《加工质量》PPT课件.ppt

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1、第四章第四章机械加工表面质量机械加工表面质量研究研究机械加工表面质量机械加工表面质量意义与目的意义与目的任何机械加工所得到的零件表面，实际任何机械加工所得到的零件表面，实际上都不是完全理想的表面。实践表明，机械上都不是完全理想的表面。实践表明，机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。这零件的破坏，一般总是从表面层开始的。这说明零件的表面质量是至关重要的，它对产说明零件的表面质量是至关重要的，它对产品的质量有很大影响。品的质量有很大影响。研究加工表面质量的目的研究加工表面质量的目的:就是要掌握就是要掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便应用这

2、些规律控制加工影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高加工表面质量、提高过程，最终达到提高加工表面质量、提高产品使用性能的目的。产品使用性能的目的。第四章第四章 机械加工表面质量机械加工表面质量第一节第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响第二节第二节 影响加工表面粗糙度的工艺因素及其影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改进措施改进措施第三节第三节 影响表层金属力学物理性能的工艺因影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施素及其改进措施第四节第四节 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动第一节第一节 加工表面质量加工表面质量及其对使用性能的影响及

3、其对使用性能的影响一、加工表面质量的概念一、加工表面质量的概念（一）加工表面的几何形状误差（一）加工表面的几何形状误差（二）表面层金属的力学物理性能和化（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能学性能二、加工表面质量对机器零件使二、加工表面质量对机器零件使用性能的影响用性能的影响（一）表面质量对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响一、加工表面质量的概念一、加工表面质量的概念加工表面质量包括两个方面的内容：加工表

4、面质量包括两个方面的内容：1加工表面的几何形状误差；加工表面的几何形状误差；2表面层金属的力学物理性能和化学性能表面层金属的力学物理性能和化学性能。（一）加工表面的几何形状误差（一）加工表面的几何形状误差加工表面的几何形状误差，包括如下四个部加工表面的几何形状误差，包括如下四个部分：分：1）表面粗糙度）表面粗糙度2）波度）波度3）纹理方向）纹理方向 4）伤痕）伤痕5.1 5.1 概述概述 表面粗糙度表面粗糙度：加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差。一、机械加工表面质量的含义一、机械加工表面质量的含义5.1 5.1 概述概述 一、机械加工表面质量的含义一

5、、机械加工表面质量的含义表面波度表面波度：介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。1）表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差。其波长与波高比值一般观几何形状误差。其波长与波高比值一般小于小于50。2）波度波度 加工表面不平度中波长与波高的比加工表面不平度中波长与波高的比值等于值等于501000的几何形状误差称为波度，的几何形状误差称为波度，它是由机械加工中的振动引起的。当波长它是由机械加工中的振动引起的。当波长与波高比值大于与波高比值大于1000时，称为宏观几何形时，称为宏观几何形

6、状误差。例如：圆度误差。圆柱度误差等，状误差。例如：圆度误差。圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴，不在本章讨论之它们属于加工精度范畴，不在本章讨论之列。列。宏观几何形状误差（平面度、圆度等）宏观几何形状误差（平面度、圆度等）波长波长/波高波高10001000波度波度 波长波长/波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性表面粗糙度表面粗糙度 波长波长/波高波高5050 a）波度 b）表面粗糙度 图4-2 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ3）纹理方向纹理方向 纹理方向是指表面刀纹的方向，纹理方向是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的机械加它取决于表面形成过

7、程中所采用的机械加工方法。图工方法。图4-2给出了各种纹理方向及其符给出了各种纹理方向及其符号标注。号标注。4）伤痕伤痕 伤痕是在加工表面上一些个别位置伤痕是在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。一例如砂眼、气孔、裂痕上出现的缺陷。一例如砂眼、气孔、裂痕等。等。5.1 5.1 概述概述 一、机械加工表面质量的含义一、机械加工表面质量的含义表面加工纹理表面加工纹理：表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。5.1 5.1 概述概述 一、机械加工表面质量的含义一、机械加工表面质量的含义伤痕伤痕：在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等

