脆性材料磨削模式与表面粗糙度

编案时间：适用班级：0903、0904课时：2课时教学课题：影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施教学目标：掌握影响切削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法；磨削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法；教学重点：掌握影响切削加工表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的方法；教学难点：表面粗糙度的计算；教具仪器：多媒体第3章机械加工质量控制第一节影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施3.1影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施3.1.1切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度主要取决于切削残留面积的高度，并与切削表面塑性变形及积屑瘤的产生有关。

影响切削残留面积高度的因素图4.47示出了车削加工残留面积的高度。

图a为使用直线刀刃切削的情况，其切削残留面积高度为：(4-34) 图b为使用圆弧刀刃切削的情况，其切削残余面积的高度为：(4-35)图4-60 残留面积高度Rmax从上面两式可知，影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径、主偏角、副偏角及进给量f等。

影响切削表面塑性变形和积屑瘤的因素图4-61示出了加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响。

切削速度v处于20～50m/min 时，表面粗糙度值最大，这是由于此时容易产生积屑瘤或鳞刺。

积屑瘤已在3.4节中介绍，鳞刺是指切削加工表面在切削速度方向产生的鱼鳞片状的毛刺。

在切削低碳钢、中碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金、紫铜等塑性金属时，无论是车、刨、钻、插、滚齿、插齿和螺纹加工工序中都可能产生鳞刺。

