机械加工表面质量
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机械加工表面加工质量
❖ 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。
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。
机械制造工艺学 第四节 机械加工表面质量
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
机械加工表面质量
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
表面质量概念机械加工表面质量是指零件在机械加工后表面层
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。
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。
7.机械加工表面质量
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
机械加工表面质量
第三章机械加工表面质量第一节概述评价零件是否合格的质量指标除了机械加工精度外，还有机械加工表面质量。
机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态。
探讨和研究机械加工表面，掌握机械加工过程中各种工艺因素对表面质量的影响规律，对于保证和提高产品的质量具有十分重要的意义。
一机械加工表面质量的含义机械加工表面质量又称为表面完整性，其含义包括两个方面的内容：1．表面层的几何形状特征表面层的几何形状特征如图3-1所示，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，其评定参数主要有轮廓算术平均偏差R a或轮廓微观不平度十点平均高度R z；⑵表面波度它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。
⑶表面加工纹理它是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。
⑷伤痕它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。
2．表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容：⑴表面层的加工冷作硬化；⑵表面层金相组织的变化；⑶表面层的残余应力。
二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零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性将起着关键性的作用。
由于零件表面存在着表面粗糙度，当两个零件的表面开始接触时，接触部分集中在其波峰的顶部，因此实际接触面积远远小于名义接触面积，并且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。
在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。
当两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面积小、压应力大，在接触处的波峰会产生较大的弹性变形、塑性变形及剪切变形，波峰很快被磨平，即使有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，导致零件接触表面的磨损加剧。
第七节 机械加工表面质量
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。
机械制造工艺课件第四章机械加工表面质量
★★★
机械制造工艺
★★★
第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
★★★
机械制造工艺
基本慨念
★★★
第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
★★★
机械制造工艺
★★★
2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-3
表面残留面积
★★★
机械制造工艺
★★★
金属切削过程幻灯片
★★★
机械制造工艺
★★★
2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
机械制造工艺
★★★
第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
★★★
机械制造工艺
基本慨念
★★★
第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
★★★
机械制造工艺
★★★
2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
★★★
机械制造工艺
★★★
图4-3
表面残留面积
★★★
机械制造工艺
★★★
金属切削过程幻灯片
★★★
机械制造工艺
★★★
2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
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机械制造工程学
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
2. 物理因素： ①切削速度：
V↗→ Ra↙
②工件材料性质： ③刀具几何形状、材料：
前角↗
Ra值↙
④冷却润滑：
切削液的冷却和润 滑作用能减小切削 过程中的界面摩擦， 降低切削区温度， 使切削区金属表面 的塑性变形程度下 降，抑制鳞刺和积 屑瘤的产生，因此 可大大减小加工表 面粗糙度值。
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响
就零件的耐磨性而言，最 佳 表 面 粗 糙 度 Ra 的 值 在 0.8μm～ 0.2μm之间为宜。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响
两重个载表时面，纹摩理擦方副向的均两 与个运表动面方纹向理垂相直垂时直，、 磨且损运最动大方。向平行于下 表面的纹路方向时， 磨轻损载最时小，。摩擦副表面 纹理方向与相对方向 一致时，磨损最小。
③ 纹理方向
指表面刀纹的方向。它取 决于表面形成所采用的机械 加工方法。
一、表面质量的含义
2. 加工表面的物理力学性能的变化： ①表面层因塑性变形引起的加工硬化 (冷作硬化 )； ②表面层因力或热的作用产生的残余应力； ③表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织
变化。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
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。
机械制造工程学
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
2. 物理因素： ①切削速度：
V↗→ Ra↙
②工件材料性质：
一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙 度值较大，而脆性材料加工后易得到较小的 表面粗糙度值。对于同样材料，其晶粒组织 越粗大，加工表面粗糙度值越大。
?
H
?
f2 8r
机械制造工程学
第二节 影响表面质量的因素
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素 1. 几何因素：
R max
?
ctg ? r
f
?
ctg?
' r
考虑刀尖圆弧角：
R max
?
H
?
f2 8r
f
,?
r
,?
' r
?