8、，它们大多随机分布。（二）表面层金属的力学物理性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能和化学性能由于机械加工中由于机械加工中力因素力因素和和热因素热因素的综合的综合作用，加工表面层金属的力学物理性能和化作用，加工表面层金属的力学物理性能和化学性能将发生一定的变化，主要反映在以下学性能将发生一定的变化，主要反映在以下几个方面：几个方面：l）表面层金属的冷作硬化表面层金属的冷作硬化 在机械加工在机械加工过程中，工件表面层金属都会有一定程度的过程中，工件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化。使表面层金属的显微硬度有所提冷作硬化。使表面层金属的显微硬度有所提高。高。表面层金属硬度的变化用表面层金属硬

9、度的变化用硬化程度硬化程度和和深度深度两两个指标来衡量。个指标来衡量。一般情况下，硬化层的深度可达一般情况下，硬化层的深度可达0.050.30mm；若采用液压加工，硬化层的深度可若采用液压加工，硬化层的深度可达几个毫米。达几个毫米。2）表面层金属的金相组织）表面层金属的金相组织 机械加工过机械加工过程中，由于切削热的作用会引起表面层金属程中，由于切削热的作用会引起表面层金属的金相组织发生变化。在磨削淬火钢时，由的金相组织发生变化。在磨削淬火钢时，由于磨削热的影响会引起淬火钢的马氏体的分于磨削热的影响会引起淬火钢的马氏体的分解，或出现回火组织等等。解，或出现回火组织等等。3）表面层金属的残余应力

10、）表面层金属的残余应力 由于切削力由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织的变生不同程度的塑性变形或产生金相组织的变化，使表层金属产生残余应力。化，使表层金属产生残余应力。（一）表面质量对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响二、加工表面质量对零件使用二、加工表面质量对零件使用性能的影响性能的影响由于零件表面存在微观不平度，当两个由

11、于零件表面存在微观不平度，当两个零件表面相互接触时，实际上有效接触面积零件表面相互接触时，实际上有效接触面积只是名义接触面积的一小部分，表面越粗糙，只是名义接触面积的一小部分，表面越粗糙，有效接触面积就越小。有效接触面积就越小。1表面粗糙度对耐磨性的影响表面粗糙度对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响在两个零件做相对运动时，分这初期磨损，正常磨损，在两个零件做相对运动时，分这初期磨损，正常磨损，快速磨损三个阶段。快速磨损三个阶段。（1）初期磨损：由于接触面小，压强大，在接触点的）初期磨损：由于接触面小，压强大，在接触点的凸峰处会产生弹性变形、塑性变形及剪切等现象

12、，这样凸峰处会产生弹性变形、塑性变形及剪切等现象，这样凸峰很快就会被磨掉。被磨掉的金属微粒落在相配合的凸峰很快就会被磨掉。被磨掉的金属微粒落在相配合的摩擦表面之间，会加速磨损过程。因此，零件表面在初摩擦表面之间，会加速磨损过程。因此，零件表面在初期磨损阶段的磨损速度很快，起始磨损量较大（图期磨损阶段的磨损速度很快，起始磨损量较大（图4-3）。）。（2）正常磨损：随着磨损的发展，有效接触面积不断）正常磨损：随着磨损的发展，有效接触面积不断增大，压强也逐渐减小，磨损速度变慢，进人正常磨损增大，压强也逐渐减小，磨损速度变慢，进人正常磨损阶段。阶段。（3）快速磨损：由于有效接触面积越来越大，零件间）快

13、速磨损：由于有效接触面积越来越大，零件间的金属分子亲和力增加，表面的机械咬合作用增大，使的金属分子亲和力增加，表面的机械咬合作用增大，使零件表面又产生急剧磨损而进入快速磨损阶段，此时零零件表面又产生急剧磨损而进入快速磨损阶段，此时零件将不能使用。件将不能使用。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好、但是一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好、但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接且润滑液表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接且润滑液不易储存、磨损反而增加。因此，就磨损而言，不易储存、磨损反而增加。因此，就磨损而言，存在一个存在一个最优表面粗糙度值最优表面粗糙度值。表面粗糙度的最

14、优数值与机器零件工。表面粗糙度的最优数值与机器零件工况有关，图况有关，图4-4给出了不同工况下表面粗糙度数值与起始给出了不同工况下表面粗糙度数值与起始磨损量的关系曲线。载荷加大时，起始磨损量增大，最优磨损量的关系曲线。载荷加大时，起始磨损量增大，最优表面粗糙度数值也随之加大。表面粗糙度数值也随之加大。表表面面粗粗糙糙度度的的最最优优数数值值与与机机器器零零件件工工况况有有关关，图图4-4给给出出了了不不同同工工况况下下表表面面粗粗糙糙度度数数值值与与起起始始磨磨损损量量的的关关系系曲曲线线。载载荷荷加加大大时时，起起始始磨磨损损量量增增大大，最最优优表表面面粗粗糙糙度度数数值值也也随之加大。随

