445加工表面質(zhì)量和精度解讀課件

機(jī)械工程師資格考試第四部分機(jī)械制造工藝11/27/20231南京理工大學(xué)4.4.5加工表面質(zhì)量和精度機(jī)械加工質(zhì)量11/27/20232南京理工大學(xué)1.機(jī)械加工精度

加工精度：是指零件加工后，其幾何參數(shù)的實(shí)際數(shù)值與圖紙規(guī)定的設(shè)計(jì)數(shù)值相符合的程度?！畛叽缇?/p>

☆幾何形狀精度

☆相互位置精度1）加工精度的概念11/27/20233南京理工大學(xué)1）加工精度的概念☆尺寸精度☆相互位置精度☆幾何形狀精度加工表面的實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的符合程度（公差帶的寬度和公差帶的位置）在國(guó)標(biāo)中尺寸公差分20級(jí)（IT01、IT0、IT1~IT18）加工表面的實(shí)際幾何要素與理想幾何要素的符合程度在國(guó)標(biāo)中形狀公差有六項(xiàng)：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。加工表面的實(shí)際幾何要素的位置與理想幾何要素的位置的符合程度國(guó)標(biāo)中位置公差有八項(xiàng)平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對(duì)稱(chēng)度、位置度、圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)。11/27/20234南京理工大學(xué)2）加工誤差與原始誤差加工誤差原始誤差包括機(jī)床、夾具、刀具及工件在內(nèi)的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差。指零件加工后，其幾何參數(shù)的實(shí)際數(shù)值與圖紙規(guī)定的設(shè)計(jì)數(shù)值不符合的程度，即實(shí)際數(shù)值與設(shè)計(jì)數(shù)值之差。工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的力、熱效應(yīng)引起的變形加工過(guò)程其他原始誤差原始誤差的來(lái)源（工藝系統(tǒng)）11/27/20235南京理工大學(xué)工藝系統(tǒng)的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)的力、熱效應(yīng)引起的變形加工過(guò)程其他原始誤差原始誤差的來(lái)源（工藝系統(tǒng)）機(jī)床（主軸、導(dǎo)軌、傳動(dòng)鏈）、夾具（定位、對(duì)刀、分度等）、刀具等的制造誤差及磨損工藝系統(tǒng)受力變形（切削、夾緊、慣性等力）工藝系統(tǒng)熱變形（切削熱、摩擦熱、其他熱等）工件殘余應(yīng)力引起的變形（變形、金相組織等）加工原理誤差（近似的成形運(yùn)動(dòng)、刀具刃形等)工件定位誤差（定位方案本身）調(diào)整誤差（安裝、測(cè)量工具、試切與實(shí)切的切削參數(shù)差異等）測(cè)量誤差（測(cè)量方法、環(huán)境條件、人為因素等）11/27/20236南京理工大學(xué)原始誤差與加工誤差的關(guān)系原始誤差對(duì)加工誤差的影響主要是它在加工（工序）尺寸方向上的分量的大小的作用。一般是切削加工表面的法向。原始誤差在該方向?qū)庸ぞ扔绊懽畲?。誤差敏感方向一般是切削加工表面的切向。原始誤差在該方向?qū)庸ぞ扔绊懽钚?。誤差不敏感方向11/27/20237南京理工大學(xué)3)獲得加工精度的方法試切法：通過(guò)試切——測(cè)量——調(diào)整——再試切獲得尺寸精度的方法⑴尺寸精度的獲得方法調(diào)整法：通過(guò)預(yù)調(diào)好的機(jī)床、夾具、刀具、工件的相對(duì)位置，來(lái)保證一批工件尺寸精度的方法。定尺寸刀具法：用一定形狀和尺寸的刀具加工獲得。自動(dòng)控制法：用一定的測(cè)量、進(jìn)給及控制裝置，邊加工邊測(cè)量邊調(diào)整，自動(dòng)完成一個(gè)加工循環(huán)。11/27/20238南京理工大學(xué)3)獲得加工精度的方法⑵形狀精度的獲得方法成形運(yùn)動(dòng)法軌跡成形法:利用刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)獲得形狀。成形刀具法：利用成形刀具加工獲得表面形狀。展成法：利用刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使工件被刀具切削成一定形狀的包絡(luò)線所構(gòu)成的加工表面。非成形運(yùn)動(dòng)法人工修配樣板加工劃線加工11/27/20239南京理工大學(xué)3)獲得加工精度的方法⑶位置精度的獲得方法主要由機(jī)床和夾具精度以及工件的安裝精度來(lái)保證。裝夾的方式：直接找正裝夾劃線找正裝夾夾具裝夾。11/27/202310南京理工大學(xué)直接找正裝夾11/27/202311南京理工大學(xué)劃線找正裝夾11/27/202312南京理工大學(xué)夾具裝夾11/27/202313南京理工大學(xué)4)工藝系統(tǒng)幾何誤差機(jī)床精度取決于其制造精度、裝配精度及磨損情況。主要有主軸誤差、導(dǎo)軌誤差、傳動(dòng)鏈誤差等。⑴機(jī)床誤差幾何偏心回轉(zhuǎn)誤差直線度誤差導(dǎo)軌扭曲純角度擺動(dòng)純徑向跳動(dòng)純軸向竄動(dòng)主軸誤差導(dǎo)軌誤差傳動(dòng)鏈誤差11/27/202314南京理工大學(xué)

