第五章 機械加工質(zhì)量分析及控制

第五章機械加工質(zhì)量分析與控制市場競爭的核心是產(chǎn)品，而質(zhì)量是產(chǎn)品參與激烈市場競爭的重要因素，產(chǎn)品的質(zhì)量是指用戶對產(chǎn)品的滿意程度；用現(xiàn)代的質(zhì)量觀看，它包括產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、制造質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。設(shè)計質(zhì)量主要是指所設(shè)計的產(chǎn)品與用戶（顧客）的期望之間的符合程度；制造質(zhì)量是指產(chǎn)品的制造與設(shè)計的符合程度；服務(wù)質(zhì)量是指售前服務(wù)、售后培訓(xùn)、維修及安裝等。在激烈的市場競爭中，為了使企業(yè)獲得和保持良好的經(jīng)濟效益，必須實施全面質(zhì)量管理。其中產(chǎn)品的制造質(zhì)量主要與零件的制造質(zhì)量、產(chǎn)品的裝配質(zhì)量有關(guān)。零件的制造質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)5.1機械加工精度5.2機械加工表面質(zhì)量思考題與練習(xí)5.1機械加工精度5.1.1加工精度的基本概念5.1.2影響加工精度的因素原始誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差工藝系統(tǒng)的受力變形工藝系統(tǒng)的熱變形工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形

5.1.3加工誤差的統(tǒng)計分析5.1.4提高加工精度的途徑5.1.1加工精度的基本概念加工精度零件在加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度加工誤差加工后零件的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）對理想幾何參數(shù)的偏差程度零件的加工精度包括尺寸精度、形狀精度、位置精度三方面原始誤差工藝系統(tǒng)：零件的機械加工是在工藝系統(tǒng)中進行的，機床、夾具、刀具和工件組成了一個完整的工藝系統(tǒng)定義：工藝系統(tǒng)的誤差稱為原始誤差

工藝系統(tǒng)的原始誤差根據(jù)產(chǎn)生的階段不同，可歸納如圖5－1所示圖5-1原始誤差的分類原始誤差加工前誤差加工過程中的誤差加工后的誤差加工原理誤差調(diào)整誤差工件裝夾誤差機床誤差夾具誤差刀具制造誤差工藝系統(tǒng)受力變形工藝系統(tǒng)熱變形刀具磨損工件殘余應(yīng)力引起的變形測量誤差工藝系統(tǒng)的幾何誤差加工原理誤差機床的誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素機床導(dǎo)軌誤差機床傳動鏈誤差刀具的幾何誤差夾具的幾何誤差定位誤差加工原理誤差定義：采用了近似的成形運動或近似的切削刃形狀所產(chǎn)生的加工誤差

理論上為了獲得設(shè)計規(guī)定的零件加工表面，要求切削刃完全符合理論曲線形狀，刀具和工件之間必需保持準確的運動關(guān)系。但在實際生產(chǎn)中為了簡化機床或刀具的設(shè)計和制造，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，允許在保證零件加工精度的前提下采用近似加工原理主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念定義：主軸回轉(zhuǎn)時，主軸各瞬間的實際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線的漂移基本形式：徑向跳動：實際回轉(zhuǎn)軸線始終平行于理想回轉(zhuǎn)軸線，在一個平面內(nèi)作等幅的跳動軸向跳動：實際回轉(zhuǎn)軸線始終沿理想回轉(zhuǎn)軸線作等幅的竄動角度擺動：實際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線始終成一傾斜角，在一個平面上作等幅擺動，且交點位置不變影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有：軸承本身的誤差、軸承的間隙、主軸各段軸徑同軸度誤差、軸承之間的同軸度誤差及主軸系統(tǒng)的剛度和熱變形等滑動軸承滾動軸承滑動軸承車床（圖5-3a）——軸徑不圓引起車床主軸向跳動（注意其頻率特性）鏜床（圖5-3b）——軸承孔不圓引起鏜床主軸徑向跳動圖5-3a圖5-3b滾動軸承與軸承本身的精度有關(guān)，很大程度上又與配合件的精度有關(guān)。如主軸軸頸與支撐座孔各自的圓度誤差、波度和同軸度、止推面或軸肩與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度、滾道的圓度、波度、滾動體的圓度誤差和尺寸誤差等，如圖所示機床導(dǎo)軌誤差導(dǎo)軌是機床上確定各主要部件相對位置關(guān)系及運動的基準導(dǎo)軌的誤差將直接影響加工精度車床及磨床導(dǎo)軌精度要求有三個方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲）（1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差:圖5－5（2）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差:圖5－6（3）前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）:圖5-7圖5-5臥式車床導(dǎo)軌直線度誤差