15、之加大。2表面纹理对耐磨性的影响表面纹理对耐磨性的影响 纹理形状及刀纹方向将影响有效接触面积与纹理形状及刀纹方向将影响有效接触面积与润滑液的存留。一般来说，润滑液的存留。一般来说，圆弧状圆弧状，凹坑状凹坑状表面纹理表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。在运动副中，两相对运动零件表面的在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性最的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性最差；其余情况居于上述两

16、种状态之间。但在差；其余情况居于上述两种状态之间。但在重载工况下，由于压强、分子亲和力及润滑重载工况下，由于压强、分子亲和力及润滑液储存等因素的变化，耐磨性规律可能会有液储存等因素的变化，耐磨性规律可能会有所差异。所差异。3冷作硬化对耐磨性的影响冷作硬化对耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。所提高。其主要原因是其主要原因是：冷作硬化使表面层金属的显：冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形，故可减少磨损。部分的弹性变形和塑性变形，故可减少磨损。但并不

17、是说冷作硬化的程度越高，耐磨性也但并不是说冷作硬化的程度越高，耐磨性也越高。越高。图图4-5所示为所示为T7A钢的磨损量随冷作硬化钢的磨损量随冷作硬化程度的变化而变化的情况，当冷作硬化硬度程度的变化而变化的情况，当冷作硬化硬度达达380HBS左右时，耐磨性最佳；如进一步加左右时，耐磨性最佳；如进一步加强冷作硬化，耐磨性反而降低。强冷作硬化，耐磨性反而降低。这这是是因因为为过过度度的的硬硬化化将将引引起起金金属属组组织织的的疏疏松松，在在相相对对运运动动中中可可能能会会产产生生金金属属剥剥落落，在在接接触触面面间间形形成成小小颗颗粒粒，这这会会加加速零件的磨损。速零件的磨损。（1）表面粗糙度值越

18、小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；（2）在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力）在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。集中，产生疲劳裂纹。（3）表面粗糙度对耐疲劳性的影响还与）表面粗糙度对耐疲劳性的影响还与材料对应力集中的敏感材料对应力集中的敏感程度和材料的强度极限有关程度和材料的强度极限有关。钢材对应力集中最为敏感，钢材。钢材对应力集中最为敏感，钢材的强度极限越高，对应力集中的敏感程度就越大。而铸铁和有的强度极限越高，对应力集中的敏感程度就越大。而铸铁和有色金属对应力集中的敏感性较弱。色金属对应力

19、集中的敏感性较弱。（二）表面质量对耐疲劳性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响1表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度对耐疲劳性的影响 表面粗糙度对承表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。2表面层金属的力学物理性质对耐疲表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响劳性的影响 （1）表面层金属的）表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度长，可提高零件的耐疲劳强度。（2）在实际加工中，加工表面在发生冷作硬化的同）在实际加工中，加工表面在发生冷作硬化的同时，必然伴随产生残余应力。残余应力有拉应力和时，必然伴随

20、产生残余应力。残余应力有拉应力和压应力之分，拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降，压应力之分，拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降，而而压缩残余应力则可使耐疲劳强度提高压缩残余应力则可使耐疲劳强度提高。（三）表面质量对耐蚀性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响1表面粗糙度对耐蚀性的影响表面粗糙度对耐蚀性的影响 零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。大气里所含气体和液体与金属表面接触度。大气里所含气体和液体与金属表面接触时，会凝聚在金属表面上而使金属腐蚀。时，会凝聚在金属表面上而使金属腐蚀。表表面粗糙度值越大面粗糙度值越大，加工表面与气体、液体接，加工表面与气体、液体

21、接触的面积越大，腐蚀物质越容易沉积于凹坑触的面积越大，腐蚀物质越容易沉积于凹坑中，中，耐蚀性能就越差耐蚀性能就越差。2表面层力学物理性质对耐蚀性的影响表面层力学物理性质对耐蚀性的影响 当零件表面层有当零件表面层有残余压应力残余压应力时，能够阻止表时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力抵抗腐蚀的能力。（四）表面质量对零件配合质量的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响加工表面如果太粗糙，会影响配合表面的配加工表面如果太粗糙，会影响配合表面的配合质量。合质量。对于间隙配合表面，对于间隙配合表面，由于初期的磨损，原有间隙将由于初期的磨