积屑瘤和鳞刺均使表面粗糙度值加大。

当切削速度超100m/min时，表面粗糙度值下降，并趋于稳定。

在实际切削时，选择低速宽刀精切和高速精切，往往可以得到较小的表面粗糙度值。

图4-61 切削45钢时切削速度与粗糙度关系一般说，材料韧性越大或塑性变形趋势越大，被加工表面粗糙度就越大。

切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。

对于同样的材料，金相组织越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。

平面磨床是一种常用的金属加工设备，广泛应用于各种零部件的精密磨削加工。

合理的加工参数是保证工件加工质量和提高生产效率的关键。

下面将详细介绍平面磨床的加工参数。

一、磨削速度磨削速度是指磨料颗粒在磨削过程中与工件表面接触时的线速度。

磨削速度的选择应考虑到工件材料、硬度、磨料类型等因素。

通常情况下，对于硬度较高的工件，磨削速度要适当提高；而对于脆性材料，磨削速度则应适当减小，以避免因过高的磨削速度导致工件损伤。

二、进给速度进给速度是指磨削头对工件进行磨削时每分钟的移动距离。

进给速度的选择应综合考虑磨料磨削效率、工件表面粗糙度要求、磨削温度等因素。

一般情况下，磨削速度越高，进给速度也可以相应提高，以提高生产效率；而对于要求表面质量较高的工件，则需要适当降低进给速度，以保证加工表面的精度和光洁度。

三、磨削深度磨削深度是指每次磨削时磨料与工件接触的深度。

磨削深度的选择应根据工件材料、硬度、磨料类型和磨削目的等因素进行合理确定。

一般情况下，对于硬度较高的工件，可以适当增加磨削深度，以提高磨削效率；而对于脆性材料，则需要适当减小磨削深度，以避免工件断裂或损伤。

四、磨削精度磨削精度是指磨削后工件表面的粗糙度和尺寸精度。

合理的磨削参数能够有效地控制磨削精度。

在确定磨削参数时，应根据工件的精度要求和磨削机床的性能特点进行选择，以保证加工出符合要求的工件。

五、冷却液的选择和使用在平面磨削过程中，为了降低磨削温度、减少磨损和提高表面质量，通常需要使用冷却液。

不同的工件材料和磨削条件需要选择不同类型的冷却液，并合理控制冷却液的流量和温度，以达到最佳的磨削效果。

六、磨削轮修整磨削轮的修整对于平面磨床的加工效率和加工质量至关重要。

合理的修整参数能够保持磨削轮的良好状态，延长使用寿命，提高磨削精度和表面质量。

总之，平面磨床的加工参数对于磨削效率、加工质量和工件表面质量都有着重要的影响。

在实际加工中，操作人员需要根据具体的工件材料、形状和加工要求，合理选择和调整磨削参数，以确保磨削过程稳定、高效、精确，从而满足客户对工件加工质量的需求。

磨削工艺的优化与改进为了适应不断发展的工业需求，磨削技术在制造业中扮演着重要的角色。

磨削是一种通过磨削轮与工件的相对运动，去除工件表面的不规则部分，达到提高工件精度和表面质量的目的。

然而，随着产品复杂性的增加和质量要求的提高，传统的磨削工艺在面对一些新型材料和高精度要求时显得效率低下、技术单一。

传统磨削过程中存在着磨削轮的磨损、加工精度降低、工作效率低下等问题，需要通过改进优化工艺来提高生产效率和产品质量。

首先，在磨削工艺方面，可以通过选择合适的磨削轮来改善加工精度。

磨削轮的选择应根据工件材料和要求来确定。

例如，在对脆性材料的磨削时，选择具有良好自磨削能力和抗冷热疲劳性能的磨削轮，可以减小工件表面的热影响区和热应力区，提高工件表面质量。

此外，为了提高磨削轮的使用寿命，可以在磨削过程中采用适当的冷却液，降低磨削轮的温升和磨削轮与工件的摩擦系数，减少磨损。

其次，磨削工装的设计也是优化磨削工艺的关键之一。

磨削工装的设计应根据工件形状和磨削要求来确定。

例如，对于复杂形状的工件，可以设计出适合的磨具夹具，减少工件因磨具变形而导致的磨削误差。

此外，磨削工装的制造材料也应选择具有良好的刚度和耐磨性能，提高工装的稳定性和寿命。

此外，在磨削参数的选择上也是需要优化的。

磨削参数的选择应根据工件材料、磨削轮材料、磨削轮粒度、工作速度等因素来确定。

过大或过小的磨削压力都会影响磨削效果，而过大的磨削速度可能会产生过高的热量，从而降低磨削质量。

因此，在确定磨削参数时，需要综合考虑各种因素，通过试验和分析来找到最佳的磨削参数组合。

值得一提的是，近年来，随着人工智能和自动化技术的发展，磨削工艺也得到了进一步优化。

通过加入自动感测装置和控制系统，可以实现对磨削过程的自动监测和控制。

例如，通过对磨削力、温度和表面质量等参数的实时监测，可以及时调整磨削参数，提高加工精度和效率。

总之，磨削工艺的优化与改进对于提高产品质量和生产效率至关重要。

浅谈机械加工表面质量的影响因素摘要：机械产品的使用性能和使用寿命与组成产品的零件加工质量密切相关，零件的加工质量是保证产品质量的基础。

衡量零件加工质量好坏的主要指标有：加工精度和表面粗糙度。

本文主要对机械加工表面质量的影响因素进行浅析，从而来提高机械加工表面质量。

关键词：机械加工；表面质量；影响因素工艺系统的振动对工件表面质量的影响在机械加工过程中，有时工艺系统会发生振动，即在刀具的切削刃与正在切削的工件表面之间除了名义上的切削运动之外，还会出现一种周期性的相对运动。

振动系统的各种成形运动的干扰和破坏，使被加工表面外观与振纹，增加表面粗糙度，加工表面质量的恶化。

刀具几何参数和材料对加工表面质量的影响切削刀具几何参数，边角，角，主要刀尖半径对表面粗糙度的影响最大。

在某些情况下，减少了边角，角，角半径可以减小表面粗糙度。

在相同的条件下，硬质合金刀具加工表面粗糙度值低于高速钢刀具，金刚石，立方氮化硼刀具优于硬质合金，但由於钻石、铁族材料的亲和力，它不用于处理铁基材料。

此外，耙，刀具，切割边缘本身粗糙度将直接影响加工表面粗糙度，因此，要提高刀具刃磨质量，使刀具和刀片，切割边缘粗糙度值比工件表面粗糙度值低1～2级。

切削液对加工表面质量的影响切削液的冷却和润滑，可减少切削过程界面摩擦，降低切削温度，切削层表面金属塑性变形程度下降，并抑制积屑瘤和规模生产。

在生产中，合理选择切削液对不同材料可以大大降低工件的表面粗糙度。

工件材料对加工表面质量的影响塑料材料，工具，金属挤压产生塑性变形，切削力与工件和芯片分离的撕裂作用，使表面粗糙度值增加。

工件材料的韧性，金属的塑性变形大，加工表面粗糙。

脆性材料，芯片被打破，由于粒状，断屑和左许多坑加工表面和表面粗糙。

对同一材料，较粗粒结构，更大的加工表面粗糙度。

因此，为了降低加工表面粗糙度，往往在切割的材料之前，淬火和回火或正火处理获得均匀，细晶结构，硬度高。

切削条件对工件表面质量的影响与切削条件有关的工艺因素，包括切削用量、冷却润滑情况、进给速度、切削深度等。

车床工件表面粗糙度的形成原因及解决措施表面粗糙度是机械加工中衡量加工质量的重要因素，表面粗糙度对零件和机器有着重要的意义。

但由于工件材料、切削加工方式、表面硬化等原因，造成了表面粗糙度值提高。

本文详细分析了车床工件表面粗糙度的形成原因，并提出相应的解决措施。

标签：车床工件：表面：粗糙度：原因：解决措施1.引言在实际的机械加工中，工件表面会存在许多高低不平的微小峰谷，这是因为切屑分离时塑性变形、工艺系统的振动以及刀具与已加工表面问的摩擦等因素的影响。

