第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝

1、第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 3.1 機(jī)械加工質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響機(jī)械加工質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響 3.2 影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改 進(jìn)措施進(jìn)措施 3.3 影響表面層金屬力學(xué)物理性能的工藝因影響表面層金屬力學(xué)物理性能的工藝因 素及其改進(jìn)措施素及其改進(jìn)措施 3.4 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng) 第三章第三章 機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 一、一、 加工表面質(zhì)量的概念加工表面質(zhì)量的概念 所謂表面質(zhì)量是指零件加工以后的表面層狀態(tài)。 它可以從以

2、下兩個(gè)方面來(lái)評(píng)定：表面微觀幾何特它可以從以下兩個(gè)方面來(lái)評(píng)定：表面微觀幾何特 征及表面的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能。征及表面的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能。 1. 表面微觀幾何特征表面微觀幾何特征 （1）表面粗糙度）表面粗糙度 表面粗糙度是指已加工表面微觀幾何誤差。表面粗糙度是指已加工表面微觀幾何誤差。它 是由加工中的殘留面積、塑性變形、積屑瘤、鱗刺 以及工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)等原因引起的。 50 3 3 H L 波長(zhǎng)與波高之比波長(zhǎng)與波高之比 3.1 3.1 機(jī)械加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響機(jī)械加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 L1 H1 H2 L2 L3 H

3、3 L1 范圍內(nèi)的凸凹不平（平面度）H1 L3 范圍內(nèi)的凸凹不平（粗糙度）H3 L2 范圍內(nèi)的凸凹不平（波度）H2 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （2）波度）波度 是介于宏觀與微觀（波長(zhǎng)與波高之比：是介于宏觀與微觀（波長(zhǎng)與波高之比：501000） 幾何形狀誤差之間的周期性幾何形狀誤差。幾何形狀誤差之間的周期性幾何形狀誤差。 波度主要是由加工中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)造成的。波度主要是由加工中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)造成的。 （3）紋理方向）紋理方向 指表面刀紋的方向。紋理方向取決于表面形成過(guò)程指表面刀紋的方向。紋理方向取決于表面形成過(guò)程 中所采用的加工方法。中所采用的加工方法。 紋理平行紋

4、理垂直紋理交叉 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 紋理呈近 似同心圓 C 紋理呈 多方向 M 紋理呈近 似放射狀 R （4）表面缺陷 指加工表面上出現(xiàn)的缺陷。 缺陷是在表面?zhèn)€別位置隨機(jī)出現(xiàn)的，包括：砂眼、 夾砂、氣孔、裂痕等。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 2. 表面的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能表面的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能 （1）表面層材料的塑性變形與冷作硬化 由于表面層材料的塑性變形引起金屬材料的強(qiáng)由于表面層材料的塑性變形引起金屬材料的強(qiáng) 度和硬度都提高的現(xiàn)象，被稱之為冷作硬化。度和硬度都提高的現(xiàn)象，被稱之為冷作硬化。 用硬化程度和硬化深度來(lái)衡量。用硬化程度和硬化深度

5、來(lái)衡量。 （2）金相組織的變化 在加工過(guò)程中，由于切削熱而引起金屬的金相在加工過(guò)程中，由于切削熱而引起金屬的金相 組織變化。組織變化。 （3）表面層材料殘余應(yīng)力 由于塑性變形和金相組織變化，使表面層金屬產(chǎn)由于塑性變形和金相組織變化，使表面層金屬產(chǎn) 生殘余應(yīng)力。生殘余應(yīng)力。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 二、加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響二、加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 1. 表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響 （1）表面粗糙度、波紋對(duì)零件耐磨性的影響）表面粗糙度、波紋對(duì)零件耐磨性的影響 一對(duì)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間，最初 階段只是在表面粗糙度的

6、峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小 于理論接觸面積，在相互接觸的峰部，有非常大的單位 壓力，使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰 部之間的剪切破壞，引起嚴(yán)重磨損。 零件磨損的特點(diǎn)零件磨損的特點(diǎn): 零件磨損一般可分為三個(gè)階段，圖中、和 三個(gè)區(qū)域分別表示了這三個(gè)階段。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 磨損量 工作 時(shí)間 初期磨損階段 ：磨損快、時(shí)間較短。 ：隨著表面粗糙度峰部不 斷被碾平和被剪切，實(shí)際接 觸面積不斷加大，單位壓力 也逐漸減小，摩擦副即進(jìn)入 正常磨損階段。正常磨損階 段經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)。 ：隨著表面粗糙度的峰部不斷被碾平和被剪切，接 觸面積越大，零件間的金屬分子親和力增大，