22、损，原有间隙将因急剧的初期磨损而改变。因急剧的初期磨损而改变。对于过盈配合表面，对于过盈配合表面，表面粗糙度越大，两表面相配表面粗糙度越大，两表面相配合时表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少。合时表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少。对于对于过渡配合表面，过渡配合表面，则兼有上述两种配合的影响。则兼有上述两种配合的影响。表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 对耐磨性影响对耐磨性影响Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷图4-3 表面粗糙度与初始磨损量表面粗糙度值 耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性表面粗糙度值 配合质量表面粗糙度值耐磨性，但有

23、一定限度（图4-3）对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响对耐蚀性影响对耐蚀性影响对配合质量影响对配合质量影响纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好适当硬化可提高耐磨性第二节第二节 影响加工表面粗糙度影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改进措施的工艺因素及其改进措施一、切削加工表面粗糙度一、切削加工表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度（一）几何因素的影响（一）几何因素的影响（二）表面层金属的塑性变形（二）表面层金属的塑性变形-物理因素的物理因素的影响影响加工表面粗糙度加工表面粗糙度 1概述概述 经过切经过切(磨磨)削加工后的表面总会有微观削加工后的表面总会有微观几何形状的不平度，其不平

24、度的高度称几何形状的不平度，其不平度的高度称表面粗糙度。表面粗糙度。粗糙度包括粗糙度包括进给方向的粗糙度进给方向的粗糙度和和切削切削(速度速度)方向的粗糙度方向的粗糙度(见图见图435)。通常所说的。通常所说的粗糙度多指进给方向的粗糙度。粗糙度多指进给方向的粗糙度。一、切削加工表面粗糙度产生的原因及其控制一、切削加工表面粗糙度产生的原因及其控制 (1)切削加工表面粗糙度的成因切削加工表面粗糙度的成因理论粗糙度（残留面积的高度）理论粗糙度（残留面积的高度）、积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺、切削机理的变化切削机理的变化工件相对位置变动工件相对位置变动(颤振颤振)、切削刃损坏切削刃损坏及及刀具的边界磨损刀

25、具的边界磨损。1）切削加工表面粗糙度值主要取决于）切削加工表面粗糙度值主要取决于切削残切削残留面积的高度（理论粗糙度）留面积的高度（理论粗糙度）。影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径圆弧半径r、主偏角主偏角r、副偏角副偏角r，及进给量及进给量f等。等。4.7.1 切削加工表面粗糙度影响因素切削加工表面粗糙度影响因素 图4-60 车削时残留面积的高度直线刃车刀（图直线刃车刀（图4-60a4-60a）（4-31）圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图4-60b4-60b）（4-32）影响因素：影响因素：frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf切削残留面积切

26、削残留面积减小减小f、r、r及加大及加大r，可减小残留面积的高度可减小残留面积的高度2)积屑瘤的影响积屑瘤的影响 积屑瘤对表面质量的影响主要有：积屑瘤对表面质量的影响主要有：积屑瘤不仅在切深方向长大，而且在宽度方向也积屑瘤不仅在切深方向长大，而且在宽度方向也有有长长大大，因因而而会会有有过过切切量量hD的的存存在在。使使得得实实际际切切削削厚厚度度在在hD（hD+hD）之之间间变变化化，从从而而在在切切削削速速度度方方向向刻刻划划出出深深浅浅、宽宽窄窄均不同的犁沟，均不同的犁沟，增大了表面粗糙度增大了表面粗糙度(见图见图4.37)。积积屑屑瘤瘤作作为为整整体体其其底底部部相相对对稳稳定定，但但

27、顶顶部部常常周周期期性性地地生生成成与与脱脱落落，脱脱落落的的部部分分附附着着在在切切屑屑底底部部排排出出，另另一一部部分分碎碎片片则则镶镶嵌嵌在在已加工表面上，从而影响了表面质量已加工表面上，从而影响了表面质量。因因为为积积屑屑瘤瘤的的硬硬度度可可比比刀刀具具高高，故故其其脱脱落落会会造造成成刀刀具具粘粘结结磨磨损，从而增大了加工表面粗糙度。损，从而增大了加工表面粗糙度。积屑瘤形成的条件主要有以下几个方面：积屑瘤形成的条件主要有以下几个方面：工件方面工件方面 一般切削塑性材料呈带状切屑时才有一般切削塑性材料呈带状切屑时才有可能形成积屑瘤。可能形成积屑瘤。刀具方面刀具方面 刀具前角刀具前角o0