这些零件被加工表面上的微观几何形状误差称为表面粗糙度。

表面粗糙度对零件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度和配合性质都有很大影响。

本文详细分析了车床工件表面粗糙度的形成原因，并提出相应的解决措施，具有一定的实际意义。

2.影响工件表面粗糙度的原因2.1工件材料性能。

塑性金属材料在加工的过程中，刀具挤压金属材料，使其产生塑性变形，切屑和工件分离是由于刀具外力的挤压，表面出现撕裂现象，这严重影响表面粗糙度。

伴随着工件材料韧性的提高，在切屑过程中材料的塑性变形也就越大，加工表面粗糙度也就越差。

脆性材料在加工时，所切削形成的铁屑为颗粒状，在切屑崩碎的过程中，加工表面容易产生细小的坑点，提高表面粗糙度值。

2.2刀具切削加工。

在普通刀具在切屑过程中，切削表面势必会产生残留面积，残留面积的高度则是影响加工表面粗糙度的主要因素。

在整个加工过程中，刀具的进给量、主偏角、副偏角、圆弧半径则是造成切削残留面积的主要因素。

砂轮磨削加工过程中，砂轮上硬质颗粒断裂后形成微刃，其分布情况和外形对表面粗糙度有着直接的影响。

因为磨削加工表面是大量微刃在金属表面切削出细小的切削痕迹构成的，所形成的切削痕迹越细小、越密集则表面粗糙度就越好，相反切削痕迹粗大、分布疏散，则表面粗糙度越差。

2.3表面冷作硬化。

在普通刀具切削或砂轮磨削过程中，表面层金属由于刀具外在切削力和材料本身的塑性，使其晶格产生剪切、滑移、拉长、扭曲、破碎，宏观的表现特点则是材料表面层变硬，屈服点提高，延生率降低。

影响机械加工表面质量的因素及改进措施在现代工业生产中，生产机械需要在高速运转的状态下工作。

这就需要机械加工零件具有较高的抗磨损、抗腐蚀能力、零件表面具有较高的质量。

机械加工表面质量对机械生产效率与产品质量的影响非常大，要提升机械生产的效率与产品质量，就需要了解影响机械加工表面质量的因素，并对这些因素加以控制，从而提升机械加工表面的质量，促进机械生产效率与产品质量的提升。

本文将对机械加工表面质量影响因素及改进措施进行了一定的阐述。

标签：影响；机械加工；表面质量；因素；改进措施一、影响机械加工表面质量的关键因素（一）切削力和切削热切削加工是机械零件加工中的一道重要工序，是机械零件加工的一种主要的加工方法，而切削热和切削力则是影响加工表面质量的重要因素。

在切削加工中，加工表面的质量在很大程度上受到切削热和切削力的影响。

机械零件在切削加工过程中，会产生残余应力，表面层硬度也会发生改变，甚至改变金属材料的金相组织。

在切削热和切削力的作用下，在切削的过程中，机械零件的表面层形态发生变形，进而导致冷却硬化的现象出现在机加工零件的表面，零件变形的阻力加大，改变零件的物理机械性能。

零件和刀具的相对高速运动中，会产生大量的切削热。

零件表面层材料的温度如果超过特定的界限，金属零件表层的硬度和强度将会降低，零件表面层材料的金相组织也会受到影响，在表层产生一定的残余应力，零件的机械加工表面质量也会受到不同程度的影响。

（二）原始误差理想化的零件机械加工质量同零件加工精度和表面加工质量的偏差值，就是所说的原始误差，它是在机械零件的加工过程中产生的。

分析其形成的原因可知，机械零件的加工技术手段、加工工艺系统都是造成原始误差的首要原因。

机械加工的表面质量，在很大程度上受到原始误差的影响。

另外，机床设备、待加工零件的材料特性、所采用的刀具和夹具都会对表面质量造成很大的影响，测量仪器也会造成一定影响。

原始误差主要包括两个方面，即调整误差和原理误差。

表面粗糙度及其影响因素一、切削加工中影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素主要有几何因素和物理因素。