7、表面間 機(jī)械咬合作用增大，磨損急劇增加。區(qū)是劇烈磨損 區(qū)，此時(shí)摩擦副不能正常工作。 正常磨損階段 劇烈磨損階段 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說(shuō) 來(lái)，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙 度值太小，潤(rùn)滑油不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生分 子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的表面粗糙度 有一個(gè)最佳值一般由試驗(yàn)確定。 平均磨損量，% 表面粗 糙度 05. 0 m 1 . 02 . 04 . 0 60 80 100 120 140 160 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞 銷最合適的表 面粗糙度值 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （2） 表面加工紋

8、理方向的影響 在壓強(qiáng)不大、充分潤(rùn)滑的條件下，當(dāng)兩摩擦面的加 工紋理方向都與摩擦運(yùn)動(dòng)方向平行時(shí)，磨損量最小。 當(dāng)兩摩擦面的加工紋理方向都與摩擦運(yùn)動(dòng)方向垂直 時(shí)，磨損量最大。 當(dāng)壓強(qiáng)增加時(shí)，若加工紋理方向都與摩擦運(yùn)動(dòng)方向平 行，則磨損量就大；當(dāng)加工紋理方向相互垂直時(shí)，咬合 的危險(xiǎn)性小，因而磨損量就小。 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸在 充分潤(rùn)滑的條件下工作， 故軸頸與軸瓦的加工紋 理方向都應(yīng)平行于摩擦 運(yùn)動(dòng)的方向。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （3）表面冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響 加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面層金屬的顯 微硬度提高，減少了摩擦副接觸處的彈性和塑性變 形，故一般可使耐磨性提高。

9、 但也不是冷作硬化程 度越高耐磨性也越高， 這是因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬 化將引起金屬組織過(guò)度 疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和 表層金屬的剝落，使耐 磨性下降。 磨損量 HB 320340360 380400420440 m 50 60 70 80 90 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 2 2. . 表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā) 生在零件表面或表面冷硬層下面，因此零件的表面 質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度影響較大。 （1） 表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 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。表面粗糙度值越大，

10、 表面的裂紋越深，紋底半徑越小，抗疲勞破壞的能力 越差。零件上易產(chǎn)生應(yīng)力集中的溝槽、圓角等處的表 面粗糙度，對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響更大。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （2） 殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度的影響較大。表面殘 余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表 面殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞 破壞的發(fā)生，有利于提高疲勞強(qiáng)度。 （3） 冷作硬化對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面冷作硬化一般伴有殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生，可 以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對(duì)提高疲 勞強(qiáng)度有利。但表面冷作硬化過(guò)高時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生 較大的脆性裂紋，從而降低疲勞強(qiáng)度。 第三章表

11、面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 3. 3. 表面質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性能的影響表面質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性能的影響 （1）表面粗糙度對(duì)零件耐蝕性的影響 大氣里氣體、液體與金屬工件接觸，會(huì)在金屬表 面凝聚而使金屬腐蝕。表面粗糙度越大，接觸面越大， 腐蝕物質(zhì)越易沉積于凹坑中，耐蝕性越差。 （2）表面層金屬力學(xué)物理性能對(duì)零件耐蝕性的影響 當(dāng)零件表面有殘余壓壓應(yīng)力時(shí)，有利于阻止表面裂 紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，耐蝕性提高； 當(dāng)零件表面有殘余拉拉應(yīng)力時(shí)，則會(huì)使表面裂紋的 進(jìn)一步擴(kuò)大，耐蝕性變差。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 4. 4. 表面質(zhì)量對(duì)零件配合質(zhì)量的影響表面質(zhì)量對(duì)零件配合質(zhì)量的影響 （1）間隙配合

12、 對(duì)于間隙配合，工作表面越粗糙，磨損越大， 使配合間隙很快增大，從而改變?cè)械呐浜闲再|(zhì)， 降低配合精度。對(duì)于液壓、氣動(dòng)元件，還會(huì)造成泄 露量增大； （2）過(guò)盈配合 對(duì)于過(guò)盈配合，由于在軸壓入孔時(shí)，表面粗 糙度的部分凸峰被擠平，而使過(guò)盈量減小，降低 了連接強(qiáng)度，影響配合的可靠性。 因此，具有配合精度要求的表面，需具有較小 的表面粗糙度。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 3.2 影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改進(jìn)措施影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改進(jìn)措施 一、切削加工的表面粗糙度一、切削加工的表面粗糙度 在切削加工中刀具的幾 何形狀、切削用量、切削 液、振動(dòng)等工藝因素，都 會(huì)影響