圖5-6臥式車床導(dǎo)軌垂直面內(nèi)直線度誤差對工件加工精度的影響圖5－7臥式車床導(dǎo)軌扭曲對工件加工精度影響機床傳動鏈誤差定義：指機床內(nèi)聯(lián)系傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差在螺紋加工、展成法加工中，由于要求機床傳動鏈保證刀具與工件之間具有準確的速比關(guān)系，故機床傳動鏈誤差對加工精度影響很大刀具的幾何誤差采用定尺寸刀具（如鉆頭、鉸刀、鍵槽銑刀、鏜刀塊、圓拉刀等）加工時，刀具的尺寸精度直接影響工件的尺寸精度采用成形刀具（如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等）加工時，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度采用展成刀具（如齒輪滾刀、花鍵滾刀、插齒刀等）加工時，刀具切削刃的幾何形狀誤差會影響工件的加工精度對一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等），其制造精度對工件加工精度沒有直接影響，但這一類刀具耐用度低，易磨損夾具的幾何誤差夾具的作用：保證加工時工件相對刀具和機床之間具有正確的位置，故夾具的幾何誤差對工件的尺寸精度和位置精度影響很大夾具幾何誤差的內(nèi)容：夾具的制造誤差夾具的安裝誤差主要是指組成夾具的定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機構(gòu)、夾具體等的制造誤差、安裝誤差及使用中的磨損定位誤差定義：工件采用調(diào)整法加工時因定位不準確而引起的尺寸或位置的最大變動量定位誤差的來源：基準不重合誤差定位副制造不準確誤差

定位誤差是基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差綜合作用的結(jié)果，由于這兩項誤差的方向有可能不在同一個方向，故定位誤差等于基準不重合誤差與定位副制造不準確誤差的矢量和基準不重合誤差基準：用來確定零件上幾何要素之間的幾何關(guān)系所依據(jù)的點、線、面設(shè)計基準：在零件圖上用來確定某一表面的尺寸、位置所依據(jù)的基準工序基準：在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準理論上要求工序基準應(yīng)與設(shè)計基準重合，加工工件時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工（或測量）時的定位基準（或測量基準），如所選的定位基準（或測量基準）與設(shè)計基準不重合時，就會產(chǎn)生基準不重合誤差。它等于定位基準相對于設(shè)計基準在工序尺寸方向上的最大變動量，且只在采用調(diào)整法加工時才會產(chǎn)生，在試切法加工時不會產(chǎn)生定位副制造不準確誤差工件在夾具中的正確位置由夾具上的定位元件來確定，夾具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造的絕對準確，它們的實際尺寸（或位置）都允許在分別規(guī)定的公差范圍內(nèi)變動，同時，工件上的定位基準面也同樣存在制造誤差工件定位面與夾具定位元件組成了定位副，由于定位副制造的不準確以及定位副間隙引起的工件最大位置的變動量，稱為定位副制造不準確誤差工藝系統(tǒng)的受力變形基本概念零件的剛度工藝系統(tǒng)中如果零件的剛度相對于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛性不足而引起的變形對其加工精度的影響會很大，形狀規(guī)則、結(jié)構(gòu)簡單的零件的剛度可用有關(guān)力學(xué)公式估算刀具的剛度外圓車刀在加工表面法線方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計鏜直徑較小的內(nèi)孔時，刀桿剛性很差，其受力變形對孔加工精度影響很大

