑性↑，冷硬傾向↑切削速度影響復雜（力與熱綜合作用結果）切削深度影響不大f和v對冷硬的影響硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：459磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強）工件轉速↑→冷硬程度↑縱向進給量影響復雜磨削深度↑→冷硬程度↑◆磨削用量◆砂輪砂輪粒度↑→冷硬程度↓砂輪硬度、組織影響不顯著◆工件材料材料塑性↑→冷硬傾向↑材料導熱性↑→冷硬傾向↓磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削磨削加工4.5.3加工表面變質層

10殘余應力4.5.3加工表面變質層

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相互平衡的殘余應力。產生表面層殘余應力的原因：冷態(tài)塑性變形機械加工時，表層金屬產生強烈的塑性變形。沿切削速度方向表面產生拉伸變形，晶粒被拉長，金屬密度會下降，即比容增大，而里層材料則阻礙這種變形，因而在表面層產生殘余壓應力，在里層則產生殘余拉應力。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，引起高溫塑性變形。11殘余應力4.5.3加工表面變質層

12

v↑→殘余應力↑（熱應力起主導作用，圖4-57）◆切削用量對殘余應力的影響◆刀具對殘余應力的影響前角+→－，殘余拉應力↓刀具磨損↑→殘余應力↑◆工件材料對殘余應力的影響材料塑性↑→殘余應力↑鑄鐵等脆性材料易產生殘余壓應力圖4-58f對殘余應力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液殘余應力(Gpa)0.2000.200100200300400距離表面深度(μm)f

=0.40mm/rf

=0.25mm/rf

=0.12mm/r

f↑→殘余應力↑（圖4-58）切削深度影響不顯著圖4-57vc

對殘余應力的影響γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距離表面深度(μm)殘余應力(Gpa)-0.2000.20vc

=213m/minvc

=86m/minvc

=7.7m/min4.5.3加工表面變質層

13合理選擇砂輪合理選擇磨削用量改善冷卻條件工件表層溫度達到或超過金屬材料相變溫度時，表