13、表面粗糙度。以車 削外圓為例來(lái)說(shuō)明切削加 工表面粗糙度的形成。 由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表面粗糙度定義，輪廓的算由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表面粗糙度定義，輪廓的算 術(shù)平均偏差：術(shù)平均偏差： 測(cè)量長(zhǎng)度 陰影部分面積 L dxxf R L a 0 )( Y=f(x) L X 0 Y 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 f 1幾何因素 外圓車削時(shí)，其切削軌跡為一 螺旋線，切削后在工件表面留下的 殘留面積（其形狀是刀具幾何形狀 的復(fù)映），形成了表面理論粗糙度。 k k x2x1 f H k k ctgctg f H fxx 21 1 Hctgx Hctgx 2 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 r

14、 f H 8 2 圓弧刃刃車刀 r r f H 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （1）在切削過(guò)程中，刀具的刃口圓角及后刀面的擠 壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形而使理論殘留面積 擠歪或溝紋加深，因而增大了表面粗糙度。 實(shí)際輪廓 理論輪廓 2物理因素 切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓之所以與純幾 何因素所形成的理論輪廓有很大的差異，主要是由于 切削過(guò)程中塑性變形的影響。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （2）在切削過(guò)程中出現(xiàn)刀瘤 （積屑瘤積屑瘤） 積屑瘤 H 定不變的，而是不斷地形成、長(zhǎng)大，然后粘附在切屑上 被帶走或留在工件上。由于積屑瘤有時(shí)會(huì)伸出切削刃之 外，其輪廓也很

15、不規(guī)則，因而使加工表面上出現(xiàn)深淺和 寬窄都不斷變化的刀痕，大大惡化了表面粗糙度。 積屑瘤是切削過(guò)程中切 屑底層與前刀面冷焊的結(jié)果。 積屑瘤形成后并不是穩(wěn) 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （3）在切削過(guò)程出現(xiàn)鱗刺 鱗刺是已加工表面上出現(xiàn)的鱗片狀毛刺般的缺陷。 切削過(guò)程中出現(xiàn)鱗刺是由于切屑在前刀面上的摩擦和 冷焊作用造成周期性地停留，代替刀具推擠切削層， 造成切削層和工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。 撕裂 I.抹拭 II.沉積 III.導(dǎo)裂 IV.刮成 鱗刺的形成過(guò)程 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 鱗刺的形成經(jīng)過(guò)4個(gè)階段： I. 抹拭（切屑與前刀面切屑與前刀面刮刮擦干凈擦干凈）

16、 II. 沉積（切屑與前刀面冷焊切屑與前刀面冷焊） III. 導(dǎo)裂（切屑與已加工表面間撕裂切屑與已加工表面間撕裂） IV. 刮成（切屑沿前刀面流出切屑沿前刀面流出） 如此往復(fù)，就在已加工表面上出現(xiàn)一系列的 鱗刺，構(gòu)成已加工表面的粗糙度。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 二二. . 磨削加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度 磨削加工與切削加工比較，有許 多特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： 粘結(jié)劑 微刃 磨粒 磨粒 磨粒 砂輪表面的形貌很復(fù)雜，磨粒在砂輪表面上的分布 是隨機(jī)的，高低不一，也很不規(guī)則。 磨削速度高，且磨粒大多數(shù)為負(fù)前角，單位切削力很 大，所以切削溫度很高（9000C以上），超過(guò)了

17、相變溫 度，因此產(chǎn)生了比切削加工大得多的塑性變形。 被加工表面是由無(wú)數(shù)個(gè)高低不等的磨粒滑擦、刻劃 和切削而成的，因而衡量表面粗糙度的依據(jù)是單位時(shí)間 內(nèi)通過(guò)單位磨削面積的磨粒數(shù)多少磨粒數(shù)多少（即刻痕數(shù)多少刻痕數(shù)多少）、 刻痕的深淺以及刻痕的均勻性刻痕的深淺以及刻痕的均勻性。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 影響磨削表面粗糙度的因素是： （1）砂輪的粒度）砂輪的粒度 磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的 等高性越好，則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，等高性越好，則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多， 磨削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗

