已加工表面质量
机械加工表面加工质量
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。
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
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。
加工表面质量名词解释
加工表面质量名词解释
加工表面质量是指通过加工制造过程中对零件表面的加工精度、表面形状、表面光洁度等方面的要求。
下面是一些常见的加工表面质量名词解释：
1. 光洁度：表面光滑程度的度量，通常使用Ra值表示。
Ra值越小，表面越光滑。
2. 平面度：平面与某个基准面之间的最大距离差，通常使用mm或μm表示。
3. 圆度：圆形轮廓与理论圆形之间的最大距离差，通常使用mm或μm表示。
4. 残余毛刺：加工后留在零件表面的微小凸起，通常使用μm 表示。
5. 毛坯余量：零件加工后与最终尺寸之间的距离差，通常使用mm或μm表示。
6. 粗糙度：表面的不规则程度，通常使用Rz、Rmax、Rt值表示。
Rz值越小，表面越光滑。
这些参数通常用于描述零件表面的质量要求，以确保零件能够达到其设计要求并且具有所需的性能和可靠性。
切削参数变化对加工表面质量的影响—
从图可以看出，残留应力在切削速度方向和进给方向呈现 出不同的变化规律。在切削速度方向随着切削速度增大， 残留应力由残留压应力逐渐变为残留拉应力；在进给方向， 改变切削速度时，残留应力一直是残留压应力。 改变切削速度时，相应地改变了已加工表面所承受的塑性 变形、切削温度的大小与分布情况，因而影响己加工表面 的残留应力。提高切削速度时，切削温度引起的热应力所 占比重增大，因而切削速度方向的残留压应力减小而残留 拉应力增大。
由残留压应力逐渐变为残留拉应力；在进给方向， 改变切削速度时，残留应力仍然是残留压应力。 2. 当进给量增大时，进给方向的残留压应力逐渐减 小。 3. 切削深度变化时，当切削深度为某一数值时，进 给方向的残留压应力有一极大值。
切削用量选择的基本原则：
1.根据工件加工余量和粗、精加工要求，选定背 吃刀量。 2.根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机 床进给系统、工件刚度及精加工时表面粗糙度要求， 确定进给量。 3.根据刀具耐用度，确定切削速度。
2.3切削参数变化对 加工表面质量的影响
表面质量
已加工表面质量：是指零件在加工后其表面
的状态。 包括： 1、零件表面层的微观几何结构，即表面形貌。 2、表层金属材料性质发生变化的情况。
表面质量包括：表面形貌和表面层材质变化
•表面粗糙度 •表面波度
•残余应力 •加工硬化 •表层金相组织变化
切削参数的影响
► 切削参数包括：
1、切削速度v。2、进给量ƒ。3、切削深度ap。ຫໍສະໝຸດ 1、切削速度对表面质量的影响
在不使用切削液的条件下，切削速度增大到一定值后，表面 粗糙度随着切削速度增大而降低。
在实际生产中，切削液的使用很好的改善了加工表面质量。 切削速度增大一定值时，其变化对表面粗糙度的影响不明显。 较大的切削速度下，都可以得到镜面。
加工质量标准
加工质量标准一、精度控制精度控制是加工质量标准的核心，包括以下几个方面：尺寸精度：加工后的零件尺寸应符合设计要求，误差应在规定范围内。
形状精度：加工后的零件形状应符合设计要求，如圆度、直线度、平面度等。
位置精度：加工后的零件各部分之间的相对位置应符合设计要求。
表面粗糙度：加工后的零件表面应具有合适的粗糙度，以满足使用要求。
二、表面质量表面质量是评价加工质量的重要指标，包括以下几个方面：表面粗糙度：如前所述。
表面硬化层：加工后的零件表面应具有适当的硬化层，以提高耐磨性和耐腐蚀性。
表面残余应力：加工后的零件表面应无残余应力，以免在使用过程中出现变形和裂纹。
表面金相组织：应根据材料性质和加工要求，控制表面金相组织的类型和分布。
