《加工質量》課件

第四章

機械加工表面質量1精選課件ppt第四章

機械加工表面質量1精選課件ppt研究機械加工表面質量

意義與目的

任何機械加工所得到的零件表面，實際上都不是完全理想的表面。實踐表明，機械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。這說明零件的表面質量是至關重要的，它對產(chǎn)品的質量有很大影響。2精選課件ppt研究機械加工表面質量

意義與目的 任何機械加工所得到的零件表

研究加工表面質量的目的:就是要掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面質量影響的規(guī)律，以便應用這些規(guī)律控制加工過程，最終達到提高加工表面質量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。3精選課件ppt 研究加工表面質量的目的:就是要掌握機械加工中各種工藝因素對第四章機械加工表面質量第一節(jié)加工表面質量及其對使用性能的影響第二節(jié)影響加工表面粗糙度的工藝因素及其改進措施第三節(jié)影響表層金屬力學物理性能的工藝因素及其改進措施第四節(jié)機械加工過程中的振動4精選課件ppt第四章機械加工表面質量第一節(jié)加工表面質量及其對使用性能第一節(jié)加工表面質量

及其對使用性能的影響一、加工表面質量的概念（一）加工表面的幾何形狀誤差（二）表面層金屬的力學物理性能和化學性能5精選課件ppt第一節(jié)加工表面質量

及其對使用性能的影響一、加工表面質量二、加工表面質量對機器零件使用性能的影響（一）表面質量對耐磨性的影響（二）表面質量對耐疲勞性的影響（三）表面質量對耐蝕性的影響（四）表面質量對零件配合質量的影響6精選課件ppt二、加工表面質量對機器零件使用性能的影響6精選課件ppt

一、加工表面質量的概念加工表面質量包括兩個方面的內容：1加工表面的幾何形狀誤差；2表面層金屬的力學物理性能和化學性能。7精選課件ppt 一、加工表面質量的概念加工表面質量包括兩個方面的內容：7精 （一）加工表面的幾何形狀誤差

加工表面的幾何形狀誤差，包括如下四個部分：1）表面粗糙度2）波度3）紋理方向4）傷痕8精選課件ppt （一）加工表面的幾何形狀誤差 加工表面的幾何形狀誤差，包括5.1概述

表面粗糙度：加工表面上較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，即加工表面的微觀幾何形狀誤差。

一、機械加工表面質量的含義9精選課件ppt5.1概述表面粗糙度：加工表面上較小間距和峰谷所組成的5.1概述

一、機械加工表面質量的含義表面波度：介于宏觀形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性形狀誤差，它主要是由機械加工過程中低頻振動引起的，應作為工藝缺陷設法消除。10精選課件ppt5.1概述一、機械加工表面質量的含義表面波度：介于宏觀11精選課件ppt11精選課件ppt1）表面粗糙度

表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。其波長與波高比值一般小于50。2）波度加工表面不平度中波長與波高的比值等于50～1000的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機械加工中的振動引起的。當波長與波高比值大于1000時，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤差。圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇，不在本章討論之列。12精選課件ppt1）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長/波高＞1000波度—波長/波高=50～1000；且具有周期特性表面粗糙度——波長/波高＜50a）波度b）表面粗糙度圖4-2零件加工表面的粗糙度與波度RZλHλRZ13精選課件ppt宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）—波長/波高＞10003）紋理方向

紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機械加工方法。圖4-2給出了各種紋理方向及其符號標注。4）傷痕

傷痕是在加工表面上一些個別位置上出現(xiàn)的缺陷。一例如砂眼、氣孔、裂痕等。14精選課件ppt3）紋理方向紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成5.1概述

一、機械加工表面質量的含義表面加工紋理：表面切削加工刀紋的形狀和方向，取決于表面形成過程中所采用的機加工方法及其切削運動的規(guī)律。15精選課件ppt5.1概述一、機械加工表面質量的含義表面加工紋理：表面16精選課件ppt16精選課件ppt5.1概述

一、機械加工表面質量的含義傷痕：在加工表面?zhèn)€別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕、劃痕等，它們大多隨機分布。17精選課件ppt5.1概述一、機械加工表面質量的含義傷痕：在加工表面?zhèn)€

（二）表面層金屬的力學物理性能和化學性能

由于機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物理性能和化學性能將發(fā)生一定的變化，主要反映在以下幾個方面：18精選課件ppt （二）表面層金屬的力學物理性能和化學性能 由于機械加工中力

l）表面層金屬的冷作硬化在機械加工過程中，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。表面層金屬硬度的變化用硬化程度和深度兩個指標來衡量。一般情況下，硬化層的深度可達0.05～0.30mm；若采用液壓加工，硬化層的深度可達幾個毫米。19精選課件ppt l）表面層金屬的冷作硬化在機械加工過程中，工件表面層金

2）表面層金屬的金相組織機械加工過程中，由于切削熱的作用會引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削淬火鋼時，由于磨削熱的影響會引起淬火鋼的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。

3）表面層金屬的殘余應力由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格會發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金相組織的變化，使表層金屬產(chǎn)生殘余應力。20精選課件ppt 2）表面層金屬的金相組織機械加工過程中，由于切削熱的作（一）表面質量對耐磨性的影響（二）表面質量對耐疲勞性的影響（三）表面質量對耐蝕性的影響（四）表面質量對零件配合質量的影響

二、加工表面質量對零件使用性能的影響21精選課件ppt（一）表面質量對耐磨性的影響 二、加工表面質量對零件使用性能 由于零件表面存在微觀不平度，當兩個零件表面相互接觸時，實際上有效接觸面積只是名義接觸面積的一小部分，表面越粗糙，有效接觸面積就越小。

1．表面粗糙度對耐磨性的影響

（一）表面質量對耐磨性的影響22精選課件ppt 由于零件表面存在微觀不平度，當兩個零件表面相互接觸時，實際在兩個零件做相對運動時，分這初期磨損，正常磨損，快速磨損三個階段。（1）初期磨損：由于接觸面小，壓強大，在接觸點的凸峰處會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象，這樣凸峰很快就會被磨掉。被磨掉的金屬微粒落在相配合的摩擦表面之間，會加速磨損過程。因此，零件表面在初期磨損階段的磨損速度很快，起始磨損量較大（圖4-3）。（2）正常磨損：隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強也逐漸減小，磨損速度變慢，進人正常磨損階段。（3）快速磨損：由于有效接觸面積越來越大，零件間的金屬分子親和力增加，表面的機械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損而進入快速磨損階段，此時零件將不能使用。23精選課件ppt在兩個零件做相對運動時，分這初期磨損，正常磨損，快速磨損三個24精選課件ppt24精選課件ppt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，存在一個最優(yōu)表面粗糙度值。表面粗糙度的最優(yōu)數(shù)值與機器零件工況有關，圖4-4給出了不同工況下表面粗糙度數(shù)值與起始磨損量的關系曲線。載荷加大時，起始磨損量增大，最優(yōu)表面粗糙度數(shù)值也隨之加大。25精選課件ppt一般說來，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好、但表面粗糙度的最優(yōu)數(shù)值與機器零件工況有關，圖4-4給出了不同工況下表面粗糙度數(shù)值與起始磨損量的關系曲線。載荷加大時，起始磨損量增大，最優(yōu)表面粗糙度數(shù)值也隨之加大。26精選課件ppt表面粗糙度的最優(yōu)數(shù)值與機器零件工況有關，圖4-4給出了不同工

2．表面紋理對耐磨性的影響

紋理形狀及刀紋方向將影響有效接觸面積與潤滑液的存留。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大，耐磨性較差。27精選課件ppt 2．表面紋理對耐磨性的影響27精選課件ppt在運動副中，兩相對運動零件表面的刀紋方向均與運動方向相同時，耐磨性較好；兩者的刀紋方向均與運動方向垂直時，耐磨性最差；其余情況居于上述兩種狀態(tài)之間。但在重載工況下，由于壓強、分子親和力及潤滑液儲存等因素的變化，耐磨性規(guī)律可能會有所差異。28精選課件ppt在運動副中，兩相對運動零件表面的刀紋方向均與運動方向相同時，

