表面質(zhì)量概述及表面粗糙度的影響因素課件

第3章機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制

第3章機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制3.1加工表面質(zhì)量及其對使用性能的影響

3.1.1加工表面質(zhì)量的概念

1.加工表面的幾何形貌

是由加工過程中刀具與被加工工件的摩擦、切屑分離時(shí)的塑性變形以及加工系統(tǒng)的振動等因素的作用，在工件表面上留下的表面結(jié)構(gòu)。它包括以下4方面內(nèi)容：（1)表面粗糙度加工表面的微觀幾何輪廓。其波長與波高比值一般小于50。（2)波紋度加工表面上波長與波高的比值等于50-1000的幾何輪廓，由機(jī)械加工中的振動引起的。（3)紋理方向表面刀紋的方向，取決于表面形成過程中所采用的加工方法。（4)表面缺陷加工表面上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕等。3.1加工表面質(zhì)量及其對使用性能的影響3.1.1加工表2．表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能

由于機(jī)械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能將發(fā)生一定的變化，主要反映在以下幾方面：（1)表面層金屬的冷作硬化

機(jī)械加工過程中，工件表面層金屬都會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。（2)表面層金屬的金相組織變化

由機(jī)械加工過程中的切削熱引起的。（3)表面層金屬的殘余應(yīng)力

由機(jī)械加工過程中的切削熱和切削力綜合作用的結(jié)果。2．表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能3.1.2加工表面質(zhì)量對機(jī)器零件使用性能的影響

1．表面質(zhì)量對耐磨性的影響（1）表面粗糙度對耐磨性的影響

一般說來，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，且潤滑液不易儲存，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，此值與零件的工作載荷有關(guān)（如圖1）。如機(jī)床導(dǎo)軌面的粗糙度值，一般以Ra1.6μm～0.8μm為好。圖1表面粗糙度與磨損量的關(guān)系（2）表面紋理對耐磨性的影響一般來說，圓弧狀、凹坑狀表面紋理的耐磨性好；尖峰狀的表面紋理由于摩擦副接觸面壓強(qiáng)大，耐磨性較差。在運(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(shí)，耐磨性較好；兩者的刀紋方向均與運(yùn)動方向垂直時(shí)，耐磨性最差。3.1.2加工表面質(zhì)量對機(jī)器零件使用性能的影響1．表面質(zhì)

（3）冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。但并不是說冷作硬化的程度越高，耐磨性就越高。因硬化程度再大反會使結(jié)晶組織出現(xiàn)過度變形，甚至產(chǎn)生裂紋或剝落，使磨損加劇，耐磨性反而降低。圖2冷硬程度與耐磨性的關(guān)系

2.表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響

（1）表面粗糙度對耐疲勞性的影響

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差。影響還與材料對應(yīng)力集中的敏感程度和材料的強(qiáng)度極限有關(guān)。鋼材對應(yīng)力集中最為敏感，鑄鐵和非鐵金屬對應(yīng)力集中的敏感性較弱。（2）表面層金屬的力學(xué)物理性質(zhì)對耐疲勞性的影響①表面層金屬的冷作硬化的影響能夠阻止疲勞裂紋的生長，可提高零件的耐疲勞強(qiáng)度。②表面層金屬的殘余應(yīng)力的影響拉伸殘余應(yīng)力將使耐疲勞強(qiáng)度下降；壓縮殘余應(yīng)力則使耐疲勞強(qiáng)度提高。（3）冷作硬化對耐磨性的影響圖2冷硬程度與3.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響

（1）表面粗糙度的影響表面粗糙度值越大，加工表面與氣體、液體接觸的面積越大，腐蝕物質(zhì)越容易沉積于凹坑中，耐蝕性能就越差。（2）表面層金屬力學(xué)物理性質(zhì)的影響零件表面層有殘余壓應(yīng)力時(shí)，能夠阻止表面裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，有利于提高零件表面抵抗腐蝕的能力。4.表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響(1)對于間隙配合表面