28、或较小或或较小或o0，刀具，刀具刃磨质量不好，刀口附近的前后刀面粗糙度值较刃磨质量不好，刀口附近的前后刀面粗糙度值较大、切削刃不平整，易形成积屑瘤。大、切削刃不平整，易形成积屑瘤。切削条件方面切削条件方面 切削速度切削速度Vc中等，进给量中等，进给量f（或切（或切削厚度削厚度hD)较大，不用切削液或切削液不起润滑减较大，不用切削液或切削液不起润滑减摩作用时，易形成积屑瘤。摩作用时，易形成积屑瘤。3)鳞刺的影响鳞刺的影响 切切削削加加工工表表面面在在切切削削速速度度方方向向会会产产生生鱼鱼鳞鳞片片状状的毛刺，称为鳞刺，它使表面粗糙度值加大。的毛刺，称为鳞刺，它使表面粗糙度值加大。鳞鳞刺刺的的特特

29、点点：其其晶晶料料与与基基体体材材料料的的晶晶粒粒相相互互交交错错，二二者者之之间间无无分分界界线线，鳞鳞刺刺表表面面微微观观呈呈鳞鳞片片状状，有有一一定高度，其宽度近似垂直于切削速度方向。定高度，其宽度近似垂直于切削速度方向。塑性金属材料精加工的最大障碍塑性金属材料精加工的最大障碍。高高速速钢钢、硬硬质质合合金金或或陶陶瓷瓷刀刀具具在在切切削削低低碳碳钢钢、中中碳碳钢钢、铬铬钢钢、不不锈锈钢钢、铝铝合合金金、紫紫铜铜等等塑塑性性金金属属时时，无无论论是是车车、刨刨、钻钻、插插、滚滚齿齿、插插齿齿和和螺螺纹纹加加工工上上序序中中都都可可能能产产生生鳞鳞刺刺，它它在在各各种种切切削削速速度度时时

30、，甚甚至至在很低切速下切钢、板牙切螺纹时也能产生。在很低切速下切钢、板牙切螺纹时也能产生。4)切削机理的变化切削机理的变化 在在挤挤裂裂切切屑屑或或单单元元切切屑屑形形成成的的过过程程中中，由由于于单单元元切切入入周周期期性性断断裂裂向向切切削削表表面面以以下下深深入入，在在加加工工表表面面留留下下挤挤裂裂痕痕迹迹面面成成波波浪浪形形(见见图图4.38a)。在在崩崩碎碎切切屑屑形形成成过过程程中中，从从主主切切削削刃刃处处开开始始的的裂裂纹纹在在接接近近主主应应力力方方向向斜斜着着向向下下延延伸伸。造成造成加工表面的凹凸不平加工表面的凹凸不平(见图见图438b)切切削削刃刃两两侧侧的的工工件件

31、材材料料被被挤挤压压后后因因没没有有侧侧面面的的约约束束力力而而产产生生隆隆起起，也也会会使使得得粗粗糙糙度度值加大。值加大。5)切削刃与工件相对位置变动切削刃与工件相对位置变动(颤振颤振)由由于于机机床床主主轴轴轴轴承承回回转转精精度度不不高高及及各各滑滑动动导导轨轨面面的的形形状状误误差差等等使使运运动动机机构构产产生生的的跳跳动动，材材料料不不均均匀匀及及切切屑屑不不连连续续等等造造成成的的切切削削过过程程波波动动(功功削削力力变变化化)，均均会会使使刀刀具具工工件件间间的的位位移移会会发发生生变变化化，从从而而使切削厚度、宽度发生变化。使切削厚度、宽度发生变化。这这些些变变化化的的不不