１．几何因素：式中 f ——进给量。

Kr ——主偏角。

Kr’——副偏角考虑刀尖圆弧角：式中 f ——进给量。

r ——刀尖圆弧半径。

如图11-8、9所示，用刀尖圆弧半径r＝0的车刀纵车外圆时，每完成一单位进给量f后，留在已加工表面上的残留面积，它的高度Rmax即为理论粗糙度的轮廓最大高度Ry。

图11- 8 图11- 9图11- 10 加工后表面实际轮廓和理论轮廓切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大的差别，如图11-10。

这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。

生产中，若使用的机床精度高和材料的切削加工性好，选用合理的刀具几何形状、切削用量和在刀具刃磨质量高、工艺系统刚性足够情况下，加工后表面实际粗糙度接近理论粗糙度，这样减小表面粗糙度数值、提高加工表面质量的措施，主要是减小残留面积的高度Ry。

２.物理因素多数情况下是在已加工表面的残留面积上叠加着一些不规则的金属生成物、粘附物或刻痕。

形成它们的原因有积屑瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。

３.积屑瘤的影响积屑瘤的生成、长大和脱落将严重影响工件表面粗糙度。

同时，由于部分积屑瘤碎屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬质点。

见图11-11。

图11- 11 图11- 12鳞刺的影响鳞刺的出现，使已加工表面更为粗糙不平。

鳞刺的形成分为：抹拭阶段：前一鳞刺已经形成，新鳞刺还未出现；而切屑沿着前刀面流出，切屑以刚切离的新鲜表面抹拭刀——屑摩擦面，将摩擦面上有润滑作用的吸附膜逐渐拭净，以致摩擦系数逐渐增大，并使刀具和切屑实际接触面积增大，为这两相摩擦材料的冷焊创造条件，如图11-12(a)。

导裂阶段：由于在第一阶段里，切屑将前刀面上的摩擦面抹拭干净，而前刀面与切屑之间又有巨大的压力作用着，于是切屑与刀具就发生冷焊现象，切屑便停留在前刀面上，暂时不再沿前刀面流出。

机械零件加工质量中，表面质量是衡量一个机械零件是否合格的重要指标之一。

而表面粗糙度则是衡量表面质量的指标。

粗糙度越高，表面质量越差，越容易造成机械设备的损坏。

那么，在机械零件的加工生产中，主要影响粗糙度的原因都有哪些呢？1、切削加工影响表面粗糙度因素在进行切削加工的时候，表面会留下切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的的反应，想要减小残留面积的高度，可以减小进给量、主偏角、副偏角并增大刀尖圆弧半径。

除此之外，适当让刀具的前角增大，可以让塑性变形的程度减少，同时配合使用润滑液、提高刀具刃磨质量，还有助于减小切削时的塑性变形并抑制刀瘤、鳞刺的生成，对于减小表面粗糙度还是有一定帮助的。

2、工件材料的性质对塑性材料进行加工时，刀具会对金属产生挤压作用，出现塑性变形现象，在加上刀具会让切屑与工件产生撕裂作用，让金属的表面粗糙度变大，工件材料韧性越好，金属的塑性变形越大，加工表面就会越粗糙。

对脆性材料进行加工时，会产生碎粒切屑，这会在金属加工表面造成污染，留下麻点，让金属的表面粗糙度变大。

3、磨削加工影响表面粗糙度的因素磨削加工表面粗糙度的形成过程与切削加工表面粗糙度形成过程一样。

磨削加工表面粗糙度的形成，也是因为几何因素与表面金属的塑性变形来决定的。

影响磨削表面粗糙的主要因素有：（1）磨削加工中砂轮的粒度与硬度砂轮硬度的选择要根据产品表面精度要求来决定，应让磨粒钝化后及时脱落，露出新的磨粒后继续磨削。

砂轮粒度越细，单位面积上磨粒数越多。

（2）砂轮的修整由于磨削加工中，砂轮在磨削过程中会出现钝化，所以对砂轮应该进行及时修整，确保砂轮的微刃性和等高性。

（3）工件材质工件材料的硬度、塑性、韧性和导热性，对于表面粗糙度都会有一定的影响，工件硬度高，磨粒易钝化。

工件硬度低，砂轮容易阻塞，这些都会造成表面粗糙度增高。

脆性材料塑性域超精密加工的研究现状来源:数控机床网　作者:数控车床　栏目:行业动态　引言随着现代科学技术的发展，脆性材料在现代高技术行业的诸多领域，特别是在航空航天、光学及电子领域中具有十分重要的作用，而且往往对工件的加工精度和表面质量有非常高的要求。