車(chē)床加工將產(chǎn)生同軸度、垂直度等位置誤差；鏜床和鉆床會(huì)造成孔徑的擴(kuò)大。主軸誤差主軸幾何偏心引起的誤差11/27/202315南京理工大學(xué)主軸回轉(zhuǎn)誤差分析11/27/202316南京理工大學(xué)主軸純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響車(chē)削外圓、鏜孔時(shí)產(chǎn)生圓度誤差。主軸純角度擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響車(chē)削加工時(shí)產(chǎn)生圓度、圓柱度或端面形狀誤差；鏜削加工時(shí)將產(chǎn)生圓度或圓柱度誤差主軸純軸向竄動(dòng)對(duì)加工精度的影響端面跳動(dòng)、螺距周期誤差。11/27/202317南京理工大學(xué)主軸誤差對(duì)加工精度的影響要具體情況具體分析

鏜床鏜孔時(shí)刀具隨機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)，切削力和誤差敏感方向也在變化，軸線的位置變化會(huì)直接反映到工件上去。

車(chē)削是工件回轉(zhuǎn)，切削力和誤差敏感方向不變，只有水平方向誤差才1:1地反映到工件上。相同的誤差對(duì)于不同加工方法影響各不相同。最大可能11/27/202318南京理工大學(xué)提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施提高主軸部件的制造精度，選用高精度滾動(dòng)軸承或采用動(dòng)壓、靜壓軸承（剛度高、回轉(zhuǎn)精度高）；對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊，以消除間隙或產(chǎn)生微量過(guò)盈，提高軸承剛度。采用合理的工藝方法來(lái)消除主軸回精度對(duì)加工精度的影響，主軸只起傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用。☆采用固定頂尖定位加工，工件軸線不變☆采用電磁無(wú)心磨削加工11/27/202319南京理工大學(xué)工件與主軸之間有偏心量產(chǎn)生傳遞扭矩，切削力與電磁力合力使工件緊貼在可調(diào)支承，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)與工件定位無(wú)關(guān)。11/27/202320南京理工大學(xué)導(dǎo)軌誤差（以車(chē)削為例）直線度誤差：

導(dǎo)軌扭曲：螺紋加工、齒輪加工等要求刀具與工件間保持固定的傳動(dòng)關(guān)系，傳動(dòng)誤差將影響螺紋導(dǎo)程、齒輪的分度精度等。傳動(dòng)誤差11/27/202321南京理工大學(xué)⑵刀具誤差