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。其主要原因是：冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形，故可減少磨損。但并不是說冷作硬化的程度越高，耐磨性也越高。29精選課件ppt 3．冷作硬化對耐磨性的影響29精選課件ppt

圖4-5所示為T7A鋼的磨損量隨冷作硬化程度的變化而變化的情況，當冷作硬化硬度達380HBS左右時，耐磨性最佳；如進一步加強冷作硬化，耐磨性反而降低。30精選課件ppt 圖4-5所示為T7A鋼的磨損量隨冷作硬化程度的變化而變化的這是因為過度的硬化將引起金屬組織的疏松，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，這會加速零件的磨損。31精選課件ppt這是因為過度的硬化將引起金屬組織的疏松，在相對運動中可能會產(chǎn)（1）表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；（2）在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。（3）表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與材料對應力集中的敏感程度和材料的強度極限有關。鋼材對應力集中最為敏感，鋼材的強度極限越高，對應力集中的敏感程度就越大。而鑄鐵和有色金屬對應力集中的敏感性較弱。（二）表面質量對耐疲勞性的影響1．表面粗糙度對耐疲勞性的影響

表面粗糙度對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。32精選課件ppt（1）表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；（二

2．表面層金屬的力學物理性質對耐疲勞性的影響

（1）表面層金屬的冷作硬化能夠阻止疲勞裂紋的生長，可提高零件的耐疲勞強度。（2）在實際加工中，加工表面在發(fā)生冷作硬化的同時，必然伴隨產(chǎn)生殘余應力。殘余應力有拉應力和壓應力之分，拉伸殘余應力將使耐疲勞強度下降，而壓縮殘余應力則可使耐疲勞強度提高。33精選課件ppt 2．表面層金屬的力學物理性質對耐疲勞性的影響（1）表面 （三）表面質量對耐蝕性的影響

1．表面粗糙度對耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。大氣里所含氣體和液體與金屬表面接觸時，會凝聚在金屬表面上而使金屬腐蝕。表面粗糙度值越大，加工表面與氣體、液體接觸的面積越大，腐蝕物質越容易沉積于凹坑中，耐蝕性能就越差。34精選課件ppt （三）表面質量對耐蝕性的影響 1．表面粗糙度對耐蝕性的影響2．表面層力學物理性質對耐蝕性的影響

當零件表面層有殘余壓應力時，能夠阻止表面裂紋的進一步擴大，有利于提高零件表面抵抗腐蝕的能力。35精選課件ppt2．表面層力學物理性質對耐蝕性的影響35精選課件ppt （四）表面質量對零件配合質量的影響

加工表面如果太粗糙，會影響配合表面的配合質量。對于間隙配合表面，由于初期的磨損，原有間隙將因急劇的初期磨損而改變。對于過盈配合表面，表面粗糙度越大，兩表面相配合時表面凸峰易被擠掉，這會使過盈量減少。對于過渡配合表面，則兼有上述兩種配合的影響。36精選課件ppt （四）表面質量對零件配合質量的影響 加工表面如果太粗糙，會表面質量對零件使用性能的影響

對耐磨性影響Ra（μm）初始磨損量重載荷輕載荷圖4-3表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙度值↓→耐疲勞性↑適當硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值↓→耐蝕性↑表面壓應力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值↑→配合質量↓表面粗糙度值↓→耐磨性↑，但有一定限度（圖4-3）對耐疲勞性影響對耐蝕性影響對配合質量影響紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當硬化可提高耐磨性37精選課件ppt表面質量對零件使用性能的影響對耐磨性影響Ra（μm）初始磨第二節(jié)影響加工表面粗糙度

的工藝因素及其改進措施一、切削加工表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度（一）幾何因素的影響（二）表面層金屬的塑性變形--物理因素的影響38精選課件ppt第二節(jié)影響加工表面粗糙度

的工藝因素及其改進措施一、切削加加工表面粗糙度

1．概述經(jīng)過切(磨)削加工后的表面總會有微觀幾何形狀的不平度，其不平度的高度稱表面粗糙度。粗糙度包括進給方向的粗糙度和切削(速度)方向的粗糙度(見圖4．35)。通常所說的粗糙度多指進給方向的粗糙度。39精選課件ppt加工表面粗糙度1．概述39精選課件ppt40精選課件ppt40精選課件ppt

一、切削加工表面粗糙度產(chǎn)生的原因及其控制(1)切削加工表面粗糙度的成因理論粗糙度（殘留面積的高度）、積屑瘤與鱗刺、切削機理的變化工件相對位置變動(顫振)、切削刃損壞及刀具的邊界磨損。41精選課件ppt一、切削加工表面粗糙度產(chǎn)生的原因及其控制41精選課件ppt

1）切削加工表面粗糙度值主要取決于切削殘留面積的高度（理論粗糙度）。影響切削殘留面積高度的因素主要包括：刀尖圓弧半徑r

、主偏角κr、副偏角κ'r，及進給量f等。42精選課件ppt 42精選課件ppt4.7.1切削加工表面粗糙度影響因素

圖4-60車削時殘留面積的高度直線刃車刀（圖4-60a）（4-31）圓弧刃車刀（圖4-60b）（4-32）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削殘留面積減小f、κr、κr′及加大rε，可減小殘留面積的高度43精選課件ppt4.7.1切削加工表面粗糙度影響因素圖4-60車削2)積屑瘤的影響

積屑瘤對表面質量的影響主要有：①積屑瘤不僅在切深方向長大，而且在寬度方向也有長大，因而會有過切量ΔhD的存在。使得實際切削厚度在hD~（hD+ΔhD）之間變化，從而在切削速度方向刻劃出深淺、寬窄均不同的犁溝，增大了表面粗糙度(見圖4.37)。②積屑瘤作為整體其底部相對穩(wěn)定，但頂部常周期性地生成與脫落，脫落的部分附著在切屑底部排出，另一部分碎片則鑲嵌在已加工表面上，從而影響了表面質量。③因為積屑瘤的硬度可比刀具高，故其脫落會造成刀具粘結磨損，從而增大了加工表面粗糙度。44精選課件ppt2)積屑瘤的影響44精選課件ppt積屑瘤形成的條件主要有以下幾個方面：①工件方面一般切削塑性材料呈帶狀切屑時才有可能形成積屑瘤。②刀具方面刀具前角γo＝0°或較小或γo<0°，刀具刃磨質量不好，刀口附近的前后刀面粗糙度值較大、切削刃不平整，易形成積屑瘤。③切削條件方面切削速度Vc中等，進給量f（或切削厚度hD)較大，不用切削液或切削液不起潤滑減摩作用時，易形成積屑瘤。45精選課件ppt積屑瘤形成的條件主要有以下幾個方面：45精選課件ppt46精選課件ppt46精選課件ppt

3)鱗刺的影響

切削加工表面在切削速度方向會產(chǎn)生魚鱗片狀的毛刺，稱為鱗刺，它使表面粗糙度值加大。鱗刺的特點：其晶料與基體材料的晶粒相互交錯，二者之間無分界線，鱗刺表面微觀呈鱗片狀，有一定高度，其寬度近似垂直于切削速度方向。塑性金屬材料精加工的最大障礙。高速鋼、硬質合金或陶瓷刀具在切削低碳鋼、中碳鋼、鉻鋼、不銹鋼、鋁合金、紫銅等塑性金屬時，無論是車、刨、鉆、插、滾齒、插齒和螺紋加工上序中都可能產(chǎn)生鱗刺，它在各種切削速度時，甚至在很低切速下切鋼、板牙切螺紋時也能產(chǎn)生。47精選課件ppt3)鱗刺的影響47精選課件ppt4)切削機理的變化