32、稳稳定定因因素素往往往往会会在在加加工工系系统统中中引引起起自自激激振振动动，使使相相对对位位置置变变化化的的振振幅幅加加大大，以以致致引引起背吃刀量变化，即粗糙度值加大。起背吃刀量变化，即粗糙度值加大。6)切削刃损坏及刀具边界磨损切削刃损坏及刀具边界磨损 切削刃损坏使粗糙度值加大。切削刃损坏使粗糙度值加大。副副后后刀刀面面上上产产生生边边界界磨磨损损时时(见见图图4.40a)，在在加加工工表表面面上上会会形形成成锯锯齿齿状状凸凸起起(见见图图4.40b)、使使粗粗糙度值加大糙度值加大 控制表面粗糙度的措施控制表面粗糙度的措施1)刀具方面刀具方面适当减小适当减小r、r及加大及加大r，可减小残留

33、面积，可减小残留面积的高度的高度Rmax增大增大o，使塑性变形减小，也有利于抑制积屑，使塑性变形减小，也有利于抑制积屑瘤和鳞刺的生成：瘤和鳞刺的生成：采用稍大于采用稍大于f的修光刃的修光刃(即即r=0)。如：宽刃刨。如：宽刃刨刀或车刀、带修光刃的端铣刀，均能减小刀或车刀、带修光刃的端铣刀，均能减小Rmax。提高刀面和切削刃的刃磨质量，减小刀面和切提高刀面和切削刃的刃磨质量，减小刀面和切削刃的表面粗糙度，减小与加工表间摩擦及粗削刃的表面粗糙度，减小与加工表间摩擦及粗糙度的复映、有利于抑制积屑瘤和鳞刺的生成。糙度的复映、有利于抑制积屑瘤和鳞刺的生成。采用能减小与钢的摩擦系数的采用能减小与钢的摩擦系

34、数的TiN、TiC涂层涂层刀具，以减小粘结和积屑瘤、鳞刺的生成。刀具，以减小粘结和积屑瘤、鳞刺的生成。严格控制刀具磨损值，特别是后刀面磨损和边严格控制刀具磨损值，特别是后刀面磨损和边界磨损，要从时换刀。界磨损，要从时换刀。2)工件方面工件方面 加加工工塑塑性性较较大大的的低低碳碳钢钢时时，可可预预先先将将工工件件进进行行调调质质处处理理，提提高高其其硬硬度度、降降低低塑塑性性，就就可抑制积屑瘤和鳞刺的生长，减小粗糙度。可抑制积屑瘤和鳞刺的生长，减小粗糙度。金相组织粗大的材料，常在精加工前进行金相组织粗大的材料，常在精加工前进行调质等处理调质等处理。金相组织越是粗大，切削加工后的表面粗糙金相组织

35、越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值也越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前进行调质等处理，目的度值，常在精加工前进行调质等处理，目的在于得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。在于得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。3)切削条件方面切削条件方面 切切削削中中碳碳钢钢时时可可降降低低切切削削速速度度(Vc30m/min)，以避免积屑瘤生长区。，以避免积屑瘤生长区。在加工塑性材料时，在加工塑性材料时，选择选择低速宽刀精切低速宽刀精切和和高速精切高速精切，往往可以，往往可以得到较小的表面粗糙度值。得到较小的表面粗糙度值。减减小小进进给给量量f不不仅仅减减

36、小小了了残残留留面面积积高高度度Rmax，也也减减小小刀刀-屑屑接接触触区区的的法法向向应应力力，避避免免刀刀-屑屑间间粘粘结结，从从而而可可抑抑制制积积屑屑瘤瘤和和鳞鳞刺的生长。刺的生长。采用加热切削或低温切削，以避开积屑瘤和鳞刺的生长区。采用加热切削或低温切削，以避开积屑瘤和鳞刺的生长区。使使用用性性能能好好的的切切削削液液，减减小小摩摩擦擦，抑抑制制积积屑屑瘤瘤和和鳞鳞刺刺的的生生长长，以减小以减小Rmax(图图441)：防止机床工艺系统的防止机床工艺系统的高频振动高频振动，也可减小粗糙度。，也可减小粗糙度。二、磨削加工后的表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度（一）几何因素的影响（一）几

37、何因素的影响1磨削用量对表面粗糙度的影响磨削用量对表面粗糙度的影响2砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响（二）表面层金属的塑性变形（二）表面层金属的塑性变形-物理因素的影响物理因素的影响1磨削用量磨削用量2砂轮的选择砂轮的选择 磨削加工表面粗糙度的形成：磨削加工表面粗糙度的形成：几何因素和表面层金属的塑性变形（物几何因素和表面层金属的塑性变形（物理因素）决定的，但磨削过程要比切削理因素）决定的，但磨削过程要比切削过程复杂得多。过程复杂得多。（一）几何因素的影响（一）几何因素的影响磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的