展成法：加工表面是無(wú)數(shù)刀刃軌跡的包絡(luò)面，刀刃形狀為加工表面的共扼曲線，刀具誤差會(huì)影響加工表面的形狀誤差。

軌跡法：工件表面是刀尖與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)面。

定尺寸刀具：如鉆頭、鉸刀、拉刀等，尺寸、形狀直接影響工件尺寸和形狀精度。刀具磨損：直接影響刀具的尺寸、形狀等，進(jìn)而影響加工工件的尺寸和形狀。刀具誤差包括刀刃廓形制造、刃磨誤差及刀具安裝誤差。成形法：刀具表面廓形“復(fù)印”到加工表面上。安裝誤差也直接影響加工表面形狀精度。例如：車(chē)削螺紋，車(chē)刀安裝偏高或偏低，三角形牙型輪廓會(huì)變成雙曲線。11/27/202322南京理工大學(xué)⑶夾具制造誤差定位元件、刀具導(dǎo)向裝置、對(duì)刀裝置、分度機(jī)構(gòu)以及夾具體等零件及組件的制造、裝配誤差。夾具磨損引起的定位誤差。夾具制造誤差主要是：⑷工件的裝夾誤差裝夾不正確、夾緊變形等⑸測(cè)量誤差測(cè)量是對(duì)加工的引導(dǎo)，測(cè)量方法、原理、水平等引起的誤差均會(huì)造成誤導(dǎo)。11/27/202323南京理工大學(xué)5)工藝系統(tǒng)受力變形指加到系統(tǒng)上的作用力P與由它產(chǎn)生的在作用力方向上的位移y的比值。即K=P/y⑴工藝系統(tǒng)的剛度機(jī)械加工過(guò)程中，在重力、切削力、慣性力、傳動(dòng)力等外力作用下，工藝系統(tǒng)都會(huì)變形，破壞刀具與工件間的正確位置，從而產(chǎn)生加工誤差。指垂直于待加工表面的切削分力Py與工件在Py方向的位移之比值。K=Py/y剛度工藝系統(tǒng)的剛度11/27/202324南京理工大學(xué)工藝系統(tǒng)的變形包括：工件的變形、機(jī)床的變形、夾具的變形和刀具的變形等。即所以工藝系統(tǒng)剛度的一般形式為11/27/202325南京理工大學(xué)⑵切削力對(duì)加工精度的影響誤差復(fù)映：有形狀誤差（或相互位置誤差）的工件毛坯，加工時(shí)，因加工余量不均，引起切削力變化，使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生變形。由此形成的形狀誤差（或位置誤差）仍以與毛坯相似的形式、程度不同地反映在新的加工表面上。

ε為小于1的正數(shù)，每次切削的復(fù)映系數(shù)為

1，

2，

3…最終誤差復(fù)映系數(shù)為ε=

1·2·3

…?1，故切削次數(shù)越多這種“復(fù)映”的誤差越小。工件誤差Δg對(duì)毛坯誤差Δm的復(fù)映程度稱(chēng)為誤差復(fù)映系數(shù)ε。即ε=Δg/Δm11/27/202326南京理工大學(xué)例：車(chē)削加工短圓柱毛坯。該毛坯有圓度誤差（橢圓），系統(tǒng)剛度可近似看成常數(shù)。因此切削過(guò)程中由于背吃刀量的不斷變化，系統(tǒng)的變形量也隨之變化，導(dǎo)致加工后的表面仍為橢圓。因y系統(tǒng)=Fp/k系統(tǒng)，所以上式可表達(dá)為11/27/202327南京理工大學(xué)車(chē)削細(xì)長(zhǎng)工件細(xì)長(zhǎng)工件剛度低，切削時(shí)工件產(chǎn)生彎曲變形而讓刀，且不同的部位變形程度不同，加工工件為腰鼓形。11/27/202328南京理工大學(xué)車(chē)削短而粗的剛性軸短軸剛度高，切削時(shí)工藝系統(tǒng)（主要是機(jī)床）的各部分剛度不等，不同的部位變形程度不同而讓刀，加工工件為馬鞍形，且最小直徑出現(xiàn)在中間靠近剛度高的一側(cè)。在刀具切削點(diǎn)處，工件軸線的位移yx為