機床部件的剛度工藝系統(tǒng)的受力變形對加工精度的影響基本概念切削加工時，機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力等力的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，造成了加工誤差例如，在車削細長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的軸產(chǎn)生了鼓形的圓柱度誤差（見圖5－8a）在臥式鏜床上鏜孔時，若鏜桿作進給運動，由于鏜桿彎曲的變形，加工后的工件孔會產(chǎn)生拋物線回轉(zhuǎn)體誤差（見圖5－8b）加工時工件彎曲加工后工件呈鼓形（a）（b）機床部件的剛度機床部件的剛度影響機床部件剛度的因素結(jié)合面接觸變形:圖5－11

低剛度零件本身變形:圖5－12

連接表面間的間隙接觸表面之間的摩擦受力方向及作用力矩機床部件的剛度機床的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，其中機床部件由很多零件組成，其剛度的計算很難用理論公式來完成，故機床部件剛度計算目前主要是通過實驗方法來測定圖5－9為單向測定車床靜剛度的實驗方法圖5-10是一臺車床刀架部件經(jīng)三次加載和卸載的靜剛度曲線。其特點如下：（1）力與變形呈非線性關(guān)系說明機床部件的變形不單純是彈性變形（2）加載曲線與卸載曲線不重合（3）第一次加載與卸載后曲線不封閉（4）機床部件實際剛度比按實際估算的要小圖5-9車床部件靜剛度的測定圖5-11兩零件結(jié)合面間的接觸情況AA放大圖5-12部件中的薄弱零件的變形工藝系統(tǒng)的受力變形及其對加工精度的影響工藝系統(tǒng)的變形工藝系統(tǒng)的受力變形及其對加工精度的影響切削力位置的變化對零件加工精度的影響（隨受力點的位置變化發(fā)生變化）

切削力大小變化對工件加工精度的影響夾緊力對加工精度的影響機床部件和工件重量對加工精度的影響其它作用力對零件加工精度的影響（如慣性力、傳動力）

工藝系統(tǒng)的變形工藝系統(tǒng)在切削力的作用下，都會不同程度的產(chǎn)生變形，導(dǎo)致刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，從而使工件產(chǎn)生加工誤差工藝系統(tǒng)的變形等于各組成部分變形的疊加，即式中，——機床變形量，㎜——夾具變形量，㎜

——刀具變形量，㎜——工件的變形量，㎜工藝系統(tǒng)各部件的剛度式中，——機床剛度，N/㎜——夾具剛度，N/㎜——刀具剛度，N/㎜——工件剛度，N/㎜工藝系統(tǒng)的變形工藝系統(tǒng)的剛度由上式可知，知道了工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度后，就可以計算出整個系統(tǒng)的剛度，并且整個工藝系統(tǒng)的剛度要比其中剛度最小的那個環(huán)節(jié)的剛度還要差設(shè)作用在主軸箱和尾座上的力分別為FA、FB，則可求出系統(tǒng)的變形及剛度如下：圖5-13車削外圓時工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響切削力位置的變化對零件加工精度的影響切削力大小變化對工件加工精度的影響在對零件同一截面內(nèi)進行切削時，由于工件材質(zhì)不均或加工余量的變化，會引起切削力的變化，使工藝系統(tǒng)發(fā)生變形，導(dǎo)致工件出現(xiàn)加工誤差如圖，尺寸誤差和形位誤差都存在復(fù)映現(xiàn)象夾緊力對加工精度的影響工件的剛度比較低或夾緊力的方向和施力點選擇不當,裝夾過程中會引起工件的變形,從而導(dǎo)致工件的加工誤差例如用三爪自定心卡盤夾持薄壁套筒作鏜孔加工,如圖，為薄壁套夾緊變形誤差機床部件和工件重量對加工精度的影響有些大型機床由于自身重力過大會引起相應(yīng)的變形，從而造成工件加工誤差。例如大型立車在刀架的自重下引起橫梁變形，造成工件端面的平面度誤差及外圓上的錐度。工件的直徑越大，加工誤差也越大對于大型工件的加工（如磨削床身導(dǎo)軌面），工件自重引起的變形有時會成為產(chǎn)生加工形狀誤差的主要原因。在實際生產(chǎn)中，裝夾大型工件時，恰當布置支撐可以減小自重引起的變形如圖所示