机械制造工程学
Ra值↙
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
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。
3. 冷却
机械制造工程学
三、影响表面层物理、力学性能变化的因素
1. 表面层的加工硬化
机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭 曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的 强度和硬度都提高的现象，称加工硬化。
评定指标：
① 表面层的显微硬度 HV ② 硬化层深度 h ③ 硬化程度 N
机械制造工程学
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
2. 砂轮的特性
① 粒度：
粒度号↗ ② 砂轮的硬度：
Ra值↙
硬度↗
难脱落
Ra值↗
硬度↙
易脱落
不易保持形状
精度↙
③ 砂轮的修整：
修整砂轮是改善磨削表面粗糙度
的重要因素，砂轮修整得越好，
砂轮磨粒微刃等高性越好，磨出
机械制造工程学
工件的表面粗糙度值越小。
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
N ? HV ? HV0 ? 100% HV0
机械制造工程学
三、影响表面层物理、力学性能变化的因素
机械制造工程学
第一节 表面质量的概念
一、表面质量的含义：
1. 加工表面的几何形状特征： ① 表面粗糙度
指加工表面的微观几何形 状误差。波长与波高 (L3/H3) 的比值小于50。
表面粗糙度的现行标准为： GB/T131-93。 表示方法：Ra、Rz、Ry。
② 表面波度
介于形状误差与表面粗糙 度之间的周期性形状误差。 波长与波高 (L2/H2)的比值一 机般械为制：造5工0程~1学000。
3. 对零件耐腐蚀性的影响：
Ra值↗
耐腐蚀性↙
表面压应力
表面致密
耐腐蚀性↗
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
4. 对零件配合精度的影响：
实验研究表明： 零件尺寸大于50mm 时，推荐：Ra=(0.1~0.15)T 零件尺寸在18~50mm 时，推荐： Ra=(0.15~0.20)T 零件尺寸小于18mm 时，推荐： Ra=(0.20~0.25)T
表面为压应力时，耐磨性高。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
2. 对零件耐疲劳性的影响：
① 表面粗糙度对耐疲劳性的影响 ② 残余应力对耐疲劳性的影响
表面为压应力时，耐疲劳性好。 ③ 冷作硬化对耐疲劳性的影响 冷作硬化程度↗ → 耐疲劳性↗ ④ 刀纹方向对耐疲劳性的影响
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
机械制造工程学
Machine Manufacturing Engineering
机械制造工程学
2020年4月15日
第七章 机械加工表面质量
第一节 表面质量的概念 第二节 影响表面质量的因素 第三节 控制加工表面质量的措施
机械制造工程学
第一节 表面质量的概念
一、表面质量的含义：
机械加工表面质量也称 表面完整性，它包含两 个方面的内容： 表面的几何特征； 表面层力学物理性能。
机械制造工程学
第二节 影响表面质量的因素
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
1. 几何因素：
R max
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ctg?节 影响表面质量的因素
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素 1. 几何因素：
R max
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考虑刀尖圆弧角：
R max
机械制造工程学
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
磨削加工时磨粒很钝，常具有很大的负前角，会 使加工表面产生严重的塑性变形，形成沟槽和隆起， 增大了表面粗糙度。因此，砂轮的粒度、修整、速度 和磨削切深、工件速度等都对磨削时的表面粗糙度造 成影响。
机械制造工程学
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
1. 磨削用量
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响 ③ 冷作硬化对耐磨性的影响
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响 ③ 冷作硬化对耐磨性的影响 ④ 残余应力对耐磨性的影响
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
2. 物理因素： ①切削速度：
V↗→ Ra↙
②工件材料性质： ③刀具几何形状、材料：
前角↗
Ra值↙
④冷却润滑：
切削液的冷却和润 滑作用能减小切削 过程中的界面摩擦， 降低切削区温度， 使切削区金属表面 的塑性变形程度下 降，抑制鳞刺和积 屑瘤的产生，因此 可大大减小加工表 面粗糙度值。
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响
就零件的耐磨性而言，最 佳 表 面 粗 糙 度 Ra 的 值 在 0.8μm～ 0.2μm之间为宜。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响
两重个载表时面，纹摩理擦方副向的均两 与个运表动面方纹向理垂相直垂时直，、 磨且损运最动大方。向平行于下 表面的纹路方向时， 磨轻损载最时小，。摩擦副表面 纹理方向与相对方向 一致时，磨损最小。
③ 纹理方向
指表面刀纹的方向。它取 决于表面形成所采用的机械 加工方法。
一、表面质量的含义
2. 加工表面的物理力学性能的变化： ①表面层因塑性变形引起的加工硬化 (冷作硬化 )； ②表面层因力或热的作用产生的残余应力； ③表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织
变化。
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
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。
机械制造工程学