工藝系統(tǒng)的總變形量為yx和y刀架的簡(jiǎn)單疊加為11/27/202329南京理工大學(xué)切削力作用的其他情況11/27/202330南京理工大學(xué)⑶慣性力對(duì)加工精度的影響單爪撥盤(pán)產(chǎn)生離心力而產(chǎn)生定位端面位置誤差；傳遞力矩與切削力矩平衡，徑向變形是切削力與傳動(dòng)力所引起的變形量的疊加，結(jié)果為：心臟線輪廓。11/27/202331南京理工大學(xué)⑷夾緊力對(duì)加工精度的影響11/27/202332南京理工大學(xué)⑸重力對(duì)加工精度的影響11/27/202333南京理工大學(xué)減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施①提高工藝系統(tǒng)的剛度包括結(jié)構(gòu)剛度、連接剛度、接觸剛度等。工藝裝備自身剛度不足。機(jī)床、刀具、夾具都可能存在此類(lèi)問(wèn)題。零件相互之間使用的連接件剛度不足。零件表面的宏觀、微觀幾何誤差使實(shí)際接觸面積減小而引起的剛度不足。結(jié)構(gòu)剛度連接剛度接觸剛度11/27/202334南京理工大學(xué)減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施②控制受力大小和方向

通過(guò)合理選擇切削參數(shù)、刀具角度控制切削力或分力的大?。焕脤?duì)稱(chēng)性抵消作用力；浮動(dòng)鏜刀、雙刃鏜刀、對(duì)稱(chēng)切削、質(zhì)量偏心時(shí)采用平衡塊平衡等。改變切削力的方向，避開(kāi)誤差敏感方向。11/27/202335南京理工大學(xué)減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施通過(guò)一定的工藝措施減小系統(tǒng)已有誤差對(duì)加工精度的影響。消除主軸回轉(zhuǎn)原始誤差對(duì)工件加工的影響11/27/202336南京理工大學(xué)減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施改變走刀方向減小受力變形的影響11/27/202337南京理工大學(xué)６）減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施③采用合理的裝夾和加工方式11/27/202338南京理工大學(xué)６）減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施④縮短切削力作用點(diǎn)和支承點(diǎn)的距離，也可使用輔助支承提高零件剛度。如使用中心架、跟刀架等⑤合理使用機(jī)床

懸伸長(zhǎng)度短、運(yùn)動(dòng)間隙小、不運(yùn)動(dòng)部件要鎖緊。11/27/202339南京理工大學(xué)⑥其它措施補(bǔ)償系統(tǒng)受力變形減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施11/27/202340南京理工大學(xué)⑥其它措施轉(zhuǎn)移誤差敏感方向減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施11/27/202341南京理工大學(xué)⑥其它措施轉(zhuǎn)移誤差減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施11/27/202342南京理工大學(xué)６）工藝系統(tǒng)熱變形工藝系統(tǒng)熱源