18、糙度值就越磨削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗糙度值就越 小。但磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度小。但磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度 值增大，若導(dǎo)熱情況不好，還會(huì)燒傷工件表面。值增大，若導(dǎo)熱情況不好，還會(huì)燒傷工件表面。 （2）砂輪的硬度）砂輪的硬度 砂輪的硬度是指磨削時(shí)磨粒受力后從砂輪上自行砂輪的硬度是指磨削時(shí)磨粒受力后從砂輪上自行 脫落的難易程度（即砂輪的自礪性）。脫落的難易程度（即砂輪的自礪性）。 1 1砂輪方面砂輪方面 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （3）砂輪的組織）砂輪的組織 砂輪太軟，磨粒太容易脫落，不易保證砂輪修整砂輪太軟，磨粒太容易脫落，不易保證

19、砂輪修整 后的形狀精度，使粗糙度增加；如果太硬，磨鈍了的后的形狀精度，使粗糙度增加；如果太硬，磨鈍了的 磨粒就不容易脫落，切削作用減小而擠壓、摩擦及塑磨粒就不容易脫落，切削作用減小而擠壓、摩擦及塑 性變形增加，表面粗糙度增大，同時(shí)還容易燒傷。性變形增加，表面粗糙度增大，同時(shí)還容易燒傷。 組織細(xì)密的砂輪，磨粒在砂輪組織（磨粒、粘結(jié)劑、組織細(xì)密的砂輪，磨粒在砂輪組織（磨粒、粘結(jié)劑、 空隙）中占的比例大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位磨削面積空隙）中占的比例大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位磨削面積 的磨粒數(shù)多，而獲得較低的表面粗糙度。但砂輪的組的磨粒數(shù)多，而獲得較低的表面粗糙度。但砂輪的組 織若過(guò)于緊密，空隙太小，則容易

20、堵塞砂輪，使加工織若過(guò)于緊密，空隙太小，則容易堵塞砂輪，使加工 表面產(chǎn)生燒傷。表面產(chǎn)生燒傷。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 不同的磨粒，其鋒利程度、硬度不同。砂輪磨粒材不同的磨粒，其鋒利程度、硬度不同。砂輪磨粒材 料種類很多，可分為三大系，即：料種類很多，可分為三大系，即： 氧化物系（剛玉類）氧化物系（剛玉類） 碳化物系（碳化硅、碳化硼等）碳化物系（碳化硅、碳化硼等） 高硬磨粒系高硬磨粒系 （4）砂輪的修整）砂輪的修整 砂輪磨鈍后，必須進(jìn)行仔細(xì)地修整，修整質(zhì)量對(duì)磨砂輪磨鈍后，必須進(jìn)行仔細(xì)地修整，修整質(zhì)量對(duì)磨 削表面的粗糙度有很大的影響。用金剛石筆修整砂輪削表面的粗糙度有很大的影

21、響。用金剛石筆修整砂輪 相當(dāng)于在砂輪工作表面上車出一道螺紋，其導(dǎo)程和切相當(dāng)于在砂輪工作表面上車出一道螺紋，其導(dǎo)程和切 深越小，修整出的砂輪就越光滑，磨削刃的等高性越深越小，修整出的砂輪就越光滑，磨削刃的等高性越 好，因而磨出的工件表面粗糙度就越小。好，因而磨出的工件表面粗糙度就越小。 （5）磨粒的材料）磨粒的材料 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 一般磨削鋼類件用剛玉類，磨削鑄鐵、硬質(zhì)合一般磨削鋼類件用剛玉類，磨削鑄鐵、硬質(zhì)合 金用碳化物類磨料，可獲得較好的效果。金用碳化物類磨料，可獲得較好的效果。 金剛石、立方氮化硼類的高硬磨粒砂輪，可獲金剛石、立方氮化硼類的高硬磨粒砂輪，可獲

22、粗糙度很低的表面。其中立方氮化硼，雖然其硬度粗糙度很低的表面。其中立方氮化硼，雖然其硬度 較金剛石低（金剛石硬度為較金剛石低（金剛石硬度為HV10000，立方氮化硼，立方氮化硼 為為HV80009000）,但其耐熱性（但其耐熱性（1400oC）比金）比金 剛石（剛石（800oC）高，且對(duì)鐵元素的化學(xué)惰性高，磨）高，且對(duì)鐵元素的化學(xué)惰性高，磨 削鋼類件可獲得很低的表面粗糙度。削鋼類件可獲得很低的表面粗糙度。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 2 2塑性變形塑性變形 砂輪的磨削速度遠(yuǎn)比一般切削加工的速度高得多，砂輪的磨削速度遠(yuǎn)比一般切削加工的速度高得多， 且磨粒大多數(shù)為負(fù)前角，單位切削

