机械加工表面质量80页PPT

❖ 脆性材料：加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，
由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表 面粗糙。
机械加工表面加工质量
（2）切削速度的影响 （3）进给量的影响
加工塑性材料时，切削速度对
表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞 刺的影响）见如图4-41所示。
此外，切削速度越高，塑性变 形越不充分，表面粗糙度值越小
（1）磨削用量
▪ 砂轮的转速↑ →材料塑性变形↓ → 表面粗
糙度值↓ ；
▪磨削深度↑、工件速度↑ → 塑性变形↑ →表
面粗糙度值↑ ； 为提高磨削效率，通常在开始磨削时采
用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较 小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表 面粗糙度值。
机械加工表面加工质量
（2）工件材料
•太硬易使磨粒磨钝 →Ra ↑ ； •太软容易堵塞砂轮→Ra ↑ ； •韧性太大，热导率差会使磨
影响显微硬度因素
•塑变引起的冷硬
•金相组织变化引起 的硬度变化
表面物理力学 性能
影响残余应力因素
•冷塑性变形 •热塑性变形 •金相组织变化
影响金相组织变化 因素
•切削热
机械加工表面加工质量
1. 表面层的冷作硬化
（1） 表面层加工硬化的产生
定义：机械加工时，工件表面层金属受到 切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶 格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉 长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强 度和硬度增加，这种现象称为加工硬化， 又称冷作硬化和强化。
机械加工表面加工质量
三、表面层金相组织变化与磨削烧伤
1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生
切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加 工区及其邻近区域产生了一定的温升。
定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当 温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织 变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现 微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。

2）砂轮的粒度和砂轮的修整对表面粗糙度的影响
砂轮的粒度
磨粒间的距离
磨粒的大小
砂轮的粒度号越大， 磨粒和磨粒间离越小
砂轮的粒度号↑ ，参与磨削的磨粒↑ ，粗糙度↓ ；
修整砂轮时，纵向进给量对表面粗糙度的影响甚大； 纵向进给量↓ ，砂轮表面的等高性越好 ，粗糙度 ↓ ；
（2）金属表面层的塑性变形 在磨削过程中，由于磨粒大多具有很大的负前角，很不锋 利，所以大多数磨粒在磨削时只是对表面产生挤压作用而使表 面出现塑性变形，磨削时的高温更加剧了塑性变形，增大了表 面粗糙度值。
表面层的加工硬化对疲劳强度影响 适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生，有助于 提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产生裂纹，故加工硬化程度 应控制在一定范围内。
拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；
3．表面质量对零件耐腐蚀性的影响 表面粗糙 表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质； 度的影响 波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。 零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度 表面残余应力对零件耐腐蚀性影响
（二）、表面层的残余应力 l、表面层残余应力及其产生的原因 表面层残余应力 外部载荷去除后，工件表面层及其与
基体材料的交界处仍残存的互相平衡的应力。
表面层残余应 力产生的原因

(1)冷态塑性变形引起的残余应力 (2)热态塑性变形引起的残余应力 (3)金相组织变化引起的残余应力
(1)冷态塑性变形引起的残余应力
其中： H——加工后表面层的显微硬度
H0——材料原有的显微硬度
(2)表面层金相组织变化
指的是加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织 发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面 层的物理机械性能。 (3)表面层产生残余应力 指的是加工中，由于切削变形 和切削热的作用，工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料

例: ①滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）； ②模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）； ③用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。 （近似的加工运动）
2.1 机械加工精度
i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34
例1. 在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为 ：
z1 z2

z3 z4

P(P机 （1 床 蜗丝 杆杆 螺螺 距距 ）） ，若P=6mm，
Z 1 1,1 Z 2 0 7,Z 0 3 8,Z 0 4 1,2 求加0 工后蜗杆螺距
误差是多少？
i
P1=2
P=6
解： i工 机件 (蜗 床杆 丝） 杆 PP螺 1螺 ZZ距 距 21ZZ34 P ห้องสมุดไป่ตู้iP Z Z2 1Z Z3 4P1 71 0 2 800 066.2857
1）主轴回转误差。 纯径向跳动误差 轴向窜动误差 纯角度摆动误差
①主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。 产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的
圆度误差等。 a. 切削力F的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形)
2
R
1
3
R3
R1 △R
o o′
理论位置
实际位置
R
4
车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。
@加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。
2.1 机械加工精度
2.1.1 概述 1、机械加工精度(简称加工精度)：是指零件在机械加工后
的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理 论值相符合的程度。
2、加工误差：实际参数与理论参数的差值
2.1 机械加工精度
2.1.2 影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的