切削熱、傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦能耗發(fā)熱、派生熱源（切屑、冷卻液落在床身上）、外部熱源。工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響（1）機(jī)床由于各部分受熱不均勻，發(fā)生彎曲和扭曲變形，降低了機(jī)床幾何精度，影響加工精度；（2）加工短小工件時(shí)可以忽略，但測(cè)量時(shí)要考慮熱脹冷縮；（3）車(chē)長(zhǎng)軸時(shí)，溫度逐漸升高，刀具和工件變形漸大，切除量逐漸增大，加工工件產(chǎn)生圓柱度誤差。均勻熱變形量計(jì)算：（4）工件單面受力（如銑、刨、磨等），一面受熱，工件上拱，加工后加工表面出現(xiàn)中凹。11/27/202343南京理工大學(xué)減少熱變形影響的措施減少發(fā)熱源：分離電機(jī)、液壓系統(tǒng)等；熱補(bǔ)償：均化溫度場(chǎng)。如對(duì)機(jī)床的某些部位進(jìn)行加熱，使各部分溫度均勻，以達(dá)到減小熱變性的目的；保持系統(tǒng)熱平衡：加工前先預(yù)熱，平衡后在加工；環(huán)境恒溫。11/27/202344南京理工大學(xué)例：1.工件剛度極大，床頭剛度大于床尾，分析加工后加工表面形狀誤差。

(a)左小右大錐形；(b)形成內(nèi)凹端面；(c)馬鞍形，小徑靠床頭。

2.車(chē)削工件，產(chǎn)生圖示誤差，分析主要原因。(a)錐形：導(dǎo)軌與主軸不平行、刀具磨損；(b)腰鼓形：工件剛性差，產(chǎn)生讓刀；(c)馬鞍形：工件剛性好，機(jī)床兩端剛性差。11/27/202345南京理工大學(xué)7）工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形⑴工件的內(nèi)應(yīng)力是指當(dāng)外載荷去掉后仍然存在于工件內(nèi)部的應(yīng)力。存在內(nèi)應(yīng)力時(shí)工件處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，應(yīng)力變化將產(chǎn)生變形。⑵內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因①毛坯制造中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力在鑄造、鍛造、焊接及熱處理中工件受熱不均及金相組織變化時(shí)體積的變化而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。11/27/202346南京理工大學(xué)表面（薄的部位）先冷卻凝固芯部（厚的部位）后冷卻金相組織變化會(huì)引起材料密度變化馬氏體的密度小（γ馬=7.75）奧氏體的密度大（γ奧=7.96）局部相變體積變大時(shí)受壓應(yīng)力局部相變體積縮小時(shí)受拉應(yīng)力先冷卻部分受壓應(yīng)力后冷卻部分受拉應(yīng)力11/27/202347南京理工大學(xué)剛性較差的、易變形的細(xì)長(zhǎng)工件，采用冷校直的方法糾正彎曲變形時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。切削過(guò)程中切削塑性變形、相變等使工件表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。彈性變形區(qū)域塑性變形區(qū)域②冷校直引起內(nèi)應(yīng)力③切削加工過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力11/27/202348南京理工大學(xué)⑶消除內(nèi)應(yīng)力的措施合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)：鑄件、鍛件壁厚均勻，焊接件焊縫分布均勻等；盡量不采用冷校直工藝：精密件嚴(yán)禁冷校直，可熱校直或加大余量多切削；合理安排時(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力；合理安排工藝過(guò)程：粗加工后過(guò)一定時(shí)間后再精加工，或者粗加工后松開(kāi)工件重新以較小的力裝夾等，都可以收到較好的效果。11/27/202349南京理工大學(xué)2.加工表面質(zhì)量表面微觀幾何形狀：

表面粗糙度（S/H<40）表面波度（50<S/H<1000)表面層物理機(jī)械性能：表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層相變1）表面質(zhì)量的概念指零件加工后的表面微觀幾何形狀和表面的物理力學(xué)性能狀態(tài)。表面質(zhì)量包括：表面質(zhì)量對(duì)零件的耐磨性、疲勞性能、配合性能、耐腐蝕性等有很大影響11/27/202350南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑴對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙的影響重載荷輕載荷

表面粗糙度太大和太小都不耐磨。表面粗糙時(shí)，高點(diǎn)干摩擦，磨損快；表面太光潔時(shí)潤(rùn)滑油無(wú)法進(jìn)入，造成材料粘結(jié)磨損。表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)一般為Ra0.32~1.25μm11/27/202351南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑴對(duì)零件耐磨性的影響表面硬化的影響加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因?yàn)樗鼓Σ粮北砻鎸咏饘俚娘@微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏松”，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。11/27/202352南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑴對(duì)零件耐磨性的影響金相組織變化的影響切削過(guò)程的金相組織變化時(shí)工件表面硬度變化（一般會(huì)使工件硬度降低）而影響耐磨性。11/27/202353南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑵對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度的影響