龍門銑橫梁變形龍門銑橫梁變形轉(zhuǎn)移龍門銑橫梁變形補償工藝系統(tǒng)的熱變形熱變形對加工精度影響比較大，尤其是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差通常會占到工件加工總誤差的40％～70％⑴工藝系統(tǒng)的熱源⑵工件熱變形對加工精度的影響⑶刀具熱變形對加工精度的影響⑷機床熱變形對加工精度影響

⑴工藝系統(tǒng)的熱源切削熱摩擦熱派生熱源環(huán)境溫度輻射熱工藝系統(tǒng)熱源內(nèi)部熱源外部熱源切削熱是由切削過程中工件切削層金屬彈性變形、塑性變形以及刀具、工件與切削之間的摩擦所消耗的能量轉(zhuǎn)化而來的對加工精度的影響最為直接切削熱與被加工的材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量及切削時的冷卻潤滑條件有直接的關(guān)系摩擦熱主要來源：工藝系統(tǒng)的運動副（如齒輪副、軸承副、導(dǎo)軌副、螺母絲杠副、離合器副等）的相對運動所產(chǎn)生的摩擦熱及因動力源（如電動機、液壓系統(tǒng)等）工作時的能量損失而產(chǎn)生的熱工藝系統(tǒng)內(nèi)部的部分熱量通過切屑、切削液、潤滑液等帶到機床其他部位，形成了派生熱源，因此使系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形以對流傳遞為主要傳遞形式的環(huán)境溫度的變化（如氣溫的變化、空調(diào)、地基溫度的變化等）影響工藝系統(tǒng)的受熱均勻性，從而影響工件的加工精度以輻射為傳遞形式的輻射熱（如陽光、燈光照明、加熱器、人體溫度等）對工藝系統(tǒng)輻射的單面性或局部性而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形，從而影響工件的加工精度請單擊4下⑵工件熱變形對加工精度的影響機械加工過程中，工件熱變形的熱源主要是切削熱1）工件均勻受熱2）工件不均勻受熱:在銑、刨及磨削加工中容易出現(xiàn)如下情況①長軸類零件磨削時的熱變形②薄片類零件的熱變形①長軸類零件磨削時的熱變形磨削長軸類零件時，由于沿工件軸向切削時間的先后，故隨著切削的進行，工件的溫升逐漸增加，熱膨脹也逐漸增加，導(dǎo)致直徑變大，到加工結(jié)束時增至最大，因此磨削深度也隨之增大工件冷卻后則產(chǎn)生錐形的幾何誤差，如圖所示圖5-16長軸熱變形引起的形狀誤差⑶刀具熱變形對加工精度的影響刀具熱變形的熱源主要是切削熱切削加工中，約有10％的切削熱傳給了刀具，比例雖然不大，但由于刀具尺寸小、熱容量小、刀具溫升較高，刀頭部位的溫升更高，故其對加工精度的影響不容忽視象高速鋼車刀車削外圓時，刀刃部分的溫度可達700～800℃，刀具伸長可達0.03-0.05mm圖5－17為車削時車刀的熱變形曲線1）刀具連續(xù)切削時:曲線A是刀具連續(xù)工作時的熱伸長曲線2）刀具間斷切削時:間斷切削熱變形曲線見圖5－17中曲線C為了減小刀具的熱變形，應(yīng)合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，并給予充分的冷卻和潤滑，以減少切削熱，降低切削溫度圖5-17車刀熱變形曲線⑷機床熱變形對加工精度的影響由于機床熱源分布的不均勻、機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機床工作條件變化很大等原因，機床各部件溫升不同，甚至同一零件的不同部位溫升也有差異，從而破壞了機床原有的相互位置關(guān)系，使工件產(chǎn)生加工誤差不同機床，其主要熱源不同，對加工精度的影響也不同車、銑、鉆、鏜等機床的主要熱源是主軸箱工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形基本概念定義：外部載荷去除以后，仍然存在于零件內(nèi)部的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力工件一旦產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力之后，就會使工件金屬處于一種高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，它本能地要向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并伴隨著變形的發(fā)生，從而導(dǎo)致工件喪失原有的加工精度