2．表面层物理 力学、化学性能
(1)表面粗糙度 (2)表面波度 (3)纹理方向 (4)伤痕——表面上一些个别位置 上出现的缺陷

(1)表面层加工硬化(冷作硬化)。 (2)表面层金相组织变化。
(3)表面层产生残余应力。
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
影响表层残余应力的因素
三、表层金属的残余应力——拉应力或者压应力
（一）残余应力产生的原因 1）冷塑性变形——使表层产生压缩残余应力，里层产生拉伸 残余应力。
原因：加工表面受刀具或砂轮磨粒的挤压和摩擦，产生拉伸塑性变形 ，此 时里层金属处于弹性变形状态，切削后里层金属趋于弹性恢复，但受 到已产生塑性变形的表层金属牵制
第三章 机械加工表面质量
本章学习主要要解决的问题 1. 机械加工表面质量的含义 2. 为什么要控制机械加工表面质量? 3. 哪些因素会影响表面质量? 4. 怎样提高表面质量?
第三章 机械加工表面质量
第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响
一、机械加工表面质量的含义
1．表面的几何特征
2）热塑性变形——表层产生拉伸残余应力，里层产生压缩残 余应力。
原因：切削和磨削过程中，表层的温度比里层高，表层的热膨胀较大；加 工后零件冷却至室温时，表层金属体积的收缩受到里层的牵制。
影响表层残余应力的因素
3）相变引起的体积变化 金相组织的变化引起表层金属的比容增大，则表层金属将产生 压缩残余应力，而里层金属产生拉伸残余应力； 金相组织的变化引起表层金属的比容减小，则表层金属产生拉 伸残余应力，而里层金属产生压缩残余应力 。
• 提高砂轮速度，降低工件转速，减小纵向进给速度——增大单位面 积的磨粒数

砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。 工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。工件转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。 砂轮纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。
1. 磨削用量对表面粗糙度值的影响
*
2. 非几何因素
（1）工件材料的影响
韧性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。 脆性材料：加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。
砂轮硬度。太硬，磨粒脱落↓,表面粗糙度增大；太软，磨粒脱落↑,使表面粗糙度值增大。硬度合适、自励性好↑→Ra↓ 砂轮组织。紧密组织在精密磨获得高精度和较小的表面粗糙度值；疏松组织不易堵塞。
砂轮材料。氧化物（刚玉）砂轮磨钢类零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂轮磨铸铁、硬质合金等；高硬材料（人造金刚石、立方氮化硼）砂轮可获极小表面粗糙度值，成本高。 磨削液。
（4）其它因素的影响
此外，合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。振动
（3）进给量的影响
减小进给量f固然可以减小表面粗糙度值，但进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。
*
影响切削加工表面粗糙度的因素
刀具几何形状
*
（2）切削速度的影响
加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的影响）。加工脆性材料，切削速度影响不大。 此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小 选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。