表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。

對(duì)承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。

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，其抗疲勞破壞的能力越差。11/27/202354南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑵對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面硬化的影響表面層硬度、強(qiáng)度適當(dāng)提高，使微觀裂紋的形成、擴(kuò)展受阻，可以提高疲勞強(qiáng)度；過(guò)度硬化會(huì)產(chǎn)生裂紋，使疲勞強(qiáng)度降低。殘余應(yīng)力的影響殘余拉應(yīng)力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度。殘余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。11/27/202355南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑶對(duì)零件配合性質(zhì)的影響表面粗糙度的影響零件之間的配合性質(zhì)取決于過(guò)盈量和間隙值的大小，表面粗糙度的存在會(huì)影響有效過(guò)盈量和間隙值。表面粗糙度越大，初期磨損越快，對(duì)配合性質(zhì)的影響也越大。殘余應(yīng)力的影響表面層存在殘余應(yīng)力時(shí)，會(huì)影響配合尺寸的穩(wěn)定性，從而影響零件的配合性質(zhì)。11/27/202356南京理工大學(xué)2）表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響⑷對(duì)零件耐腐蝕性能的影響表面粗糙度的影響零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。殘余應(yīng)力的影響零件表面殘余壓應(yīng)力時(shí)使零件表面組織緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性；而表面殘余拉應(yīng)力時(shí)，則會(huì)降低零件耐腐蝕性。11/27/202357南京理工大學(xué)3）影響加工表面粗糙度主要因素及其控制表面粗糙度產(chǎn)生的原因H=f/(cotκr+cotκr′)H=f2/(8rε)⑴殘留面積11/27/202358南京理工大學(xué)表面粗糙度產(chǎn)生的原因③刃口擠壓塑性變形（2）切削過(guò)程中塑性變形及其它物理因素引起的粗糙度①積屑瘤②鱗刺較低速切削塑性較差的材料產(chǎn)生節(jié)狀（或粒狀）切屑，切屑在前刀面上周期性停留代替前刀面推擠切削層，使塑性變形向切線以下延伸，造成已加工表面拉應(yīng)力太大而導(dǎo)裂形成鱗片狀的毛刺。④材料脆性11/27/202359南京理工大學(xué)選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度?！顪p小表面粗糙度的措施①切削速度加工塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度的影響主要與積屑瘤、鱗刺的產(chǎn)生有關(guān)。此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小⑴選擇合適的切削條件11/27/202360南京理工大學(xué)對(duì)表面粗糙度無(wú)直接影響。☆減小表面粗糙度的措施②進(jìn)給量減小進(jìn)給量可以減小殘留面積高度，所以可減小表面粗糙度值。⑴