23、力很大，所以切削且磨粒大多數(shù)為負(fù)前角，單位切削力很大，所以切削 溫度很高（溫度很高（ 以上以上 ），超過(guò)了相變溫度，因此），超過(guò)了相變溫度，因此 產(chǎn)生了比切削加工大得多的塑性變形。產(chǎn)生了比切削加工大得多的塑性變形。 C 0 900 由于塑性變形，被磨削表面的幾何形狀與由幾何由于塑性變形，被磨削表面的幾何形狀與由幾何 因素所得到的原始形狀大不相同，在力因素和熱因素因素所得到的原始形狀大不相同，在力因素和熱因素 的綜合作用下，被磨削表面的晶粒在橫向上被拉長(zhǎng)，的綜合作用下，被磨削表面的晶粒在橫向上被拉長(zhǎng)， 有時(shí)還產(chǎn)生細(xì)微的裂口和局部的金屬堆積現(xiàn)象，因此，有時(shí)還產(chǎn)生細(xì)微的裂口和局部的金屬堆積現(xiàn)象，因此

24、， 塑性變形往往是影響表面粗糙度的主要因素。塑性變形往往是影響表面粗糙度的主要因素。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 3 3磨削用量方面磨削用量方面 （1）砂輪線速度）砂輪線速度 （2）工件速度）工件速度 （3）背吃刀量）背吃刀量 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 一、一、 表面層的冷作硬化表面層的冷作硬化 1. 加工硬化（或冷作硬化）定義加工硬化（或冷作硬化）定義 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)、纖維化甚至碎化，從而使表面層 的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷 作硬化和強(qiáng)化。

25、3.3 影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素 及其改進(jìn)措施及其改進(jìn)措施 但在加工過(guò)程中所產(chǎn)生的切削熱又將使冷作硬 化弱化，故硬化程度取決于強(qiáng)化和弱化的綜合。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 2. 衡量表面層加工硬化的指標(biāo)衡量表面層加工硬化的指標(biāo) 表面層的顯微硬度HR； 硬化層深度h； 硬化程度N %100 0 0 HR HRHR N HR0：工件原表面層的顯微硬度。：工件原表面層的顯微硬度。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 1. 表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理 當(dāng)切削及磨削過(guò)程中加工表面相對(duì)于基體材料發(fā) 生形狀、體積變化

26、或金相組織變化時(shí)，在加工后表面 層中將殘留有應(yīng)力，應(yīng)力大小隨深度而變化，其最外 層的應(yīng)力和表面層與基體材料交界處（以下簡(jiǎn)稱里層） 的應(yīng)力符號(hào)相反，并相互平衡。 表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材 料的交界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性力。這種應(yīng)力即為料的交界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性力。這種應(yīng)力即為 表面層的殘余應(yīng)力。表面層的殘余應(yīng)力。 二、二、 表層金屬的殘余應(yīng)力表層金屬的殘余應(yīng)力 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （1）冷塑性變形的影響）冷塑性變形的影響 在切削加工過(guò)程中，工件表面層受切削力的作用，工件表面層受切削力的作用， 會(huì)拉長(zhǎng)表層金屬

27、的纖維，產(chǎn)生塑性變形，使表層金屬的會(huì)拉長(zhǎng)表層金屬的纖維，產(chǎn)生塑性變形，使表層金屬的 比容增大，導(dǎo)致體積膨脹比容增大，導(dǎo)致體積膨脹；刀具后刀面與已加工表面的刀具后刀面與已加工表面的 摩擦，會(huì)加大這種拉伸作用。摩擦，會(huì)加大這種拉伸作用。 但表層金屬體積膨脹會(huì)受到與之相連的里層金屬的 阻礙。故：在加工時(shí)，表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層處于彈性 變形狀態(tài)下。 0 - 距表層深度 + 加工時(shí)加工時(shí) 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 0 - 距表層深度 + 加工后加工后 （1）冷塑性變形的影響）冷塑性變形的影響 當(dāng)切削加工完成后，切削力已去除，里層金屬趨向 復(fù)原（彈性恢復(fù)彈性恢復(fù)），但受到已產(chǎn)生塑性變形