的变化。
２．加工表面质量对零件使用性能的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响 （２）表面质量对零件疲劳强度的影响 （３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 （４）表面质量对配合性质的影响 （５）表面质量对零件的使用性能其他
方面的影响
（１）表面质量对零件耐磨性的影响
磨损过程的基本规律： 零件的磨损可分为三个阶段，如图1-17所示。 第Ⅰ阶段：（初期磨损阶段）由于摩擦副开始工作时，两个零件
④伤痕 在加工表面的一些个别位置上 出现的缺陷。
在加工表面的一些个别位置上出现的缺 陷。它们大多是随机分布的，例如砂眼、 气孔、裂痕和划痕等。
（２）表面层物理、化学和力学性能
●表面层加工硬化（冷作硬化）。 ●表面层金相组织变化及由此引起的表层金
属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。 ●表面层产生残余应力或造成原有残余应力
表面层的加工硬化对耐磨性的影响
表面层的加工硬化，一般能提高耐磨性0.5～l 倍。这是因为加工硬化提高了表面层的强度， 减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现 疲劳裂纹和产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围 之内。
表面互相接触，一开始只是在两表面波峰接触，当零件受力时， 波峰接触部分将产生很大的压强，因此磨损非常显著。 第Ⅱ阶段：经过初期磨损后，实际接触面积增大，磨损变缓，进 入磨损的第Ⅱ阶段，即正常磨损阶段。这一阶段零件的耐磨性最 好，持续的时间也较长。 第Ⅲ阶段：由于波峰被磨平，表面粗糙度参数值变得非常小，不 利于润滑油的储存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至 发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进入磨损的第Ⅲ阶段，即 急剧磨损阶段。

工
法．研具与工件之间的磨粒能从工件表面上切去
表
极微薄的一层材料，得到尺寸误差和表面粗糙度
面 质 量
极低的表面．研磨后工件的尺寸误差可以在 0.001~0.003mm内，表面粗糙度．
的
工 艺
途
径
(4) 抛光
控
抛光是在布轮＼布盘或砂带等软的磨具上涂抛光
制
膏来加工工件的．抛光器具高速旋转，由抛光膏
加
的机械刮擦和化学作用将粗糙表面的峰顶去掉，
的 大随机性的接触条件,以突出它们间的高点,进行相互
工 修整,使误差逐步均化而得到消除,从而获得极光的表
艺 途
面和高于磨具原始精度的加工精度.
径
光整加工工艺的共同特点是没有与磨削深度相对应
的磨削用量参数,一般只规定加工时的很低的单位切
控 制
削压力,因此加工过程中的切削力和切削热都很小, 从而能获得很低的表面粗糙度.表面层不会产生热损
面
质
量
的
工
艺
途
径
（2）超精加工 超精加工是用细粒度的砂条以一定
的压力压在作低速旋转运动的工件表面上，并在
控
轴向作往复运动，工件或砂条还作轴向进给运动
制
以进行微量切削（图８．１5）的加工方法，超
加 工 表
精加工后的表面粗超度低（０.0012~0.08），留 有网状的痕迹,造成了良好的储油条件，故表面
零件表面经过加工后，表面层的物理、机械、冶金和
化学性能都变得和基体材料不同了。
2. 冷压强化工艺
控
制
加 工 表
对于承受高应力、交变载荷的零件可以采用喷丸、液 压、挤压、等表面强化工艺使表面层产生残余压应力

3 表面层的残余应力
• 由于切削力和热的综合作用，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变 化，使表面层产生残余应力。
（三）表面质量的内容
表面粗糙度 表面微观几何 形状特征 表面波度
零件表面质量
表面物理力学 性能的变化 表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织的变化
二、表面质量对零件使用性能的影响
1.影响切削加工后表面粗糙度的因素
（c）刀尖圆弧半径
• 刀尖圆弧半径增加，从几何因素来看会减小表 面粗糙度值。但会增加切削过程中的挤压，塑 性变形增大，使表面粗糙度值增加。 •
（d）刃倾角
• 增大刃倾角，对降低表面粗糙度有利。因为刃 倾角增大，实际工作前角也随之增大，切削过 程中的金属塑性变形程度随之下降，这会显著 地减轻工艺系统的振动，从而使加工表面的粗 糙度下降。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（4）砂轮材料
• 砂轮材料可分为氧化物系（刚玉）、碳 化物系（碳化硅、碳化硼）和高硬磨料 系（人造金刚石、立方氮化硼）。 • 氧化物系：适于磨削钢类零件 • 碳化物系：磨削铸铁、硬质合金等材料
• 高硬磨料：可获得极小的表面粗糙度值， 但加工成本很高。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（5）砂轮的修整
• 修整工具有单颗粒金刚石笔和金刚石滚轮，也 可用白口铸铁或砂轮来修整，以单颗粒金刚石 笔修整的质量为最好。 • 修整砂轮的纵向进给量愈小，磨削的表面粗糙 度值愈小。
2.影响磨削加工后表面粗糙度的因素
（6）砂轮速度
• 砂轮速度越高，就有可能使表层金属塑性变形 的传播速度大于切削速度，工件材料来不及变 形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面 的粗糙度值将明显减小。