在擠裂切屑或單元切屑形成的過程中，由于單元切入周期性斷裂向切削表面以下深入，在加工表面留下擠裂痕跡面成波浪形(見圖4.38a)。在崩碎切屑形成過程中，從主切削刃處開始的裂紋在接近主應力方向斜著向下延伸。造成加工表面的凹凸不平(見圖4．38b)切削刃兩側的工件材料被擠壓后因沒有側面的約束力而產(chǎn)生隆起，也會使得粗糙度值加大。48精選課件ppt4)切削機理的變化48精選課件ppt49精選課件ppt49精選課件ppt50精選課件ppt50精選課件ppt

5)切削刃與工件相對位置變動(顫振)由于機床主軸軸承回轉精度不高及各滑動導軌面的形狀誤差等使運動機構產(chǎn)生的跳動，材料不均勻及切屑不連續(xù)等造成的切削過程波動(功削力變化)，均會使刀具工件間的位移會發(fā)生變化，從而使切削厚度、寬度發(fā)生變化。這些變化的不穩(wěn)定因素往往會在加工系統(tǒng)中引起自激振動，使相對位置變化的振幅加大，以致引起背吃刀量變化，即粗糙度值加大。51精選課件ppt5)切削刃與工件相對位置變動(顫振)51精選課件ppt

6)切削刃損壞及刀具邊界磨損

切削刃損壞使粗糙度值加大。副后刀面上產(chǎn)生邊界磨損時(見圖4.40a)，在加工表面上會形成鋸齒狀凸起(見圖4.40b)、使粗糙度值加大52精選課件ppt6)切削刃損壞及刀具邊界磨損52精選課件ppt控制表面粗糙度的措施1)刀具方面①適當減小κr、κr′及加大rε，可減小殘留面積的高度Rmax②增大γo，使塑性變形減小，也有利于抑制積屑瘤和鱗刺的生成：③采用稍大于f的修光刃(即κr′=0)。如：寬刃刨刀或車刀、帶修光刃的端銑刀，均能減小Rmax。53精選課件ppt控制表面粗糙度的措施53精選課件ppt④提高刀面和切削刃的刃磨質量，減小刀面和切削刃的表面粗糙度，減小與加工表間摩擦及粗糙度的復映、有利于抑制積屑瘤和鱗刺的生成。⑤采用能減小與鋼的摩擦系數(shù)的TiN、TiC涂層刀具，以減小粘結和積屑瘤、鱗刺的生成。⑥嚴格控制刀具磨損值，特別是后刀面磨損和邊界磨損，要從時換刀。54精選課件ppt54精選課件ppt

2)工件方面

加工塑性較大的低碳鋼時，可預先將工件進行調質處理，提高其硬度、降低塑性，就可抑制積屑瘤和鱗刺的生長，減小粗糙度。

金相組織粗大的材料，常在精加工前進行調質等處理。金相組織越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。為減小切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前進行調質等處理，目的在于得到均勻細密的晶粒組織和較高的硬度。55精選課件ppt2)工件方面55精選課件ppt

3)切削條件方面

①切削中碳鋼時可降低切削速度(Vc<5m/min)或提高切削速度(Vc>30m/min)，以避免積屑瘤生長區(qū)。在加工塑性材料時，選擇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。②減小進給量f不僅減小了殘留面積高度Rmax，也減小刀-屑接觸區(qū)的法向應力，避免刀-屑間粘結，從而可抑制積屑瘤和鱗刺的生長。③采用加熱切削或低溫切削，以避開積屑瘤和鱗刺的生長區(qū)。④使用性能好的切削液，減小摩擦，抑制積屑瘤和鱗刺的生長，以減小Rmax(圖4．41)：⑤防止機床工藝系統(tǒng)的高頻振動，也可減小粗糙度。56精選課件ppt3)切削條件方面56精選課件ppt57精選課件ppt57精選課件ppt

二、磨削加工后的表面粗糙度（一）幾何因素的影響1．磨削用量對表面粗糙度的影響2．砂輪粒度和砂輪修整對表面粗糙度的影響（二）表面層金屬的塑性變形--物理因素的影響 1．磨削用量 2．砂輪的選擇

58精選課件ppt 二、磨削加工后的表面粗糙度（一）幾何因素的影響 58精選課磨削加工表面粗糙度的形成：

幾何因素和表面層金屬的塑性變形（物理因素）決定的，但磨削過程要比切削過程復雜得多。59精選課件ppt磨削加工表面粗糙度的形成：

幾何因素和表面層金屬的塑性變形（ （一）幾何因素的影響

磨削表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇龅臒o數(shù)極細的溝槽形成的。單純從幾何因素考慮，可以認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。60精選課件ppt （一）幾何因素的影響 磨削表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇龅?．磨削用量對表面粗糙度的影響

砂輪的速度越高，單位時間內通過被磨表面的磨粒數(shù)就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。砂輪的縱向進給減小，工件表面的每個部位被砂輪重復磨削的次數(shù)增加，被磨表面的粗糙度值將減小。工件速度對表面粗糙度的影響剛好與砂輪速度的影響相反，增大工件速度時，單位時間內通過被磨表面的磨粒數(shù)減少，表面粗糙度值將增加。 61精選課件ppt1．磨削用量對表面粗糙度的影響砂輪的速度越高，單位時間內

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。參加磨削的磨粒越多，表面粗糙度就越小。修整砂輪時，金剛石筆的縱向進給量越小，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。62精選課件ppt2．砂輪粒度和砂輪修整對表面粗糙度的影響（二）表面層金屬的塑性變形--物理因素的影響

砂輪的磨削速度比一般切削加工的速度高，且磨粒大多為負前角，磨削比壓大，磨削區(qū)溫度很高，工件表層溫度有時可達900℃，工件表層金屬容易產(chǎn)生相變而燒傷。因此，磨削過程的塑性變形要比一般切削過程大得多。63精選課件ppt（二）表面層金屬的塑性變形--物理因素的影響 砂輪的磨削速度

塑性變形的緣故，被磨表面的幾何形狀與單純根據(jù)幾何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，被磨工件表層金屬的晶粒在橫向上被拉長了，有時還產(chǎn)生細微的裂口和局部的金屬堆積現(xiàn)象。影響磨的表層金屬塑性變形的因素，往往是影響表面粗糙度的決定性因素。64精選課件ppt 塑性變形的緣故，被磨表面的幾何形狀與單純根據(jù)幾何因素所得到(3)增大磨削深度，塑性變形將隨之增大，被磨的表面粗糙度值會增大。(2)工件速度增加，塑性變形增加，表面粗糙度值將增大。(1)砂輪速度越高，就有可能使表層金屬塑性變形的傳播速度小于切削速度，工件材料來不及變形，致使表層金屬的塑性變形減小，磨削表面的粗糙度值將明顯減小。1．磨削用量圖4-8是采用GD60ZR2A砂輪磨削30CrMnSiA材料時，磨削用量對表面粗糙度的影響曲線。65精選課件ppt(3)增大磨削深度，塑性變形將隨之增大，被磨的表面粗糙度值66精選課件ppt66精選課件ppt

2．砂輪的選擇

砂輪的粒度、硬度、組織和材料的選擇會對被磨工件表層金屬的塑性變形產(chǎn)生影響，進而影響表面粗糙度。 (1)單純從幾何因素考慮，砂輪粒度越細，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細時，不僅砂輪易被磨屑堵塞，若導熱情況不好。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。因此，砂輪粒度常取為46～60號。67精選課件ppt 2．砂輪的選擇67精選課件ppt

(2)砂輪的硬度是指磨粒在磨創(chuàng)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，磨鈍了的磨粒不能及時被新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂輪選得太軟，磨粒易脫落，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。68精選課件ppt (2)砂輪的硬度是指磨粒在磨創(chuàng)力作用下從砂輪上脫落的難易程(3)砂輪的組織指磨粒、結合劑和氣孔的比例關系。緊密組織中的磨粒比例大，氣孔小。在成形磨削和精密磨削時，能獲得高精度和較小的表面粗糙度值。疏松組織的砂輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料（磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼等），可獲得較小的表面粗糙度值。一般情況下，應選用中等組織的砂輪。69精選課件ppt(3)砂輪的組織69精選課件ppt