三、几何尺寸几何尺寸是评价加工质量的基本指标，包括以下几个方面：长度、宽度、高度：加工后的零件各方向尺寸应符合设计要求。
平行度、垂直度、角度：加工后的零件各方向之间应保持正确的平行度、垂直度和角度。
同轴度、对称度：对于有多个相同部分的零件，其同轴度和对称度应达到一定要求。
四、形状精度形状精度是评价加工质量的重要指标，包括以下几个方面：圆度、直线度、平面度：加工后的零件形状应符合设计要求。
圆柱度、圆锥度：加工后的零件圆柱度和圆锥度应达到一定要求。
曲线加工精度：对于复杂的曲线零件，其曲线加工精度应满足设计要求。
五、位置精度位置精度是评价加工质量的重要指标，包括以下几个方面：平行度、垂直度、角度：加工后的零件各部分之间的相对位置应符合设计要求。
同轴度、对称度：对于有多个相同部分的零件，其同轴度和对称度应达到一定要求。
位置度：加工后的零件上各要素的位置应符合设计要求。
六、清洁度清洁度是评价加工质量的重要指标，特别是对于高精度、高要求的加工场合，必须严格控制清洁度指标。
包括以下几个方面：表面清洁度：加工后的零件表面应无杂质、污物等影响使用性能的因素。
防锈处理：加工后的零件应进行适当的防锈处理，以保证长时间内不生锈。
影响表面粗糙度的因素
影响表面粗糙度的因素表面粗糙度是衡量已加工表面质量的重要标志之一，它对零件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度和配合性质都有很大影响。
但是，在加工中表面粗糙度影响因素有很多，为了达到良好的表面粗糙度，我们就来了解一下这些因素有哪些。
影响表面粗糙度的因素一、加工表面粗糙的原因1、残留面积：残留面积是刀具的主、副切削刃切削后，残留在已加工表面上的一些尚未被切去的面积。
2、鳞刺：用高速钢刀具低速或中速切削塑性金属材料时，如低碳钢、中碳钢、不锈钢、铝合金等，常在已加工表面上产生鱼鳞片状的毛刺，称为鳞刺。
出现鳞刺会显著增大已加工表面的表面粗糙度。
3、积屑瘤：在切削过程中，当产生积屑瘤时，其突出的部分能代替切削刃切入工件，在已加工表面上划出深浅不一的沟纹；当积屑瘤脱落时，部分积屑瘤碎片粘附在已加工表面上，形成细小毛刺，造成表面粗糙度增大。
4、振动：在切削加工时，由于工艺系统产生周期性振动，使已加工表面出现条痕或波纹痕迹，使表面粗糙度值明显增大。
二、影响表面粗糙度的因素凡影响残留面积、积屑瘤、鳞刺、振动的因素都影响加工表面粗糙度。
1、切削用量：进给量对残留面积的影响最大。
进给量减小，残留面积减小。
切削塑性金属时，当切削速度很低或很高时，表面粗糙度值较小。
这是因为低速时积屑瘤不易产生；切削速度较高时，塑性变形减小，可消除鳞刺的产生。
在切削脆性材料时，切削速度的影响较小，因为材料变形小，故表面粗糙度值也减小。
2、刀具几何参数：刀具的刀尖圆弧半径、主偏角和副偏角对残留面积和振动有较大的影响。
一般当刀尖圆弧半径增大，主偏角和副偏角减小时，表面粗糙度值小，但如果机床刚度低，刀尖圆弧半径过大或主偏角过小，会由于切削力增大而产生振动，使表面粗糙度值增大。
3、刀具材料：刀具材料不同，刃口圆弧半径的大小和保持锋利的时间是不同的。
高速钢刀具能刃磨得很锋利，但保持的时间较短，所以在低速切削时表面粗糙度值较小。
硬质合金刀具刃磨后刃口圆弧半径较大，在高速度下切削表面粗糙度值较小。
机械加工零件表面质量控制措施
机械加工零件表面质量控制措施摘要：本文首先针对影响机械加工零件表面质量的原因进行了逐一地分析，并在此基础上，从个人经验出发，建设性地提出了针对机械加工零件表面质量的对应控制办法。
希望通过此次经验交流，本文能够为从事相关行业的工作人员带来一定有价值的参考，并且希望本篇文章能够发挥出抛砖引玉的作用。
关键词：机械加工零件;加工;常见问题;控制办法自改革开放之后，中国经济水平得到了快速的发展，机械化水平成程度逐渐提高，各种机械设备在我国得到了广泛的使用。
在这样的大背景下，国人对于机械设备零件的加工质量便有了更高的要求，每一个零部件的质量和所组成的机械设备质量之间有着极为密切的关联性。