❖工艺系统：机床、夹具、刀具、工件
❖ 质量控制的重点：工艺过程的正确性、 操作者的技能和经验
大连职业技术学院
4
绪论
例如：加工有色金属右旋梯形 螺纹螺母时，表面粗糙度达不 到要求？
关键
学习如何在加工过程中 实施质量“控制”
大连职业技术学院
5
绪论
（二）检测 ❖目的：量具、仪器或专用检具对加工好
的零件进行检测、比较，得到误 差值或判断其是否符合质量要求 的过程
❖ 检测方法：
检测原理
复杂的计算
查表
经验公式
❖掌握各种精度指标项目的定义—获得检测原 理—确定检测方法—选取相应的量具及辅助 工具—获取正确的误差值—数据分析处理— 得出检测结论—对工艺过程进行指导
大连职业技术学院
6
目录
1
加工质量控制基础
2
检测技术基础
3
几何量误差检测
4
各类毛坯的检测
5 典型零件加工质量控制与检测
直线度 形
状 平面度
无
平行度
有
定
位
垂直度
有
无
向 倾斜度
有
公 圆度 差 圆柱度
形状 或位 置公
差
线轮廓 度
面轮廓 度
无 无 有或无 有或无
置
位置度
定 同轴度
公 位 对称度
圆跳动
差跳 动 全跳动
有或无 有 有 有 有
13
1.1 零件的使用性能与加工质量
1.1.2零件加工质量
（二）表面质量的概念 1、表面层的几何形状
表面粗糙度：表面微观几何形状误差，其波长与波高的比值在 L1/H1＜40的范围内，波距<1mm。由刀刃切削后形成。 表面波度：介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H3 = 1000）和表 面粗糙度间的一种带有周期性的几何形状误差，其波长与波高的比值 在40＜L2/H2＜1000的范围，波距=1~10mm。由工艺系统的振动引起。 纹理方向： 表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的 机械加工方法。 伤痕：加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。例如：砂眼、气孔、 裂痕等。

8.1.2.3对零件抗腐蚀性能的影响
• 零件表面粗糙度值越大，抗腐蚀性能越差。表面 冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应 力状态下工作时，会产生腐蚀，降低零件的抗腐 蚀性能。
8.1.2.4对零件的其它影响
• 表面质量对零件的配合质量、密封性能及磨擦系 数都有很大的影响。表面粗糙度值越大，对动配 合来说，使用不久就会使配合性质发生变化；对 静配合来说，压装时会减少过盈量。表面层有裂 纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下， 可能引起应力集中等。
8.5.4减少工艺系统振动途径
• 对于强迫振动减小回转元件不平衡的方法 来减小激振力；提高机床传动的制造精度 来减少因传动而引起的振动；调节工艺系 统的固有频率，避开共振区；提高工艺系 统的刚度及采用阻尼消振装置；将振源与 机床隔离等途径。 • 对于自激振动如合理选择切削用量；合理 选择刀具的几何角度；提高机床、工件、 刀具自身的抗振性等有显著效果。
8.4.1.1选择合理的磨削参数
减少砂轮速度和背吃刀量；适 当提高进给量和工件速度。
8.4.1.2选择有效的冷却方法
采用高压大流量冷却、内冷却 或为减轻高速旋转的砂轮表面 的高压附着气流的作用，加装 空气挡板(图8.13)
8.4.2采用冷压强 化工艺 8.4.2.1喷丸
• 喷丸是一种用压缩 空气或离心力将大 量直径细小 ( 0.4～2㎜)的丸粒 (钢丸、玻璃丸)以 30～50m/s的速度 向零件表面喷射的 方法(如图8.14(a))
8.2机械加工后的表面粗糙度 8.2.1切削加工后的表面粗糙度 8.2.1.1几何因素*
8.2.1.2物理因素
• 由图8.6可知， 切削加工后表面 的实际粗糙度与 理论粗糙度有比 较大的差别，它 与被加工材料的 性能及切削机理 有关物理因素的 影响有关。韧性 越好的材料塑性 变形就越大，且 容易出现积屑瘤 与鳞刺，使粗糙 度严重恶化。