(4)砂輪材料的選擇砂輪材料選擇適當，可獲得滿意的表面粗糙度。氧化物（剛玉）砂輪適于磨削鋼類零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂輪適于磨削鑄鐵、硬質合金等材料；用高硬磨料（人造金剛石、立方氮化硼）砂輪磨削可獲得極小的表面粗糙度值，但加工成本很高。70精選課件ppt (4)砂輪材料的選擇70精選課件ppt (5)磨削液的選擇。對于磨削加工來說，由于磨削溫度很高，熱因素的影響往往占主導地位。因此，必須采取切實可行的措施，將磨削液送入磨削區(qū)。71精選課件ppt (5)磨削液的選擇。對于磨削加工來說，由于磨削溫度很高，熱砂輪速度v↑，Ra↓工件速度vw↑，Ra↑砂輪縱向進給f↑，Ra

↑磨削深度ap↑，Ra

↑圖4-62磨削用量對表面粗糙度的影響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(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

磨削用量影響圖4-63光磨次數(shù)-Ra關系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，Ra↓72精選課件ppt砂輪速度v↑，Ra↓圖4-62磨削用量對表面粗糙度的影砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓砂輪精細修整，Ra↓4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

砂輪影響其他影響因素工件材料冷卻潤滑液等73精選課件ppt砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量4.7.2磨削加工表面粗糙

3．磨削表面粗糙度（與課本相同）磨削表面是由隨機分布在砂輪表面的幾何形狀不規(guī)則的磨粒，經(jīng)對工件表面的滑擦、刻劃和切削三個階段形成的。磨削與切削不同，在滑擦階段，工件表面只有彈性變形；在刻劃階段，磨粒把工件表面刻劃出溝痕的同時，也使材料擠向兩側面而生隆起，雖有塑性變形，但仍無切屑形成，只有在多次刻劃后才因疲勞斷裂或脫落而形成切屑。74精選課件ppt3．磨削表面粗糙度（與課本相同）磨削表面是由隨機分布在砂輪垂直于磨削方向的最大不平度Rmax：75精選課件ppt垂直于磨削方向的最大不平度Rmax：75精選課件ppt76精選課件ppt76精選課件ppt減小磨削表面粗糙度值可采取措施①采用粒度號大的砂輪，磨粒細，m值增大，Ra減小，但磨粒不宜太細。②提高砂輪速度Vc或降低工件速度Vw，即Vc/Vw比值增大，可使Ra減小(見圖442a、b)；因Vc提高，塑性變形減少，使隆起殘余絲ξ減小(見圖4．42c)。③使用直徑較大的砂輪可使Ra減小。77精選課件ppt減小磨削表面粗糙度值可采取措施①采用粒度號大的砂輪，磨粒

④加大砂輪寬度B，使得參加工作的磨粒數(shù)增多，每顆磨粒的磨削量將減小，即單顆磨粒的最大的切削厚度減小或軸向進給量fa減小，使B/fa比值增大，Ra減小（圖4.43）⑤增大徑向進給量fr(或磨削深度ap)，會使粗糙度值增大。因fr增大，可使塑性變形增大，從而使Ra增大(見圖444)；增加光磨次數(shù)可使Ra減小(見圖4．45)。⑥提高砂輪修磨質量可使Ra減小。修整用的金剛石具越鋒利、修整導程越小、修整深度越小、修出磨粒的微刃越多越細、刃口等高性越好，則Ra越小。

此外，砂輪硬度、磨削液性能及其澆注方法等都對粗糙度有一定影響。78精選課件ppt④加大砂輪寬度B，使得參加工作的磨粒數(shù)增多，每顆磨粒的79精選課件ppt79精選課件ppt80精選課件ppt80精選課件ppt砂輪速度v↑，Ra↓工件速度vw↑，Ra↑砂輪縱向進給f↑，Ra

↑磨削深度ap↑，Ra

↑圖4-62磨削用量對表面粗糙度的影響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(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

磨削用量影響圖4-63光磨次數(shù)-Ra關系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，Ra↓81精選課件ppt砂輪速度v↑，Ra↓圖4-62磨削用量對表面粗糙度的影砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓砂輪精細修整，Ra↓4.7.2磨削加工表面粗糙度影響因素

砂輪影響其他影響因素工件材料冷卻潤滑液等82精選課件ppt砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量4.7.2磨削加工表面粗糙第三節(jié)影響表層金屬力學物理性能的工藝因素及其改進措施一、加工表面層的冷作硬化二、表層金屬的金相組織變化三、表層金屬的殘余應力四、表面強化工藝83精選課件ppt第三節(jié)影響表層金屬力學物理性能的工藝因素及其改進措施一、

由于受到切削力和切削熱的作用，表面金屬層的力學物理性能會產(chǎn)生很大的變化，最主要的變化是表層金屬顯微硬度的變化，金相組織的變化和在表層金屬中產(chǎn)生殘余應力。84精選課件ppt 由于受到切削力和切削熱的作用，表面金屬層的力學物理性能會產(chǎn)

一、加工表面層的冷作硬化（一）概述（二）影響切削加工表面冷作硬化的因素（三）影響磨削加工表面冷作硬化的因素（四）冷作硬化的測量方法85精選課件ppt 一、加工表面層的冷作硬化（一）概述85精選課件ppt

（一）概述

冷作硬化：機械加工過程中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒被拉長，這些都會使表面層金屬的硬度增加，統(tǒng)稱為冷作硬化（或稱為強化）。

表層金屬冷作硬化的結果：會增大金屬變形的阻力，減小金屬的塑性，金屬的物理性質（如密度、導電性、導熱性等）也有所變化。86精選課件ppt （一）概述 冷作硬化：機械加工過程中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格

弱化：金屬冷作硬化的結果，使金屬處于高能位不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有條件，金屬的冷硬結構本能地向比較穩(wěn)定的結構轉化。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為弱化。機械加工過程中產(chǎn)生的切削熱，將使金屬在塑性變形中產(chǎn)生的冷硬現(xiàn)象得到恢復。 由于金屬在機械加工過程中同時受到力因素和熱因素的作用，機械加工后表面層金屬的最后性質取決于強化和弱化兩個過程的綜合。87精選課件ppt 弱化：金屬冷作硬化的結果，使金屬處于高能位不穩(wěn)定狀態(tài)，只要評定冷作硬化的指標有下列三項：1）表層金屬的顯微硬度HV；2）硬化層深度h（m）；3）硬化程度N。式中HV0--工件內部金屬原來的硬度。88精選課件ppt評定冷作硬化的指標有下列三項：式中HV0--工件內部金屬原來89精選課件ppt89精選課件ppt（二）影響切削加工表面冷作硬化的因素1．切削用量的影響切削用量中以進給量和切削速度的影響為最大。90精選課件ppt（二）影響切削加工表面冷作硬化的因素1．切削用量的影響9

圖4-9給出了在切削45鋼時，進給量和切削速度對冷作硬化的影響。由圖可知，（1）加大進給量時，表層金屬的顯微硬度將隨之增加。這是因為隨著進給量的增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增大。注意：這種情況只是在進給量比較大時才是正確的；如果進給量很小，比如切削厚度小于0.05～0.06mm時，若繼續(xù)減小進給量。則表層金屬的冷硬程度不僅不會減小，反而會增大。91精選課件ppt 圖4-9給出了在切削45鋼時，進給量和切削速度對冷作硬化的92精選課件ppt92精選課件ppt93精選課件ppt93精選課件ppt