所以相关技术人员在从事零件表面机械加工的过程当中，应采取有效的质量控制手段，保障所生产的零部件符合相关的质量要求，这样才能使自身得到可持续发展。
一、对机械加工零件表面质量产生影响的原因分析机械加工零件其表面质量，往往同该零件的整体质量有着极为密切的关联性，若机械零件的表面质量无法得到保障，必定会在机械运转的过程当中，产生诸多的问题。
认识和了解常见的机械零件的表面质量问题产生原因，对于增强机械零件整体质量，有着直接的联系。
结合个人经验，本文认为造成机械零件表面质量出现问题的原因主要有以下两个方面。
1.机械加工零件表面粗糙度对零件质量产生的影响。
在机械加工零件当中，其零件表面的粗糙性会对该零件产生直接的质量影响，分析造成粗糙度差异的原因，主要是因为机械零件加工材料的特点和在切削作业当中对材料使用量存在有差异形成的。
若机械零件在生产过程当中，材料的质量存在有差异性，便会直接对所制作机械零件的质量产生决定性影响。
例如：若机械零件在生产过程当中，所使用的材料是塑性材料，那么在针对刀具进行加工作业的过程当中，便很容易出现塑性变形现象，又因为在切削作业的过程当中，又会对零部件产生撕裂分离作用，所以零件表面的粗糙程度便会得到增加。
所选择的机械零件材料的韧性材料越优秀，在零件加工和的过程中便会产生更加剧烈的塑性形变，致使零件的表层结构更加粗糙。
8：机械加工表面质量
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。
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2.5
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切削45钢时切削速度与粗糙度关系
120
140
v（m/min）
f 对 Ra 的影响及控制 减小 f 优点
Ra max
cot r
f
cot
' r
f2
Ra max
8r
降低 Ra 抑制积屑瘤、鳞剌 不易产生振纹 减小 f 缺点
切削刃rε对加工表面挤压加剧 硬化严重 最大缺点是降低生产效率
一般采取减小κ’r 易引起振动
生产中用减小 r r 增大 ε及加修光刃减小 Ra max
其中增大 rε 最有效
o
rr组合对 Fra biblioteka 波形影响加工条件
45钢 YT15
ao=8o rε=0.2mm
ap=0.5mm uc=150mm
后 角 αo 增大αo 减小已加工表面的摩擦 硬化 鳞剌 精加工αo 适当增大：αo ≥8o 生产中用αo ≤ 0o 挤压光整加工 Ra 达 2.5 ~ 0.125 μm 提高表层硬度和疲劳强度
υc 选取应 避开产生积屑瘤和鳞刺
高速钢 υc < 0.1 m/s 硬质合金 υc >1.6 m/s
积屑瘤高度 h（μm） 变形系数Ks
表面粗糙度Rz（μm）
υc 10~ 50 m/min
28
600
3.0
24
20
R
Kz
控制方法 优选高速、中低速选较大γo 减小 f 提高刀具刃磨质量 选用切削液
400
9.1 已加工表面的形成过程
第一变形区 工件上⊿H 被圆刃口下方挤压 已加工表面 ⊿H 产生塑变
rε
第三变形区 后面的磨损带与已加工面摩擦与挤压 已加工表面内组织纤维化弹性恢复高度为⊿h
9.2 已加工表面质量概述
一 已加工表面质量 概述 1 检测项目 表面微观几何形状 →表面粗糙度 表面波度 纹理方向、伤痕 →划痕 裂纹 砂眼 表层物理机械性能 →表层加工硬化、表层残余应力 2 衡量指标 表面粗糙度 表层硬化程度及硬化深度 表层金相组织变化 残余应力
纹理选圆弧状 凹坑状 →提高耐磨性
高精度零件建立薄层油膜
Ra 0.16～0.04 纹理与相对运动方向相近
表面硬化：控制(0.1～0.5)mm 硬度高 耐磨性高
2 表面质量对零件疲劳强度影响
提高表面粗糙度Ra值 使应力集中加大 疲劳强度降低 加工硬化
适度可提高疲劳强度