但是到目前为止，脆性材料的加工仍然是一件困难的事情。

因为它们最突出的一个特性就是材料的脆性高，断裂韧性低，材料的弹性极限和强度非常接近。

当材料所承受的载荷超过弹性极限时就发生断裂破坏，在已女口工表 面产生裂纹和凹坑，严重影响其表面质量和性 能 [12,13]，所以脆性材料的可加工性极差。

过去， 人们一直沿用古老的研磨、抛光工艺对脆性材料进行光整加工。

这些加工方法生产效率低，加工精度不易保证，而且加工过程不易实现计算机控制，对于曲面形状复杂的工件甚至无法加 工，因此已经远远不能适应现代高科技发展和 高效率的要求。

近年来，人们对峙性材料的加工做了大量 的探索和尝试。

待别是随着科学技术的高速发展，金刚石刀具和超精密机床的制造技术都已发展到极高的水平，使得对脆性材料进行超精密切削加工成为可能。

单纯通过金刚石切削脆性材料表面是近十几年来才发展起来的新兴技术，它主要是通过对脆性材料实现塑性域的超精密切削来获得高质量表面。

这种方法由于具有生产效率高、生产过程易于控制、可加工曲面形状复杂的工件等优点，有着十分广泛的应用前景。

本文对脆性材料超精密加工的研究现状进行了全面的总结，并分析了其中存在的一些问题，希望对脆性材料塑性域加工的进一步 研究有所启示。

1 尖锐压头对脆性材料印压实验的脆塑变形理论用锋利的金刚石刀具对脆性材料的超精密 车削的可能性是以脆性材料在尖锐的金刚石压头下能够产生塑性变形为基础的。

在过去的几十年里，许多学者对各种硬脆材料进行了大量的印压实验，即以一定的垂直力将金刚石压头压入材料内部一定的深度，观察材料的变形情况。

在印压实验的加载到卸载一个完整的循环中，破坏裂纹由产生到扩展的过程如图1所 示 [1] 。

从影响表面粗糙度的成因可以看出,影响表面粗糙度的因素可以分为三类:第一类,与切削刀具有关;第二类,与工件材质有关;第三类,与加工条件有关。

1 切削加工影响表面粗糙度的因素1.1 切削用量切削参数选择的不同对表面粗糙度影响较大,应引起足够的重视。

切削速度在一定速度范围内,塑性材料容易产生积屑瘤或鳞刺,所以应避开这个积屑瘤区,如用中、低速容易形成积屑瘤。

切削深度切削深度对表面粗糙度基本上没有影响,但过小的切削深度将在刀尖圆弧下挤压过去,形成附加的塑性变形,增大表面粗糙度值。

进给量减小进给量可减小残留面积高度,但过小的进给量将使切屑厚度太薄。

当厚度小于刃口圆弧半径时,会引起薄层切削打滑,产生附加表面粗糙度。

1.2 刀刃在工件表面留下的残留面积被加工表面上残留的面积愈大,获得表面将愈粗糙。

用单刃刀切削时,残留面积只与进给量f 、刀尖圆弧半径ro及刀具的主偏角kr、副偏角k1r 有关。

减小进给量f,减小主偏角、副偏角,增大刀尖圆角半径,都能减小残留面积的高度H ,也就降低了零件的表面粗糙度值。

进给量f对表面粗糙度影响较大,但f值较低时,虽然有利于表面粗糙度值的降低,但影响生产率。

增大刀尖圆角半径ro,有利于表面粗糙度值的降低。

但刀尖圆角半径的增加,会引起吃刀抗力的增加,而吃刀抗力过大会造成工艺系统的振动。

减小主、副偏角,均有利于表面粗糙度值的降低。

但在精加工时, 主、副偏角对表面粗糙度值的影响较小。

1.3 工件材料的性质塑性材料与脆性材料对表面粗糙度都有较大的影响。

积屑瘤的影响(塑性材料) 在一定的切削速度范围内加工塑性材料时,由于前刀面的挤压和摩擦作用,使切屑的底层金属流动缓慢而形成滞留层,此时切屑上的一些小颗粒就会黏附在前刀面的的刀尖处,形成硬度很高的楔状物,称为积屑瘤。

积屑瘤的硬度可达工件硬度的2~3.5倍,它可代替切削刃进行切削,由于积屑瘤的存在,使刀具上的几何角度发生了变化,切削厚度也随之增大,因此将会在已加工表面上切出沟槽。