（2）當切削速度增大時，刀具與工件的作用時間減少，使塑性變形的擴展深度減小，因而冷硬層深度減??；當然，切削速度增大時，切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短了，將使冷硬程度增加。在圖4-9及圖4-10加工條件下，當切削速度增大時，都出現(xiàn)了冷硬程度隨之增大的情況。但在某些加工條件下，切削速度對冷硬的影響規(guī)律卻與此相反。94精選課件ppt （2）當切削速度增大時，刀具與工件的作用時間減少，使塑性變例如，車削Q235A鋼在切削速度為14m／min時，冷硬層深度達到100μm；而切削速度提高到208m／min時，冷硬層深度才只有38μm，冷硬程度也顯著降低。切削速度對冷硬程度的影響是力因素和熱因素綜合作用的結果。（3）切削深度對表層金屬冷作硬化的影響不大。95精選課件ppt例如，車削Q235A鋼在切削速度為14m／min時，冷硬層96精選課件ppt96精選課件ppt2.刀具方面①刀具幾何參數(shù)：主要是γo、αo、和γn。

前角γo越大，切削變形越小，加工硬化N和硬化層深度Δhd均減小。前角在士20°圍內變化時，對表層金屬的冷硬沒有顯著的影響。97精選課件ppt2.刀具方面97精選課件ppt后角αo越大，與后刀面的摩擦越小，加工硬化越小刃口鈍圓半徑γn越小，擠壓摩擦越小，彈性恢復層Δhd越小，硬化層越小(見圖4．48)。當切削刃鈍圓半徑增大，徑向切削分力也將隨之加大，表層金屬的塑性變形程度加劇，導致冷硬增大。98精選課件ppt后角αo越大，與后刀面的摩擦越小，加工硬化越小98精選課件②刀具磨損：后刀面磨損VB值越大，硬化層深度Δhd越大(見圖4.49)。99精選課件ppt②刀具磨損：后刀面磨損VB值越大，硬化層深度Δhd越大(見圖圖4-11是前蘇聯(lián)學者試驗所得結果。由圖可知，刀具后刀面磨損寬度VB從0增大到0.2mm，表層金屬的顯微硬度由220HV增大到340HV。這是由于磨損寬度加大之后，刀具后刀面與被加工工件的摩擦加劇，塑性變形增大，導致表面冷硬增大。但磨損寬度繼續(xù)加大，摩擦熱急劇增大，弱化趨勢明顯增大，表層金屬的顯微硬度逐漸下降，直至穩(wěn)定在某一水平上。100精選課件ppt圖4-11是前蘇聯(lián)學者試驗所得結果。由圖可知，刀具后刀面磨損101精選課件ppt101精選課件ppt③刀具刃磨質量：前后刀面刃磨質量越好，硬化越小。102精選課件ppt③刀具刃磨質量：前后刀面刃磨質量越好，硬化越小。102精選課3．加工材料性能的影響

（1）工件材料的塑性越大，冷硬傾向越大，冷硬程度也越嚴重。（2）碳鋼中含碳量越大，強度越高，其塑性越小，因而冷硬程度越小。（3）有色合金金屬的熔點低，容易弱化，冷作硬化現(xiàn)象比鋼材輕得多。103精選課件ppt3．加工材料性能的影響103精選課件ppt4.8.1影響表面冷作硬化的因素

切削加工

f↑，冷硬程度↑(圖4-64)◆切削用量影響◆刀具影響rε↑，冷硬程度↑其他幾何參數(shù)影響不明顯后刀面磨損影響顯著（圖4-65）00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)圖4-65后刀面磨損對冷硬影響◆工件材料材料塑性↑，冷硬傾向↑切削速度影響復雜（力與熱綜合作用結果）切削深度影響不大圖4-64f和v對冷硬的影響硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：45104精選課件ppt4.8.1影響表面冷作硬化的因素切削加工f↑，冷硬4)控制加工硬化的措施：選擇較大的γo、αo、及較小的rn。合理確定VB值。提高刀具刃磨質量。合理選擇切削用量，盡量選擇較高的Vc和較小的f使用性能好的切削液。105精選課件ppt4)控制加工硬化的措施：105精選課件ppt磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強）工件轉速↑→冷硬程度↑縱向進給量影響復雜磨削深度↑→冷硬程度↑（圖4-66）◆磨削用量◆砂輪砂輪粒度↑→冷硬程度↓砂輪硬度、組織影響不顯著◆工件材料材料塑性↑→冷硬傾向↑材料導熱性↑→冷硬傾向↑圖4-66磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削4.8.1影響表面冷作硬化的因素

磨削加工106精選課件ppt磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強）磨削深度↑→冷硬程度↑（三）影響磨削加工表面冷作硬化的因素1．工件材料性能的影響

工件材料對磨削表面冷作硬化的影響，從材料的塑性和導熱性兩個方面著手進行。磨削高碳工具鋼T8，加工表面冷硬程度平均可達60％～65％，個別可達100％；而磨削純鐵時，加工表面冷硬程度可達75％～80％，有時可達140％～150％。原因：是純鐵的塑性好，磨削時的塑性變形大，強化傾向大；此外，純鐵的導熱性比高碳工具鋼高，熱不容易集中于表面層，弱化傾向小。107精選課件ppt（三）影響磨削加工表面冷作硬化的因素1．工件材料性能的影響2．磨削用量的影響

（2）加大縱向進給速度，每顆磨粒的切屑厚度隨之增大，磨削力加大，冷硬增大。但提高縱向進給速度，有時又會使磨削區(qū)產(chǎn)生較大的熱量而使冷硬減弱。加工表面的冷硬狀況要綜合考慮上述兩種因素的作用。（1）加大磨削深度，磨削力隨之增大，磨削過程的塑性變形加劇，表面冷硬傾向增大，圖4-12是磨削高碳工具鋼T8的實驗曲線。（3）提高工件轉速，會縮短砂輪對工件熱作用的時間，使軟化傾向減弱，因而表面層的冷硬增大。3．砂輪粒度的影響砂輪的粒度越大，每顆磨粒的載荷越小，冷硬程度越小。108精選課件ppt2．磨削用量的影響 （2）加大縱向進給速度，每顆磨粒的切屑109精選課件ppt109精選課件ppt（四）冷作硬化的測量方法

冷作硬化的測量主要是指表面層的顯微硬度HV和硬化層深度h的測量，硬化程度N可由表面層的顯微硬度HV和工件內部金屬原來的顯微硬度HV0。通過式（4-3）計算求得。110精選課件ppt（四）冷作硬化的測量方法 冷作硬化的測量主要是指表面層的顯微

表面層顯微硬度HV的常用測定方法是用顯微硬度計來測量，它的測量原理與維氏硬度計相同，都是采用頂角為136°的金剛石壓頭在試件表面上打印痕，根據(jù)印痕的大小決定硬度值。所不同的只是顯微硬度計所用的載荷很小，一般都只在2N以內（維氏硬度計的載荷約為50～1200N），印痕極小。111精選課件ppt 表面層顯微硬度HV的常用測定方法是用顯微硬度計來測量，它的

加工表面冷硬層很薄時，可在斜截面上測量顯微硬度。對于平面試件可按圖4-13a磨出斜面，然后逐點測量其顯微硬度，并將測量結果繪制如圖4-13b所示圖形。斜切角α常取為0°30'～2°30'。采用斜截面測量法，不僅可測量顯微硬度，還能較為準確地測出硬化層深度h。由圖4-13a可知h=lsinα+Rz112精選課件ppt 加工表面冷硬層很薄時，可在斜截面上測量顯微硬度。對于平面試113精選課件ppt113精選課件ppt4.8.3磨削燒傷與磨削裂紋