原有間隙將因急劇的初期磨損而改變，表面粗糙度越大，變化量就越大，從而影響配合的穩(wěn)定性。

(2)對于過盈配合表面

表面粗糙度越大，兩表面相配合時(shí)表面凸峰易被擠掉，這會使過盈量減少，影響配合的可靠性。3.表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（1）表面粗糙度的影響4.3.2影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改進(jìn)措施

3.2.1切削加工表面粗糙度

其值主要取決于切削殘留面積的高度。影響切削殘留面積高度的因素主要有：刀尖圓弧半徑r

、主偏角kr、副偏角kr’及進(jìn)給量f等。圖3車削、刨削時(shí)殘留面積的高度

車削、刨削時(shí)殘留面積高度的計(jì)算示意圖如圖3。其中圖a是用尖刀切削的情況，切削殘留面積的高度為：（公式1）

圖b是用圓弧刀刃切削的情況，切削殘留面積的高度為：（公式2）

可見，切削加工時(shí)，選擇較小的進(jìn)給量f和較大的刀尖圓弧半徑r

將會使表面粗糙度得到改善。3.2影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改進(jìn)措施3.2.1

切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀，一般與純幾何因素所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。切削速度v（m/min)圖4加工塑性材料時(shí)切削速度對表面粗糙度的影響

圖4描述了加工塑性材料時(shí)切削速度對表面粗糙度的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，用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

加工脆性材料，切削速度對表面粗糙度的影響不大。對于同樣的材料，金相組織越粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大，所以為減小切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前對工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)等處理。此外，合理選用切削液、適當(dāng)增大刀具的前角、提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓形狀，一般與純幾3.2.2磨削加工后的表面粗糙度

1．幾何因素的影響單純從幾何因素考慮，可以認(rèn)為：在單位面積上刻痕越多，即通過單位面積的磨粒數(shù)越多，刻痕的等高性越好，則磨削表面的粗糙度值越小。（1）磨削用量對表面粗糙度值的影響

砂輪的速度越高、工件速度越低、砂輪的縱向進(jìn)給減小，工件表面的每個(gè)部位被砂輪重復(fù)磨削的次數(shù)增加，被磨表面的粗糙度值將減小。（2）砂輪粒度和砂輪修整對表面粗糙度的影響在相同的磨削條件下，砂輪的粒度號數(shù)越大（磨粒越細(xì)），參加磨削的磨粒越多,表面粗糙度值就越小。修整砂輪時(shí)，金剛石筆的縱向進(jìn)給量越小，砂輪表面磨粒的等高性越好，被磨工件的表面粗糙度值就越小。2．物理因素的影響——表面層金屬的塑性變形磨削加工中，往往是影響表面粗糙度的決定性因素。（1）磨削用量的影響3.2.2磨削加工后的表面粗糙度1．幾何因

砂輪速度越高，表層金屬的塑性變形減小，磨削表面的粗糙度值將明顯減?。还ぜ俣仍黾?，塑性變形增加，表面粗糙度值將增大；磨削深度增大，塑性變形將隨之增大，被磨的表面粗糙度值會增大。（2）砂輪的選擇

粒度：單純從幾何因素考慮，砂輪磨粒越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細(xì)時(shí)，砂輪易被磨屑堵塞，若導(dǎo)熱情況不好，反而會在加工表面產(chǎn)生燒傷等現(xiàn)象，使表面粗糙度值增大。砂輪粒度常取為46-60號。

砂輪的硬度（不是磨料的硬度）：磨粒在磨削力作用下從砂輪上脫落的難易程度。砂輪選得太硬，磨粒不易脫落，“自銳”性差，磨鈍的磨粒不能及時(shí)被新磨粒替代，使表面粗糙度值增大；砂輪選得太軟，磨粒易脫落，“保形”性差，磨削作用減弱，也會使表面粗糙度值增大。通常選用中軟砂輪。

砂輪的材料：選擇適當(dāng)，可獲得滿意的表面粗糙度