選擇合適的切削條件③背吃刀量進(jìn)給量、背吃刀量都不能太小，否則由于刀刃圓弧的存在無(wú)法切入切削層，在加工表面上引起附加的塑性變形，使表面粗糙度值加大。11/27/202361南京理工大學(xué)☆減小表面粗糙度的措施④切削液⑴選擇合適的切削條件切削液冷卻、潤(rùn)滑作用減小切屑、工件、刀具之間的摩擦降低切削區(qū)的溫度減小表面粗糙度值減小切削過(guò)程的塑性變形抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生11/27/202362南京理工大學(xué)☆減小表面粗糙度的措施②刀具材料⑵合理選用刀具幾何參數(shù)和刀具材料①刀具幾何參數(shù)刀尖圓弧半徑、主偏角直接影響殘留面積高度；增大前角，塑性變形減小，Ra?。辉龃蠛蠼?，刀具與工件的摩擦減小，Ra??；刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角；提高刀具的刃磨質(zhì)量。主要從減小積屑瘤產(chǎn)生的角度分析：采用與工件材料分子親和力小的刀具材料；選擇硬度、強(qiáng)度較高的刀具材料；11/27/202363南京理工大學(xué)☆減小表面粗糙度的措施②材料的晶粒⑶改善工件材料的性能和金相組織①材料的塑性中低速切削時(shí)，工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。對(duì)低碳鋼進(jìn)行正火處理、對(duì)中碳鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理、對(duì)高碳鋼進(jìn)行退火，可以改善切削性能，減小表面粗糙度。加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。同樣材料晶粒組織大↑→Ra↑，常用正火、調(diào)質(zhì)處理11/27/202364南京理工大學(xué)☆減小表面粗糙度的措施減小表面粗糙度；改變表面應(yīng)力狀態(tài)（壓應(yīng)力）；表面形變強(qiáng)化；有利于提高疲勞強(qiáng)度和硬度，延長(zhǎng)使用壽命。⑷使用特殊的加工方法細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具Ra0.1~0.5，精車(chē)Ra0.1金剛石車(chē)刀，超高速（3000m/min）精車(chē)Ra≤0.025①微量切削②滾壓加工、噴丸、碾光⑸提高工藝系統(tǒng)的抗振性⑹采用超精加工、珩磨等光整加工方法作為最終工序11/27/202365南京理工大學(xué)4）影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素及其控制影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素表面層物理力學(xué)性能塑變引起的冷硬金相組織變化引起的硬度變化冷塑性變形熱塑性變形金相組織變化切削熱影響金相組織變化因素影響顯微硬度因素影響殘余應(yīng)力因素11/27/202366南京理工大學(xué)⑴表面層的冷作硬化①表面層加工硬化的產(chǎn)生機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎裂，從而使表面層的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)冷作硬化或形變強(qiáng)化。②衡量表面層加工硬化的指標(biāo)衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有下列三項(xiàng)：1）表面層的顯微硬度HV；2）硬化層深度h；3）硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0×100％式中HV0——工件原表面層的顯微硬度11/27/202367南京理工大學(xué)③影響表面層加工硬化的因素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↑削用量的影響切削速度v↑→塑性變形↓→冷硬↓進(jìn)給量f↑→切削力↑→塑性變形↑→冷硬↑工件材料性能的影響材料塑性↑→塑性變形↑→冷硬↑11/27/202368南京理工大學(xué)⑵表面層殘余應(yīng)力機(jī)械加工中工件表面層材料發(fā)生塑性變形時(shí)，在表面層與基體材料的交界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的作用力。這種內(nèi)力即為表面層的殘余應(yīng)力。①冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力工件表面受到擠壓與摩擦?xí)r，大多是法向被壓縮、切向被拉伸，而基體在阻礙表層的塑性變形時(shí)，自身也發(fā)生彈性變形。切削后，基體彈性回復(fù)，在塑性變形的表層與基體之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。表層為壓應(yīng)力，而里層為拉伸應(yīng)力。11/27/202369南京理工大學(xué)②熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力表層受熱發(fā)生塑性變形，冷卻時(shí)受到基體的阻礙而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層由于表層的收縮作用產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。③金相組織變化引起的殘余應(yīng)力比容大的組織→比容小的組織→體積收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力，反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。（密度小，比容大）回火燒傷→表層拉應(yīng)力（馬氏體γ=7.75→索氏體γ=7.78）退火燒傷→表層拉應(yīng)力（馬氏體γ=7.75→奧氏體γ=7.96）淬火燒傷→表層壓應(yīng)力（表層回火馬氏體→淬火馬氏體γ=7.75、內(nèi)部回火馬氏體→索氏體γ=7.78）11/27/202370南京理工大學(xué)表面殘余應(yīng)力狀態(tài)磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。在磨削過(guò)程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過(guò)工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。