合理選擇砂輪合理選擇磨削用量改善冷卻條件工件表層溫度達到或超過金屬材料相變溫度時，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應力產(chǎn)生，同時出現(xiàn)彩色氧化膜磨削燒傷磨削表面殘余拉應力達到材料強度極限，在表層或表面層下產(chǎn)生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，常與燒傷同時出現(xiàn)圖4-69帶空氣擋板冷卻噴嘴磨削燒傷與磨削裂紋的控制磨削裂紋114精選課件ppt4.8.3磨削燒傷與磨削裂紋合理選擇砂輪工件表層溫二、表層金屬的金相組織變化（一）機械加工表面金相組織的變化機械加工過程中，在工件的加工區(qū)及其鄰近的區(qū)域，溫度會急劇升高，當溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點時，就會發(fā)生金相組織變化。對于一般的切削加工方法倒不至于嚴重到如此程度。115精選課件ppt二、表層金屬的金相組織變化（一）機械加工表面金相組織的變化1磨削加工：磨削比壓特別大，且磨削速度也特別高，切除金屬的功率消耗遠大于其它加工方法。而加工所消耗能量的絕大部分都要轉化為熱，這些熱量中的大部分（約80％）將傳給被加工表面，使工件表面具有很高的溫度。(1)磨削燒傷：對于已淬火的鋼件，很高的磨削溫度往往會使表層金屬的金相組織產(chǎn)生變化，使表層金屬硬度下降，使工件表面呈現(xiàn)氧化膜顏色，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。 磨削加工是一種典型的容易產(chǎn)生加工表面金相組織變化的加工方法，在磨削加工中若出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象，將會嚴重影響零件的使用性能。116精選課件ppt磨削加工：磨削比壓特別大，且磨削速度也特別高，切除金屬的功率

磨削淬火鋼時，在工件表面層形成的瞬時高溫將使表層金屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：l）如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度（碳鋼的相變溫度為720°C），但已超過馬氏體的轉變溫度（中碳鋼為300°C)工件表層金屬的馬氏體將轉化為硬底較低的回火組織（索氏體或托氏體），這稱為回火燒傷。117精選課件ppt 磨削淬火鋼時，在工件表面層形成的瞬時高溫將使表層金屬產(chǎn)生

2）如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織，硬度比原來的回火馬氏體高；在它的下層。由冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原來的回火馬氏體低的回火組織（索氏體或托氏體），這稱為淬火燒傷。 3）如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削過程又沒有冷卻液，表層金屬將產(chǎn)生退火組織，表層金屬的硬度將急劇下降，這稱為退火燒傷。118精選課件ppt 2）如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，

(2)磨削裂紋由于磨削溫度很高，熱應力和金相組織相變引起磨削表面的殘余應力。一般情況下磨削表面多呈殘余拉應力。磨削淬火鋼、滲碳鋼及硬質合金工件時，常常在垂直于磨削的方向上產(chǎn)生微小龜裂，嚴重時發(fā)展成龜殼狀微裂紋。有的裂紋不在工件外表面，而在表層下層。裂紋的方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，并與燒傷同時出觀。其危害是降低零件的疲勞強度，甚至出現(xiàn)早期低應力斷裂。119精選課件ppt(2)磨削裂紋119精選課件ppt（二）改善磨削燒傷的工藝途徑

1．正確選擇砂輪 磨削導熱性差的材料（如耐熱鋼、軸承鋼及不銹鋼等）；容易產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象，應特別注意合理選擇砂輪的硬度、結合劑和組織。（1）硬度太高的砂輪，砂輪鈍化之后不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷。為避免產(chǎn)生燒傷，應選擇較軟的砂輪。（2）選擇具有一定彈性的結合劑（如橡膠結合劑，樹脂結合劑），也有助于避免燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。（3）為了減少砂輪與工件之間的摩擦熱，在砂輪的孔隙內浸人石蠟之類的潤滑物質，對降低磨削區(qū)的溫度、防止工件燒傷也有一定效果。120精選課件ppt（二）改善磨削燒傷的工藝途徑120精選課件ppt2．合理選擇磨削用量

以平磨為例，來分析磨削，用量對燒傷的影響。（1）磨削深度αp。對磨削溫度影響極大，如圖4-14所示。從減輕燒傷的角度考慮，αp不宜過大。121精選課件ppt2．合理選擇磨削用量121精選課件ppt122精選課件ppt122精選課件ppt

（2）加大橫向進給量ft對減輕燒傷有好處。圖4-15給出了橫向進給量ft對磨削溫度分布影響的實驗結果，為了減輕燒傷，宜選用較大的ft。123精選課件ppt （2）加大橫向進給量ft對減輕燒傷有好處。圖4-15給

（3）加大工件的回轉速度νw，磨削表面的溫度升高，但其增長速度與磨削深度αp相比影響小得多；且νw越大，熱量越不容易傳入工件內層，具有減小燒傷層深度的作用。但增大工件速度νs。會使表面粗糙度增大，為了彌補這一缺陷，可以相應提高砂輪速度νs。實踐證明。同時提高砂輪速度νs和工件速度νw，可以避免燒傷。124精選課件ppt （3）加大工件的回轉速度νw，磨削表面的溫度升高，但其增長

從減輕燒傷而同時又盡可能地保持較高的生產(chǎn)率考慮，在選擇磨削用量時，應選用較大的工件速度νw和較小的磨削深度ap。125精選課件ppt 從減輕燒傷而同時又盡可能地保持較高的生產(chǎn)率考慮，在選擇磨削

3．改善冷卻條件磨削時磨削液若能直接進入磨削區(qū)，對磨削區(qū)進行充分冷卻，能有效地防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。因為水的比熱和汽化熱都很高，在室溫條件下，lmL水變成100℃以上的水蒸氣至少能帶走2512J的熱量;而磨削區(qū)熱源每秒鐘的發(fā)熱量，在一般磨削用量下都在4187J以下。據(jù)此可以推測，只要設法保證在每秒時間內確有2ml的冷卻水進入磨削區(qū)，將有相當可觀的熱量被帶走，就可以避免產(chǎn)生燒傷。126精選課件ppt 3．改善冷卻條件磨削時磨削液若能直接進入磨削區(qū)，對磨削

然而，目前通用的冷卻方法（圖4-16）效果很差，實際上沒有多少磨削液能夠真正進入磨削區(qū)。因此，須采取切實可行的措施，改善冷卻條件，防止燒傷現(xiàn)象產(chǎn)生。127精選課件ppt 然而，目前通用的冷卻方法（圖4-16）效果很差，實際上沒有128精選課件ppt128精選課件ppt

內冷卻是一種較為有效的冷卻方法，如圖4-17所示，其工作原理是，經(jīng)過嚴格過濾的冷卻液通過中空主軸法蘭套引入砂輪的中心腔3內，由于離心力的作用，這些冷卻液就會通過砂輪內部的孔隙向砂輪四周的邊緣灑出，因此冷卻水就有可能直接注入磨削區(qū)。目前，內冷卻裝置尚未得到廣泛應用，其主要原因是使用內冷卻裝置時，磨床附近有大量水霧，操作工人勞動條件差。精磨加工時無法通過觀察火花試磨對刀。129精選課件ppt 內冷卻是一種較為有效的冷卻方法，如圖4-17所示，其工作原4．開槽砂輪 在砂輪的圓周上開一些橫槽，能使砂輪將冷卻液帶入磨削區(qū)，對防止工件燒傷十分有效。

開槽砂輪的形狀如圖4-18所示，目前常用的開槽砂輪有均勻等距開槽（圖4-18a）和在90°之內變距開槽（圖4-18b）兩種形式。（1）采用開槽砂輪，能將冷卻液直接帶入磨削區(qū)，可有效改善冷卻條件；（2）在砂輪上開槽，使砂輪間斷磨削，工件受熱時間短，金相組織來不及轉變；（3）在砂輪上開槽還能起扇風作用，可改善散熱條件。因此,開槽砂輪可有效地防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。130精選課件ppt4．開槽砂輪開槽砂輪的形狀如圖4-18所示，目前131精選課件ppt131精選課件ppt4.8.2影響層金屬殘余應力的因素

v↑→殘余應力↑（熱應力起主導作用，圖4-67）◆切削用量◆刀具前角+→－，殘余拉應力↓刀具磨損↑→殘余應力↑◆工件材料材料塑性↑→殘余應力↑鑄鐵等脆性材料易產(chǎn)生殘余壓應力圖4-68f對殘余應力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液殘余應力(Gpa)0.2000.200100200300400距離表面深度(μm)f

=0.40mm/rf

=0.25mm/rf

=0.12mm/r僅討論切削加工

f↑→殘余應力↑（圖4-68）切削深度影響不顯著圖4-67vc對殘余應力的影響γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距離表面深度(μm)殘余應力(Gpa)-0.2000.20vc