过高疲劳强度降低 →易出现裂纹与剥落现象 应力作用
鳞纹方向与vc垂直
表面粗糙不平
45钢 vc = 32m/min
突突出出形形态态
3 刀具磨损 刀具后面磨损 刀尖微崩 刃口毛剌 微小裂口 崩刃
4 振动影响 Ra 增大 损坏刀具 影响健康 影响机床精度
后后面面磨磨损损
切削力波动
崩刃复映 纵向振纹
三 对Ra 影响与控制 1 刀具几何参数对Ra 影响与控制 前角γo 低速 γo 增大 Ra 减小 宜于精加工 υc 大于 50m/min 影响很小 在刀具寿命许可条件下取大值
3 表面质量对零件耐蚀性影响 表面粗糙度值↓ →耐蚀性↑
凹陷处杂质易产生化学反应 形成原电池产生电化学腐蚀 表面压应力有利于提高耐蚀性
4 表面质量对零件配合性质影响 Ra值与配合性质的影响 提高Ra 接触刚度、联接牢固性与位置准确度降低 过盈配合变成过渡配合、间隙配合；静配合变成动 配合 静配合实际过盈量 孔有效尺寸=孔实测直径+Rz 轴有效尺寸= 轴实测直径－Rz Rz ：微观不平度平均高度 对高精度配合要求 < 18mm →Rz = (0.20 ～0.25) δ 18～50mm →Rz= (0.15 ～0.20) δ >50mm →Rz =（0.10～0.15）δ δ ：尺寸公差
vf
Rmax
Rman f 2 8r
减少理论Ra 方法
减小f r r 增大rε
脆性材料或高速切塑性材料接近理论Ra
二 实际Ra 的影响因素 1 积屑瘤影响 保护刀尖 脱落加剧刀具磨损 增大前角 降低切削力 不稳定 影响表面质量
积屑瘤 切入工件
2 鳞刺影响 塑性材料切削加工 低υC 大 f 严重摩擦和挤压
其它措施
较低uc 较小ap
用高精度 高刚度机床 浇注润滑性能好切削液
2 切削用量对 Ra 的影响 切削速度υc 低速变形大 易产生积屑瘤、鳞剌 中速积屑瘤高度达到最大值 高速可获得较小表面粗糙度
加工条件：高速钢 ap=1.2mm
加工条件:45钢 P10(YT15) γo=15o κr =45o
f =0.01mm/r αp =0.5mm
表层热膨胀塑变 冷却受阻拉应力
拉应力使疲劳强度降低 压应力使疲劳强度提高
组织紧密程度：细密使疲劳强度提高
滚压﹥精车 疲劳强度提高20~80% 应力集中区尤其明显
挤压摩擦产生残余压应力
40CrNiMoA轴孔边缘抛光 疲劳强度提高30%
4Cr14Ni14W2Mo件 Ra 0.32 降至 Ra 0.04 疲劳强度下降25%
刀面与刀刃控制 刀刃前后刀面 Ra 应比加工面 Ra 小 1~2 级 刃口与rε 应光滑无缺陷 硬质合金刀片应抛光 Ra 0.63~0.62 刀具磨纯后 Rz 增长 50~60%
主偏角r 副偏角r 刀尖圆弧rε
κr 、Ramax 小 →Fp 增大
适用刚性工艺系统
据Ramax 可近似确定 r与rε
9.3 表面粗糙度
一 表面几何质量衡量指标
1 零件宏观几何形状误差 平面度 波长/波高＞1000 波度 波长/波高 = 50~1000 表面粗糙度 波长/波高＜50
H
λ
波度 表面粗糙度
Ra
Ra
轮廓仪测量
理论粗糙度 直线刃车刀：残留面积
f
Rmax
r
r
Ⅱ
Ⅰ vf
圆弧刃车刀：残留面积
f
κr
rε
Ⅱ
Ⅰ
二 表面质量 对产品使用性能的影响
1 对零件耐磨性的影响
⊿0 μm
初期磨损快、明显
重载荷
表面粗糙度值 Ra↑ →初期磨损量⊿0大
经跑合进入正常磨损阶段
轻载荷
表面粗糙度值Ra影响 提高Ra 形成高点 →干磨擦 磨损快 表面光滑润滑油无法进入接触面 →易产生粘结性磨损
Ra μm
Ra 最佳值 = (0.32～1.25) m
f 推荐值 f 选取适当减小 避开(0.15～0.05)μm
硬质合金 f 不宜小于 0.05 mm / r
改善 f 小影响生产率措施
提高υc 选用较小κ’r 磨出bε、rε
ap 对Ra的影响与控制 一般来说 切削深度对加工表面粗糙度影响不明显 在实际切削中可以忽略不计 ap 选取控制 ≮(0.02～0.03)mm 否则不能维持正常切削