小，塑性变形越小，表面粗糙度越小。但速度过低，工 件与砂轮接触时间过长，会有烧伤的可能。
（4）光磨次数 通常磨削时，开始用较大切深提高生
产率，最后用小切深或无进给磨削（光磨），提高表面 粗糙度。
机械加工表面质量第三章
2、磨削时影响表面粗糙度的因素
其他影响 （1）砂轮硬度和工件材料 良好的“自励性”即磨
初期磨损
正常磨损
急剧磨损
实际接触面积只占名义接触 磨损缓慢，紧密接触的两个表面金属
面积的一小部分，实际接触 零件的正 分子间产生较大的亲和力，
部分的压强增大，破坏了润 常工作阶 超过了润滑油膜存在的临
滑油膜而形成局部的干摩擦， 段
界值，造成润滑条件恶化 ，
使其挤裂、破碎、切断等作
磨损加剧。
用增强，磨损增大。
机械加工表面质量第三章
一、概述
1．表面粗糙度与波度
（1）表面粗糙度：表面的微观几何形状误差； （2）波度：介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。
L/H＞1000称为宏观几何形状误差； L/H = 50～1000，称为波纹度； L/H＜50，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。
粒磨钝后能及时脱落，露出新的磨粒，能磨出光滑的 表面，且能防止磨削烧伤。工件材料韧性越好，塑性 变形越大，则表面粗糙度越大。
（2）砂轮材料 可分为氧化物、碳化物和高硬磨料。
一般刚类零件用刚玉砂轮磨削，铸铁、硬质合金用碳 化物砂轮磨削，金刚石砂轮可获得极小的表面粗糙度， 但成本较高。
机械加工表面质量第三章
表面完整性
随着科学技术的发展，对产品的使用性能要求越来越高，一 些重要零件需在高温、高压、高速的条件下工作，表面层的任何 缺陷直接影响零件的工作性能，因此在研究表面质量的领域中提 出了“表面完整性”的概念，主要有：

第9章 机械加工表面质量
9.1 机械加工表面质量概述
9.2
影响加工表面粗糙度的因素及分析
9.3
影响加工表面物理力学性能的因素及分析
9.4
机械加工的振动及控制
第9章 机械加工表面质量
内容简介： 零件的机械加工表面质量严重影响着产品的 使用性能和寿命，是加工质量的重要组成部分。本 章介绍机械加工表面质量的含义及对产品使用性能 的影响；各种主要影响加工表面质量的工艺因素和 提高加工表面质量的主要方法；机械加工振动对表 面质量的影响及控制方法等内容。
９.1.2机械加工表面质量对使用性能的影响
3．表面质量对疲劳强度的影响 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面 冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。 （1）表面粗糙度对疲劳强度的影响 表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。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。表 面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力 就愈差。反之，表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，抗疲劳破坏的能力 越好。 （2）残余应力和加工硬化对疲劳强度的影响 残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳 裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩 展，延缓疲劳破坏的产生。 表面加工硬化一般伴有残余应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止 已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。
（a）加工塑性材料
图9-6 切削速度对表面粗糙度的影响
（b）加工脆性材料
９.2.1切削加工影响粗糙度的因素及分析
②适当减小进给量f 进给量越大，加工表面残留面积就越大，而且塑性变形也随之增 大，这样表面粗糙度值就会增大，因此，减小进给量会有效地减小表 面粗糙度值。 （3）合理选择刀具材料和提高刃磨质量 刀具材料与刃磨质量对产生积屑瘤、鳞刺等影响较大，因而影响 着表面粗糙度。如金刚石车刀对切屑的摩擦系数较小，在切削时不会 产生积屑瘤，在同样的切削条件下与其它刀具材料相比较，加工后表 面粗糙度值较小。