=213m/minvc

=86m/minvc

=7.7m/min132精選課件ppt4.8.2影響層金屬殘余應力的因素v↑→殘余應力↑

三、表面金屬的殘余應力

在機械加工過程中，當表層金屬組織發(fā)生形狀變化、體積變化或金相組織變化時，將在表面層的金屬與其基體間產(chǎn)生相互平衡的殘余應力。133精選課件ppt 三、表面金屬的殘余應力 在機械加工過程中，當表層金屬組織發(fā)（一）表層金屬產(chǎn)生殘余應力的原因1.塑性變形機械加工時在加工表面的金屬層內有塑性變形產(chǎn)生，使表層金屬的比容增大。由于塑性變形只在表面層中產(chǎn)生，而表面層金屬的比容增大和體積膨脹。不可避免地要受到與它相連的里層金屬的阻礙，這樣就在表面層內產(chǎn)生了壓縮殘余應力，而在里層金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應力。134精選課件ppt（一）表層金屬產(chǎn)生殘余應力的原因1.塑性變形134精選課件p

當?shù)毒邚谋患庸け砻嫔锨谐饘贂r，表層金屬的纖維被拉長，刀具后刀面與已加工表面的摩擦又加大了這種拉伸作用。刀具切離之后，拉伸彈性變形將逐漸恢復，而拉伸塑性變形則不能恢復。表面層金屬的拉伸塑性變形，受到與它相連的里層未發(fā)生塑性變形金屬的阻礙，因此就在表層金屬中產(chǎn)生了壓縮殘余應力，而在里層金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應力。135精選課件ppt 當?shù)毒邚谋患庸け砻嫔锨谐饘贂r，表層金屬的纖維被拉長，刀具

2.切削熱 在機械加工中，切削區(qū)會產(chǎn)生大量的切削熱，工件表面的溫度往往很高。表層產(chǎn)生殘余拉應力，里層產(chǎn)生殘余壓應力136精選課件ppt 2.切削熱136精選課件ppt

圖4-19a為工件上溫度分布示意圖。tp點相當于金屬具有高塑性的溫度，溫度高于tp的表層金屬不會有殘余應力產(chǎn)生。tn為標準室溫，tm為金屬熔化溫度。由圖4-19的溫度分析圖可知：137精選課件ppt 圖4-19a為工件上溫度分布示意圖。tp點相當于金屬具有高138精選課件ppt138精選課件ppt

1）表層金屬1的溫度超過tp，表層金屬1處于沒有殘余應力作用的完全塑性狀態(tài)中； 2）金屬層2的溫度在tn和tp之間，這層金屬受熱之后體積要膨脹，由于表層金屬1處于完全塑性狀態(tài)，故它對金屬層2的受熱膨脹不起任何阻止作用。但金屬層2的膨脹要受到處于室溫狀態(tài)的里層金屬3的阻止，金屬層2由于膨脹受阻將產(chǎn)生瞬時壓縮殘余應力，而金屬層3則受金屬層2的牽連產(chǎn)生瞬時拉伸殘余應力，如圖4－19b所示。139精選課件ppt 1）表層金屬1的溫度超過tp，表層金屬1處于沒有殘余應力作

3）切削過程結束之后，工件表面的溫度開始下降。當金屬層1的溫度低于tp時，金屬層1將從完全塑性狀態(tài)轉變?yōu)椴煌耆苄誀顟B(tài)。金屬層1的冷卻使其體積收縮，但它的收縮受到金屬層2的阻礙。這樣金屬層1內就產(chǎn)生了拉伸殘余應力，而在金屬層2內的壓縮殘余應力將進一步增大，如圖4-19C所示。140精選課件ppt 3）切削過程結束之后，工件表面的溫度開始下降。當金屬層1的

4）表層金屬繼續(xù)冷卻，表層金屬1繼續(xù)收縮，它仍將受到里層金屬的阻礙，因此金屬層1的拉伸應力還要繼續(xù)加大。而金屬層2的壓縮應力則擴展到金屬層2和金屬層3內，在室溫下，由于切削熱引起的表層金屬殘余應力狀態(tài)，如圖4-19d所示。141精選課件ppt 4）表層金屬繼續(xù)冷卻，表層金屬1繼續(xù)收縮，它仍將受到里層金3.金相組織 不同的金相組織具有不同的密度（γ馬氏體=7.75t／m3，γ奧氏體=7.96t／m3，γ鐵素體=7.88t／m3，γ珠光體=7.78／m3），也就會具有不同的比容。如果在機械加工中，表層金屬產(chǎn)生了金相組織的變化，表層金屬的比容將隨之發(fā)生變化，而表層金屬的這種比容變化必然會受到與之相連的基體金屬的阻礙，因此就會有殘余應力產(chǎn)生。142精選課件ppt3.金相組織142精選課件ppt（1）如果金相組織的變化引起表層金屬的比容增大，則表層金屬將產(chǎn)生壓縮殘余應力，而里層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力；（2）若金相組織的變化引起表層金屬的比容減小，則表層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力，而里層金屬產(chǎn)生壓縮殘余應力。143精選課件ppt（1）如果金相組織的變化引起表層金屬的比容增大，則表層金屬將

在磨削淬火鋼時，因磨削熱有可能使表層金屬產(chǎn)生回火燒傷，工件表層金屬組織將由馬氏體轉變?yōu)榻咏楣怏w的托氏體或索氏體，表層金屬密度從7.75t／m3增至7.78t/m3，比容減小。表面層金屬由于相變而產(chǎn)生的收縮受到基體金屬的阻礙，因而在表層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力，里層金屬則產(chǎn)生與之相平衡地壓縮殘余應力。144精選課件ppt 在磨削淬火鋼時，因磨削熱有可能使表層金屬產(chǎn)生回火燒傷，工件

如果磨削時表層金屬的溫度超過相變溫度，且冷卻又很充分，表層金屬將因急冷形成淬火馬氏體，密度減小，比容增大，那么，表面金屬將產(chǎn)生壓縮殘余應力，而里層金屬則產(chǎn)生拉伸殘余應力。145精選課件ppt 如果磨削時表層金屬的溫度超過相變溫度，且冷卻又很充分，表層

（二）影響車削表層金屬殘余應力的工藝因素

研究結果表明，車削時表面殘余應力的數(shù)值在200～800MPa范圍內變化。使用磨鈍的車刀加工對，殘余應力可達1000MPa殘余應力的深度，在速度高和負前角γ=-30°時可以達到0.65mm。146精選課件ppt （二）影響車削表層金屬殘余應力的工藝因素 研究結果表明，車

1．切削速度和被加工材料的影響

用正前角車刀加工45鋼的切削試驗結果表明，在所有的切削速度下，工件表層金屬均產(chǎn)生拉伸殘余應力，這說明切削熱因素在切削過程中起主導作用。147精選課件ppt 1．切削速度和被加工材料的影響 用正前角車刀加工45鋼的切148精選課件ppt148精選課件ppt

在同樣的切削條件下加工18CrNiMoA鋼時，表面殘余應力狀態(tài)卻發(fā)生了變化。圖4-20是車削18CrNiMoA鋼工件的殘余應力分布圖。在采用正前角車刀以較低的切削速度（6～20m／min）車削18CrNiMoA鋼時，工件表面將產(chǎn)生拉伸殘余應力，但隨著切削速度的增大，拉伸應力值逐漸減小。在切削速度為200～250m／min時表面層呈現(xiàn)壓縮殘余應力（圖a）；在高速（500～850m／min）。車削時，表面也將產(chǎn)生壓縮殘余應力（圖b）。149精選課件ppt 在同樣的切削條件下加工18CrNiMoA鋼時，表面殘余應力