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
2. 物理因素： ①切削速度：
V↗→ Ra↙
②工件材料性质：
一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙 度值较大，而脆性材料加工后易得到较小的 表面粗糙度值。对于同样材料，其晶粒组织 越粗大，加工表面粗糙度值越大。
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H
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机械制造工程学
第二节 影响表面质量的因素
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素 1. 几何因素：
R max
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考虑刀尖圆弧角：
R max
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机械制造工程学
Ra值↙
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
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。
3. 冷却
机械制造工程学
三、影响表面层物理、力学性能变化的因素
1. 表面层的加工硬化
机械加工中，金属被加工表面层受切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭 曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的 强度和硬度都提高的现象，称加工硬化。
评定指标：
① 表面层的显微硬度 HV ② 硬化层深度 h ③ 硬化程度 N
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二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
2. 砂轮的特性
① 粒度：
粒度号↗ ② 砂轮的硬度：
Ra值↙
硬度↗
难脱落
Ra值↗
硬度↙
易脱落
不易保持形状
精度↙
③ 砂轮的修整：
修整砂轮是改善磨削表面粗糙度
的重要因素，砂轮修整得越好，
砂轮磨粒微刃等高性越好，磨出
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工件的表面粗糙度值越小。
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
N ? HV ? HV0 ? 100% HV0
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三、影响表面层物理、力学性能变化的因素
机械制造工程学
第一节 表面质量的概念
一、表面质量的含义：
1. 加工表面的几何形状特征： ① 表面粗糙度
指加工表面的微观几何形 状误差。波长与波高 (L3/H3) 的比值小于50。
表面粗糙度的现行标准为： GB/T131-93。 表示方法：Ra、Rz、Ry。
② 表面波度
介于形状误差与表面粗糙 度之间的周期性形状误差。 波长与波高 (L2/H2)的比值一 机般械为制：造5工0程~1学000。
3. 对零件耐腐蚀性的影响：
Ra值↗
耐腐蚀性↙
表面压应力
表面致密
耐腐蚀性↗
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二、表面质量对零件使用性能的影响
4. 对零件配合精度的影响：
实验研究表明： 零件尺寸大于50mm 时，推荐：Ra=(0.1~0.15)T 零件尺寸在18~50mm 时，推荐： Ra=(0.15~0.20)T 零件尺寸小于18mm 时，推荐： Ra=(0.20~0.25)T
表面为压应力时，耐磨性高。
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二、表面质量对零件使用性能的影响
2. 对零件耐疲劳性的影响：
① 表面粗糙度对耐疲劳性的影响 ② 残余应力对耐疲劳性的影响
表面为压应力时，耐疲劳性好。 ③ 冷作硬化对耐疲劳性的影响 冷作硬化程度↗ → 耐疲劳性↗ ④ 刀纹方向对耐疲劳性的影响
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
机械制造工程学
Machine Manufacturing Engineering
机械制造工程学
2020年4月15日
第七章 机械加工表面质量
第一节 表面质量的概念 第二节 影响表面质量的因素 第三节 控制加工表面质量的措施
机械制造工程学
第一节 表面质量的概念
一、表面质量的含义：
机械加工表面质量也称 表面完整性，它包含两 个方面的内容： 表面的几何特征； 表面层力学物理性能。
机械制造工程学
第二节 影响表面质量的因素
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素
1. 几何因素：
R max
?
ctg ? r
f
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ctg?节 影响表面质量的因素
一、切削加工中影响表面粗糙度的因素 1. 几何因素：
R max
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f
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' r
考虑刀尖圆弧角：
R max
机械制造工程学
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
磨削加工时磨粒很钝，常具有很大的负前角，会 使加工表面产生严重的塑性变形，形成沟槽和隆起， 增大了表面粗糙度。因此，砂轮的粒度、修整、速度 和磨削切深、工件速度等都对磨削时的表面粗糙度造 成影响。
机械制造工程学
二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素
1. 磨削用量
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响 ③ 冷作硬化对耐磨性的影响
机械制造工程学
二、表面质量对零件使用性能的影响
1. 对零件耐磨性的影响：
① 表面粗糙度对耐磨性的影响 ② 刀纹方向对耐磨性的影响 ③ 冷作硬化对耐磨性的影响 ④ 残余应力对耐磨性的影响