最新机械制造工艺学第四章机械加工表面质量

f (mm /r)
f 和 v 对冷硬的影响
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⑵ 刀具几何形状的影响
➢ 切削刃钝圆半径rε↑，冷硬程度↑（其他几 何参数影响不明显）
➢刀具磨损影响显著（力和热互相作用）
⑶ 工件材料
➢ 材料塑性↑，冷硬倾向↑
硬度(HV)
340
260
180
50钢，v = 40(m/min) f = 0.12～0.2(mm/z)
机械制造工艺学第四章机械加 工表面质量
4、1 加工表面质量对使用性能的影响
一、加工表面质量的概念
零件表面质量
表面微观几何 形状特征
表面物理力学 性能的变化
表面粗糙度 表面波度
表面层冷作硬化 表面层残余应力
表面层金相组织的变化
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（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响
❖ 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。 ❖ 残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使
对耐腐蚀性能 的影响
适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度
粗糙度越大、配合精度降低
残余应力越大，加工精度降低
粗糙度越大，耐腐蚀性越差 压应力提高耐腐蚀性，拉应力反
之则降低耐腐蚀性
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4、2 影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施
一、切削加工表面粗糙度 1、刀尖的几何因素的影响 切削加工后表面粗糙度的值主要取决于切削残留面
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。
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2、影响表面冷作硬化的因素
以切削加工为例： ⑴ 切削用量影响
➢ f↑→切削力↑→塑变↑→冷硬↑
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（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，效率降低。
（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。
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4、3 影响表面层力学物理性能的工艺因 素及其改进措施
一. 加工表面层的冷作硬化 1、定义
则
RZ
H(ctgr
f
ctgr， )
而工件外圆的轮廓的算术平均偏差（理论表面粗糙
度）为：
f
R
a 4(ctg
ctg’ ）
r
r
重要结论：刀具的几何形状影响工件
的表面粗糙度。生产中，一般应减小 f k 〃 r
和 来提高表面粗糙度。
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切削残留面积的高度：
➢直线刃车刀（a） ➢圆弧刃车刀（b）
H
f
ctgr ctgr
f2 H
8 r
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2、物理因素的影响
（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。
❖材料金相组织：
对同样的材料，金相组织越粗大，加工表面粗糙度大，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：
已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。
❖ 残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，
延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。
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3.表面质量对零件工作精度的影响 （1）表面粗糙度对零件配合精度的影响
表面粗糙度较大，则降低了配合精度。 （2）表面残余应力对零件工作精度的影响
表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度的稳定 性。
之间由于冷焊而产生粘结现象，切屑在前刀面上流动时周期性地受阻 而瞬时停留，切屑代替前刀面推挤切削层，造成已加工表面上出现拉 应力而导裂，生成鳞刺。
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切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小：
加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响 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。 切削速度对脆性材料的影响不大。
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。
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（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随切 削速度的变化而变化（对积屑瘤和鳞刺的影响）
积屑瘤和鳞刺对表面粗糙度的影响较大。
鳞刺：工件表面上微小的鱼鳞状倒刺。
鳞刺的生成机理：在中低速切削塑性金属材料且a c 较大时，刀－屑
100 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 磨损宽度VB(mm)
刀具后刀面磨损对冷硬影响
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二 表层金属的金相组织的变化
积的高度，影响残留面积高度的因素有：刀尖圆弧半径 rε，主偏角kr、副偏角kr′，进给量f。如图所示
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H H/2 H
f
Kr
.
Y Y=f(x)
0
L
K＇ r
Y
K＇ r
0 Kr f/2
f
图: 理论表面粗糙度
X X
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.
如右上图所示，由国家标准规定的表面粗糙度定义， 轮廓的算术平均偏差：
L
R 0 a
➢ 切削速度影响复杂：（力与热 综合作用结果）
一方面：切削速度v↑→塑变↓→ 冷硬↓
另一方面：切削热作用时间短， 使冷硬程度有所增加
➢ 切削深度影响不大
硬度(HV)
400
v =170(m/min)
300
135(m/min)
100(m/min )
200
50(m/min)
工件材料：45
1000 0.2 0.4 0.6 0.8
f ( x )dx
L
阴影部分面积
/
测量长度
同理，如右下图所示，取测量长度为f的一段工件廓，则 理论表面粗糙度为：
R a

f 0
f ( x )dx f
阴影部分面积
/
测量长度=
2 1 f H 22 2 f
H 4
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.
而三角形底边长度
2f H 2ctgr H 2ctgr，
即：
f
H
(ctgr
ctgr’ ）
表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小 表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对 滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。
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表面质量对零件使用性能的影响小结：
对耐磨性影响
粗糙度太大、太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性
零件表面质量
对疲劳强度的 影响
对工作精度的 影响
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4．表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 （1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深， 渗透与腐蚀作用越强烈。 因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。
（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易
进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零 件耐腐蚀性。