內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生在鑄、鍛、焊、熱處理等工序中由于工件壁厚不均、冷卻不均以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了相當大的殘余應(yīng)力，初期內(nèi)應(yīng)力暫時處于相對平衡狀態(tài)，如圖（a），但在切削力作用下，這種平衡狀態(tài)被打破，殘余應(yīng)力會重新分布，導(dǎo)致工件出現(xiàn)明顯的變形，如圖（b）

冷校直產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，如細長軸類零件經(jīng)車削加工后出現(xiàn)變形，在原有變形方向的相反方向加外力，使工件向相反方向彎曲，產(chǎn)生塑性變形，以達到校直的目的，這就是冷校直。在外力的作用下，工件內(nèi)部應(yīng)力重新分布，當外力去除后殘余應(yīng)力依然存在。冷校直后，工件雖然減少了彎曲，但依然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還會產(chǎn)生新的彎曲變形5.1.3加工誤差的統(tǒng)計概述⑴加工誤差分類系統(tǒng)誤差隨機誤差⑵正態(tài)分布正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點標準正態(tài)分布工件尺寸在某區(qū)間的概率工藝過程的分布圖分析⑴工藝過程的穩(wěn)定性⑵工藝過程的分布圖分析工藝過程的點圖分析系統(tǒng)誤差分類：常值性系統(tǒng)誤差定義：在連續(xù)加工一批工件時，大小和方向均保持不變的誤差例如：機床、刀具、夾具、量具等的制造誤差及調(diào)整誤差變值性系統(tǒng)誤差定義：在連續(xù)加工一批工件中，大小和方向有規(guī)律變化的誤差例如：

刀具的磨損引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差從上述誤差定義可以看出，常值性系統(tǒng)誤差與加工順序無關(guān)，而變值性系統(tǒng)誤差與加工順序有關(guān)隨機誤差定義：在連續(xù)加工一批工件時，大小和方向無規(guī)則變化的誤差例如：加工時的定位誤差、夾緊誤差、加工余量不均勻引起的誤差等對系統(tǒng)誤差，可循其產(chǎn)生的規(guī)律加以調(diào)整或補償來消除，而對隨機誤差，只能縮小其變動范圍，無法完全消除根據(jù)概率論與數(shù)里統(tǒng)計學(xué)，隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律可用概率分布表示正態(tài)分布的數(shù)學(xué)模型、特征參數(shù)和特殊點機械加工中，工件的尺寸誤差是由很多相互獨立的隨機誤差綜合作用的結(jié)果，如果其中沒有一個隨機誤差起絕對作用，則加工后工件的尺寸呈正態(tài)分布,見圖下頁圖正態(tài)分布曲線方程如下：式中，y（x）——正態(tài)分布的概率密度——算數(shù)平均值δ——標準偏差圖5-19正態(tài)分布曲線的特殊點實際生產(chǎn)中，通常，為查表方便，需將非標準正態(tài)分布轉(zhuǎn)換成標準正態(tài)分布。令標準正態(tài)分布=0，δ=1的正態(tài)分布為標準分布，其概率分布密度如下式：，則工件尺寸在某區(qū)間的概率該概率等于圖5－21中陰影的面積圖5-21工件尺寸概率分布令：則⑴工藝過程的穩(wěn)定性工藝過程的穩(wěn)定性：工藝過程在時間歷程上保持工件均值和標準差值穩(wěn)定不變的性能在加工時間不是很長的情況下，分布特征參數(shù)的變化是很小的，因此，工藝過程穩(wěn)定性取決于變值系統(tǒng)性誤差是否顯著，在正常情況下，變值系統(tǒng)性誤差并不顯著，可以說工藝過程是穩(wěn)定的，即工藝過程處于控制狀態(tài)中⑵工藝過程的分布圖分析制作分布圖的目的是想通過分布圖來了解所加工的工件質(zhì)量指標的分布是否是預(yù)期的概率分布、了解工藝系統(tǒng)的加工能力的大小、機床調(diào)整的好壞、加工過程是否會產(chǎn)生廢品、廢品率的高低以及產(chǎn)生廢品的原因等具體工藝過程分布圖分析的內(nèi)容及步驟如下：樣本容量的確定樣本數(shù)據(jù)的整理與計算繪制實際分布圖繪制理論分布圖工藝過程分布圖分析工藝過程的點圖分析工藝過程穩(wěn)定