38、沟槽形成的。单纯从几何因素的无数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。越好，则磨削表面的粗糙度值越小。1磨削用量对表面粗糙度的影响磨削用量对表面粗糙度的影响 砂轮的速度越高砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，因而工件表面的数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小粗糙度值就越小。砂轮的纵向进给减小砂轮的纵向进给减小，工件表面的每个部位被砂轮，工件表面的每个部位被砂轮重复磨削的

39、次数增加，被磨重复磨削的次数增加，被磨表面的粗糙度值将减小表面的粗糙度值将减小。工件速度对表面粗糙度的影响刚好与砂轮速度的影工件速度对表面粗糙度的影响刚好与砂轮速度的影响相反，响相反，增大工件速度时增大工件速度时，单位时间内通过被磨表，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，面的磨粒数减少，表面粗糙度值将增加表面粗糙度值将增加。2砂砂轮轮粒粒度度和和砂砂轮轮修修整整对对表表面面粗粗糙糙度度的的影响影响 在在相相同同的的磨磨削削条条件件下下，砂砂轮轮的的粒粒度度号号数数越越大大。参参加加磨削的磨粒越多，磨削的磨粒越多，表面粗糙度就越小表面粗糙度就越小。修修整整砂砂轮轮时时，金金刚刚石石笔笔的的纵纵向

40、向进进给给量量越越小小，砂砂轮轮表表面面磨磨粒粒的的等等高高性性越越好好，被被磨磨工工件件的的表表面面粗粗糙糙度度值值就就越越小小。（二）表面层金属的塑性变形（二）表面层金属的塑性变形-物理因素的影响物理因素的影响砂轮的磨削速度比一般切削加工的速度砂轮的磨削速度比一般切削加工的速度高，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨高，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可达削区温度很高，工件表层温度有时可达900，工件表层金属容易产生相变而烧伤工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此，因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多程大得多。塑性变形的

41、缘故塑性变形的缘故，被磨表面的几何形状，被磨表面的几何形状与单纯根据几何因素所得到的原始形状大不与单纯根据几何因素所得到的原始形状大不相同。相同。在力因素和热因素的综合作用下，被磨工件在力因素和热因素的综合作用下，被磨工件表层金属的晶粒在横向上被拉长了，有时还表层金属的晶粒在横向上被拉长了，有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。影影响磨的表层金属塑性变形的因素，往往是影响磨的表层金属塑性变形的因素，往往是影响表面粗糙度的决定性因素。响表面粗糙度的决定性因素。(3)增增大大磨磨削削深深度度，塑塑性性变变形形将将随随之之增增大大，被被磨磨的的表面粗糙度值会增

42、大表面粗糙度值会增大。(2)工工件件速速度度增增加加，塑塑性性变变形形增增加加，表表面面粗粗糙糙度度值值将将增大。增大。(1)砂砂轮轮速速度度越越高高，就就有有可可能能使使表表层层金金属属塑塑性性变变形形的的传传播播速速度度小小于于切切削削速速度度，工工件件材材料料来来不不及及变变形形，致致使使表表层层金金属属的的塑塑性性变变形形减减小小，磨磨削削表表面面的的粗粗糙糙度度值值将将明明显减小显减小。1磨磨削削用用量量 图图4-8是是采采用用GD60ZR2A砂砂轮轮磨磨削削30CrMnSiA材材料料时时，磨磨削削用用量量对对表表面面粗粗糙糙度度的的影影响曲线。响曲线。2砂轮的选择砂轮的选择 砂轮的

43、粒度、硬度、组织和材料的选择会对砂轮的粒度、硬度、组织和材料的选择会对被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗糙度。而影响表面粗糙度。(1)单纯从几何因素考虑，单纯从几何因素考虑，砂轮粒度砂轮粒度越细，越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好。不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好。反而会在加工表面产生烧伤等现象，使表面反而会在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大。因此，砂轮粒度常取为粗糙度值增大。因此，砂轮粒度常取为4660号。号。(2)砂轮的硬度砂轮的硬度是指磨