28、的表面層限 制，回復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里 層則為拉應(yīng)力與之相平衡。 0 - 距表層深度 + 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （2）熱塑性變形的影響（表層未達(dá)到融化溫度）熱塑性變形的影響（表層未達(dá)到融化溫度） 表面層在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較表面層在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較 低，因此表面熱膨脹受到基體的限制而產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表低，因此表面熱膨脹受到基體的限制而產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表 面層的溫度超過(guò)材料的彈性變形的溫度范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑面層的溫度超過(guò)材料的彈性變形的溫度范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑 性變形（在壓力作用下材料相對(duì)縮短）。當(dāng)切

29、削過(guò)程結(jié)束，溫性變形（在壓力作用下材料相對(duì)縮短）。當(dāng)切削過(guò)程結(jié)束，溫 度下降至與基體溫度一致時(shí)，因?yàn)楸砻鎸右旬a(chǎn)生熱塑性變形，度下降至與基體溫度一致時(shí)，因?yàn)楸砻鎸右旬a(chǎn)生熱塑性變形， 但受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層則為殘余壓應(yīng)力。但受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層則為殘余壓應(yīng)力。 距表層深度 加工后 0 - 距表層深度 + 0 - + 加工時(shí) 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 三、金相組織變化的影響三、金相組織變化的影響 切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層的相變。由于不同 的金相組織有不同的比重，表面層金相組織變化的結(jié) 果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時(shí)，因?yàn)槭艿?基體的限制，產(chǎn)生壓應(yīng)力；

30、反之表面層體積縮小，則 產(chǎn)生拉應(yīng)力。各種金相組織中，馬氏體比重最小，奧 氏體比重最大。 78. 7 96. 7 殘余奧氏體： 奧氏體： 88. 7 78. 7 75. 7 鐵素體： 珠光體： 馬氏體： 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 磨削淬火鋼時(shí)若表面產(chǎn)生回火現(xiàn)象，馬氏體磨削淬火鋼時(shí)若表面產(chǎn)生回火現(xiàn)象，馬氏體 轉(zhuǎn)變成索氏體或屈氏體（這兩者組織均為擴(kuò)散程轉(zhuǎn)變成索氏體或屈氏體（這兩者組織均為擴(kuò)散程 度很高的珠光體），因體積縮小，表面層產(chǎn)生殘度很高的珠光體），因體積縮小，表面層產(chǎn)生殘 余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。若表面層產(chǎn)生余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。若表面層產(chǎn)生 二次淬火現(xiàn)象，則

31、表面層產(chǎn)生二次淬火馬氏體，二次淬火現(xiàn)象，則表面層產(chǎn)生二次淬火馬氏體， 其體積比里層的回火組織大，因而表層產(chǎn)生壓應(yīng)其體積比里層的回火組織大，因而表層產(chǎn)生壓應(yīng) 力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （1）磨削燒傷）磨削燒傷 當(dāng)被磨削工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)， 表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬?gòu)?qiáng)度、硬 度降低，并伴隨有殘余力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋， 這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。 在磨削熱的作用下，磨削表面生成氧化膜，這種 氧化膜由于厚度不同，其反射光線的干涉狀態(tài)不同， 因而形成不同的顏色（表面層呈現(xiàn)黃、褐、紫、青等 色），它反映了表面層金相組

32、織變化的程度。 第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝第三章表面質(zhì)量機(jī)制工藝 （2）磨削燒傷三種形式）磨削燒傷三種形式 淬火燒傷 磨削時(shí)工件表面溫度超過(guò)相磨削時(shí)工件表面溫度超過(guò)相 變臨界溫度變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn) 變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下， 工件最外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火工件最外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火 馬氏體組織。其硬度比原來(lái)的回馬氏體組織。其硬度比原來(lái)的回 火馬氏體高，但很薄，其下為硬火馬氏體高，但很薄，其下為硬 度較低的回火索氏體和屈氏體。度較低的回火索氏體和屈氏體。 由于二次淬火層極薄，表面層總由于二次淬火層極薄，表面層總 的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為 淬火燒傷。淬火燒傷。 磨削淬火鋼時(shí)，磨削淬火鋼時(shí)， 若表面層產(chǎn)生二次淬若表面層產(chǎn)生二次淬 火現(xiàn)象，則表面層產(chǎn)火現(xiàn)象，則表面層產(chǎn) 生二次淬火馬氏體，生二次淬火馬氏體， 其體積比里層的回火其體積比里層的回火 組織大，因而表層產(chǎn)組織大，因而表層產(chǎn) 生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生 拉應(yīng)力。拉應(yīng)力。 0 - 距表層 深度 + 第三章表