點子正常波動→工藝過程穩(wěn)定；點子異常波動→工藝過程不穩(wěn)定穩(wěn)定性判別——沒有點子超出控制限——大部分點子在中心線上下波動，小部分點子靠近控制限——點子變化沒有明顯規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動）同時滿足為穩(wěn)定5.1.4提高加工精度的途徑減小原始誤差轉(zhuǎn)移原始誤差誤差分組法誤差平均法誤差補償法

5.2機械加工表面質(zhì)量5.2.1表面質(zhì)量表面質(zhì)量的基本概念表面質(zhì)量對使用性能的影響表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響表面質(zhì)量對疲勞強度的影響表面質(zhì)量對耐腐蝕性的影響表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響5.2.2機械加工后的表面質(zhì)量機械加工后的表面粗糙度機械加工后的表面層物理力學(xué)性能機械加工過程中的振動5.2.3控制表面質(zhì)量的工藝途徑表面質(zhì)量的基本概念定義：機器零件加工后表面層的狀態(tài)內(nèi)容：表面層的幾何形狀1)表面粗糙度：是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波高與波長比值一般在＜502)表面波度：加工不平度中波長與波高之比值在40至1000之間的幾何形狀誤差稱為波度(見圖5－24)表面層的物理機械性能1)表面層的冷作硬化：零件在機械加工過程中由于切削力的作用使表面層金屬產(chǎn)生強烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強度及硬度都有所提高的現(xiàn)象稱為表面層的冷作硬化2)表面層金相組織的變化：由于切削熱使被加工表面的溫升過高，使得表層金屬的金相組織發(fā)生變化的現(xiàn)象3)表面層殘余應(yīng)力：由于加工過程中切削表面變形及切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生了殘余應(yīng)力圖5-24表面幾何形狀表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響在摩擦副的材料、熱處理情況及潤滑條件已經(jīng)確定的情況下，零件表面質(zhì)量對耐磨性能起決定作用表面粗糙度值的大小對零件表面磨損的影響不同，一般來說，表面粗糙度值越小，其耐磨形越好，但太小，潤滑油不易存儲，導(dǎo)致接觸面之間發(fā)生分子粘結(jié)，使磨損加大圖5－25是實驗所得的不同表面粗糙度對初期磨損量影響曲線接觸表面的表面粗糙度有一個最佳值，最佳值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大圖5-25表面粗糙度與初期磨損的關(guān)系表面質(zhì)量對疲勞強度的影響在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位很容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越大，即凹陷越深越尖，應(yīng)力集中越嚴重，越容易形成和擴展疲勞裂紋，造成零件的疲勞損壞零件表面層的殘余拉應(yīng)力將使裂紋擴大，加速疲勞破壞；而表面層殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴展，延緩疲勞破壞的發(fā)生零件表面的冷作硬化層可以阻止裂紋的擴大及新裂紋的產(chǎn)生，對提高疲勞強度有利。但冷硬層過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，所以零件的冷作硬化層深度要適中表面質(zhì)量對耐腐蝕性的影響表面粗糙度對零件的耐腐蝕性影響很大。表面粗糙度值越大，凹谷中聚積的腐蝕性物質(zhì)就越多，零件的抗腐蝕性越差表面的冷作硬化及金相組織變化都會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，若有裂紋，會增加應(yīng)力腐蝕的敏感性，從而降低零件的耐腐蝕性表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響表面粗糙度值的大小對零件配合精度的影響很大對于間隙配合，粗糙度值大會使磨損加大，破壞了原有的配合性質(zhì)對于過盈配合，壓裝時會減小過盈量，降低配合強度