這說明在（1）低速車削時，切削熱的作用起主導作用，表層產(chǎn)生拉伸殘余應力。隨著切削速度的提高，表層溫度逐漸提高至淬火溫度，表層金屬產(chǎn)生局部淬火，金屬的比容開始增大，金相組織變化因素開始起作用，致使拉伸殘余應力的數(shù)值逐漸減小。（2）當高速切削時，表層金屬的淬火進行得較充分。表面層金屬的比容增大，金相組織變化因素起主導作用，因而在表層金屬中產(chǎn)生了壓縮殘余應力。150精選課件ppt 這說明在（1）低速車削時，切削熱的作用起主導作用，表層產(chǎn)生Vc增加，切削溫度升高，此時由切削溫度引起的熱應力逐漸起主導作用,故隨著Vc增加，殘余應力將增大，但殘余應力層深度減小。151精選課件pptVc增加，切削溫度升高，此時由切削溫度引起的熱應力逐漸起主導 2.進給量的影響

加大進給量，會使表層金屬的塑性變形增加，切削區(qū)發(fā)生的熱量也將增加。加大進給量的結果，會使殘余應力的數(shù)值及擴展深度均相應增大。進給星f增加，殘余拉應力增大，但壓應力將向里層移動。152精選課件ppt 2.進給量的影響 加大進給量，會使表層金屬的塑性變形增加，

3.前角的影響

前角對表層金屬殘余應力的影響極大，圖4-21是車刀前角對殘余成力影響的試驗曲線。以150m／min的切削速度車削45鋼時，當前角由正值變?yōu)樨撝祷蚶^續(xù)增大負前角，拉伸殘余應力的數(shù)值減?。▓Da）。當以750m／min的切削速度車削45鋼時，前角的變化將引起殘余應力性質的變化。刀具負前角很大（γ=-30°和γ=-50°）時，表層金屬發(fā)生淬火反應，表層金屬產(chǎn)生壓縮殘余應力（圖b）。153精選課件ppt 3.前角的影響 前角對表層金屬殘余應力的影響極大，圖4-2154精選課件ppt154精選課件ppt

車削容易發(fā)生淬火反應的18CrNiMoA合金鋼時，在150m／min的切削速度下，用前角γ=-30°的車刀切削，就能使表面層產(chǎn)生壓縮殘余應力（圖c）；而當切削速度加大到750m／min時，用負前角車刀加工都會使表面層產(chǎn)生壓縮殘余應力；只有在采用較大的正前角車刀加工時，才會產(chǎn)生拉伸殘余應力（圖d）。前角的變化不僅影響殘余應力的數(shù)值和符號，而且在很大程度上影響殘余應力的擴展深度。155精選課件ppt 車削容易發(fā)生淬火反應的18CrNiMoA合金鋼時，在150

此外，切削刃鈍圓半徑rn，刀具磨損狀態(tài)等都對表層金屬殘余應力的性質及分布有影響。156精選課件ppt 此外，切削刃鈍圓半徑rn，刀具磨損狀態(tài)等都對表層金屬殘余應當前角由正變?yōu)樨摃r，表層殘余拉應力逐漸減小。這是因為前角減小，刀具對加工表面的擠壓與摩擦作用加大。從而使殘余拉應力減小；當前角為較大負值且切削用量合適時．甚至可得到殘余壓應力。157精選課件ppt當前角由正變?yōu)樨摃r，表層殘余拉應力逐漸減小。157精選課件p

2)刀具磨損：刀具后刀面磨損VB增大。使后刀面與加工表面摩擦增大，也使切削溫度升高，從而由內熱應力引起的殘余應力的影響增強。使加工表面呈殘余拉應力，同時使殘余拉應力層深度加大158精選課件ppt2)刀具磨損：刀具后刀面磨損VB增大。使后刀面與加工表面摩

(2)工件方面

工件材料塑性越大，切削加工后產(chǎn)生的殘余拉應力越大。如工業(yè)純鐵、奧氏體不銹鋼等；切削灰鑄鐵等脆件材料時，加工表向易產(chǎn)生殘余壓應力，原因在于刀具的后刀面擠壓與摩擦使得表面產(chǎn)生拉伸變形，待與刀具后刀面脫離接觸后在里層的彈性恢復作用下、使得表層呈殘余壓應力159精選課件ppt(2)工件方面159精選課件ppt（三）影響磨削殘余應力的工藝因素

磨削加工中，塑性變形嚴重且熱量大，工件表面溫度高，熱因素和塑性變形對磨削表面殘余應力的影響都很大。在一般磨削過程中，（1）若熱因素起主導作用，工件表面將產(chǎn)生拉伸殘余應力；（2）若塑性變形起主導使用，工件表面將產(chǎn)生壓縮殘余應力；（3）當工件表面溫度超過相變溫度且又冷卻充分時，工件表面出現(xiàn)淬火燒傷，此時金相組織變化因素起主要作用，工件表面將產(chǎn)生壓縮殘余應力。160精選課件ppt（三）影響磨削殘余應力的工藝因素 磨削加工中，塑性變形嚴重且在精細磨削時，塑性變形起主導作用，工件表層金屬產(chǎn)生壓縮殘余應力。161精選課件ppt在精細磨削時，塑性變形起主導作用，工件表層金屬產(chǎn)生壓縮殘余應1．磨削用量的影響

（1）磨削深度ap對表面層殘余應力的性質、數(shù)值有很大影響。圖4-22是磨削工業(yè)鐵時，磨削深度對殘余應力的影響，當磨削深度很小（例如ap=0.005mm）時，塑性變形起主要作用，因此磨削表面形成壓縮殘余應力。162精選課件ppt1．磨削用量的影響 （1）磨削深度ap對表面層殘余應力的性質

繼續(xù)加大磨削深度，塑性變形加劇，磨削熱隨之增大，熱因素的作用逐漸占主導地位，在表面層產(chǎn)生拉伸殘余應力；且隨著磨削深度的增大，拉伸殘余應力的數(shù)值將逐漸增大。當ap>0．025mm時，盡管磨削溫度很高，但因工業(yè)鐵的含碳量極低，不可能出現(xiàn)淬火現(xiàn)象，此時塑性變形因素逐漸起主導作用，表層金屬的拉伸殘余應力數(shù)值逐漸減??；當ap取值很大時，表層金屬呈現(xiàn)壓縮殘余應力狀態(tài)。163精選課件ppt 繼續(xù)加大磨削深度，塑性變形加劇，磨削熱隨之增大，熱因素的作164精選課件ppt164精選課件ppt（2）砂輪速度提高砂輪速度，磨削區(qū)溫度增高，此時熱因素的作用增大，塑性變形因素的影響減小，因此提高砂輪速度將使表面金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力的傾向增大，圖4-22中，給出了高速磨削（曲線2）和普通磨削（曲線1）的試驗結果對比。165精選課件ppt（2）砂輪速度165精選課件ppt（3）工件的回轉速度和進給速度加大工件的回轉速度和進給速度，將使砂輪與工件熱作用的時間縮短，熱因素的影響逐漸減小，塑性變形因素的影響逐漸加大。這樣，表層金屬中產(chǎn)生拉伸殘余應力的趨勢逐漸減小，而產(chǎn)生壓縮殘余應力的趨勢逐漸增大。166精選課件ppt（3）工件的回轉速度和進給速度166精選課件ppt2．工件材料的影響

一般來說，工件材料的強度越高、導熱性越差、塑性越低，在磨削時表面金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力的傾向就越大。167精選課件ppt2．工件材料的影響 一般來說，工件材料的強度越高、導熱性越差168精選課件ppt168精選課件ppt碳素工具鋼T8比工業(yè)鐵強度高，材料的變形阻力大，磨削時發(fā)熱量也大，且T8的導熱性比工業(yè)鐵差，磨削熱容易集中在表面金屬層，再加上T8的塑性低于工業(yè)鐵，因此磨削碳素工具鋼T8時，熱因素的作用比磨削工業(yè)鐵明顯，表層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力的傾向比磨削工業(yè)鐵大、如圖4-23所示。169精選課件ppt碳素工具鋼T8比工業(yè)鐵強度高，材料的變形阻力大，