44、粒在磨创力作用下是指磨粒在磨创力作用下从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬，从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬，磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂轮选得太磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂轮选得太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表面粗糙度值增大。通常选用中软砂轮。面粗糙度值增大。通常选用中软砂轮。(3)砂轮的组织砂轮的组织指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。紧密组织紧密组织中的磨粒比例大，气孔小。在中的磨粒比例大，气孔小。在成形磨削和精密磨成形磨削和精密磨

45、削时削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织疏松组织的砂轮不易堵塞，适于的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材磨削软金属、非金属软材料和热敏性材料料和热敏性材料（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得较较小的表面粗糙度值小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。(4)砂轮材料砂轮材料的选择的选择砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗糙度。糙度。氧化物（刚玉）砂轮适于磨削钢类零件；氧化物（刚玉）砂轮适于磨削钢类零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂轮适于

46、磨削碳化物（碳化硅、碳化硼）砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料；铸铁、硬质合金等材料；用高硬磨料（人造金刚石、立方氮化硼）用高硬磨料（人造金刚石、立方氮化硼）砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但加工成本很高。加工成本很高。(5)磨削液磨削液的选择。对于磨削加工来说，的选择。对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。将磨削液送入磨削区。v 砂轮速度v，Rav 工件速度vw，Ra v 砂轮纵向进给f，Ra v 磨削深度

47、ap，Ra 图4-62 磨削用量对表面粗糙度的影响vw=40(m/min)f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)v=50(m/s)f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)v(m/s),vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）4.7.2 磨削加工表面粗糙度影响因素磨削加工表面粗糙度影响因素 磨削用量影响磨削用量影响 图4-63 光磨次数-Ra关系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)v光磨次数，

48、Rav 砂轮粒度，Ra；但要适量v 砂轮硬度适中，Ra；常取中软v 砂轮组织适中，Ra ；常取中等组织v 采用超硬砂轮材料，Ra v 砂轮精细修整，Ra 4.7.2 磨削加工表面粗糙度影响因素磨削加工表面粗糙度影响因素 砂轮影响砂轮影响其他影响因素其他影响因素v 工件材料v 冷却润滑液等 3磨削表面粗糙度（与课本相同）磨削表面粗糙度（与课本相同）磨磨削削表表面面是是由由随随机机分分布布在在砂砂轮轮表表面面的的几几何何形形状状不不规规则则的的磨磨粒粒，经经对对工工件件表表面面的的滑滑擦擦、刻刻划划和和切削三个阶段形成的。切削三个阶段形成的。磨磨削削与与切切削削不不同同，在在滑滑擦擦阶阶段段，工工

49、件件表表面面只只有有弹弹性性变变形形；在在刻刻划划阶阶段段，磨磨粒粒把把工工件件表表面面刻刻划划出出沟沟痕痕的的同同时时，也也使使材材料料挤挤向向两两侧侧面面而而生生隆隆起起，虽虽有有塑塑性性变变形形，但但仍仍无无切切屑屑形形成成，只只有有在在多多次次刻划后才因疲劳断裂或脱落而形成切屑。刻划后才因疲劳断裂或脱落而形成切屑。垂直于磨削方向的最大不平度垂直于磨削方向的最大不平度Rmax：减小磨削表面粗糙度值可采取措施 采采用用粒粒度度号号大大的的砂砂轮轮，磨磨粒粒细细，m值值增增大大，Ra减小，但磨粒不宜太细。减小，但磨粒不宜太细。提提高高砂砂轮轮速速度度Vc或或降降低低工工件件速速度度Vw，即即

50、Vc/Vw比比值值增增大大，可可使使Ra减减小小(见见图图442a、b)；因因Vc提提高高，塑塑性性变变形形减减少少，使使隆隆起起残残余余丝丝减减小小(见图见图442c)。使用直径较大的砂轮可使使用直径较大的砂轮可使Ra减小减小。加大砂轮宽度加大砂轮宽度B，使得参加工作的磨粒数增多，使得参加工作的磨粒数增多，每颗磨粒的磨削量将减小，即单颗磨粒的最大的切每颗磨粒的磨削量将减小，即单颗磨粒的最大的切削厚度减小或轴向进给量削厚度减小或轴向进给量fa减小，使减小，使B/fa比值增大，比值增大，Ra减小（图减小（图4.43）增大径向进给量增大径向进给量fr(或磨削深度或磨削深度ap)，会使粗糙度值，会使