機械加工后的表面粗糙度切削加工后的表面粗糙度切削加工時表面粗糙度形成的原因：

1）刀具幾何形狀的影響2）工件材料的性質(zhì)3）切削用量

磨削加工后的表面粗糙度

1）刀具幾何形狀的影響刀具相對工件作進給運動時，在加工表面上留下了切削層殘留面積以車削為例，如果背吃刀量較大，則主要是刀刃的直線部分形成表面粗糙度;如果背吃刀量較小時，工件表面粗糙度主要是由刀刃的圓弧部分形成的2）工件材料的性質(zhì)切削加工后表面的粗糙度實際輪廓與理論輪廓有較大差異，主要原因是被加工材料塑性變形的影響加工塑性材料時，刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓、摩擦而產(chǎn)生塑性變形。工件材料韌性越好，金屬的塑性變形越大，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，加工表面也就越粗糙3）切削用量切削速度對表面粗糙度的影響很大，如圖所示若切削速度處在產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺的范圍內(nèi)，加工表面會很粗糙；若切削速度處在積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域之外，如選擇低速寬刀精切，表面粗糙度值會明顯減小過小的背吃刀量會使刀具在被加工表面上擠壓和打滑，增大表面粗糙度值圖5-27加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度影響磨削加工后的表面粗糙度磨削加工時表面粗糙度的形成的與切削加工時表面粗糙度形成的過程類似，它也是由幾何因素及表面金屬的塑性變形來決定的從幾何因素角度看，磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的刻痕形成的，被磨表面單位面積上的刻痕越多、刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小從塑性變形角度來看，磨削加工時溫度很高，大多數(shù)磨粒在工件表面只有劃擦、耕犁作用，使得金屬沿著磨粒的兩側(cè)流動，形成溝槽兩側(cè)的隆起，從而產(chǎn)生比較大的塑性變形，使表面粗糙度值增大影響磨削表面粗糙度的因素影響磨削表面粗糙度的因素1）砂輪的粒度2）砂輪的硬度3）砂輪的修整4）磨削速度5）磨削徑向進給量和光磨次數(shù)6）工件圓周進給速度和軸向進給量7）冷卻潤滑液機械加工后的表面層物理力學(xué)性能表面層的冷作硬化冷作硬化產(chǎn)生的原因影響冷作硬化的原因表面層材料金相組織的變化表面層的殘余應(yīng)力冷作硬化產(chǎn)生的原因產(chǎn)生原因：機械加工過程中由于切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長及纖維化，甚至出現(xiàn)碎晶，這些原因使得表面層金屬的硬度和強度提高，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化（或強化）產(chǎn)生的結(jié)果：使得金屬變形抗力加大，塑性降低，冷作硬化之后得金屬始終處于高能位得不穩(wěn)定狀態(tài)，只要有可能就會向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象稱為弱化由于金屬在加工過程中同時受到力和熱的作用，故加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強化和弱化綜合作用的結(jié)果評定冷作硬化的指標：①表層金屬的顯微硬度②硬化層深度③硬化程度影響冷作硬化的原因刀具:刀具的切削刃口圓角半徑及后刀面的磨損對冷硬層的影響很大。增大兩值，冷硬層的深度及硬度都會增加切削用量:切削速度增大，刀具與工件作用時間縮短，會使塑性變形的程度減小，冷硬層深度也隨之減小。同時增大切削速度，會使切削熱在工件表面停留的時間縮短，增加冷硬程度加工材料:工件材料的塑性越大，冷硬現(xiàn)象越嚴重表面層材料金相組織的變化磨削加工所消耗的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為熱而傳給了工件。使工件溫度升高，引起加工表面層金屬金相組織的顯著變化，強度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至裂紋，這就是磨削燒傷現(xiàn)象

磨削淬火鋼時可能產(chǎn)生三種燒傷：1）回火燒傷:磨削區(qū)域溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超過淬火鋼的相變溫度，工件表層金屬原有的馬氏體組織將轉(zhuǎn)變成硬度較低的回火組織（索氏體或屈氏體），這種燒傷稱為回火燒傷2）淬火燒傷:磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬會產(chǎn)生二次淬