第三章机械加工表面质量及控制
机械加工质量及控制
机械加工质量及控制引言机械加工是一种常见的制造方法，用于将原始材料加工成所需形状和尺寸的零件。
机械加工质量的好坏直接影响着零件的性能和使用寿命。
对机械加工质量进行严格的控制是非常重要的。
机械加工质量的要求1. 尺寸精度：机械加工零件的尺寸精度是保证其装配性能和工作稳定性的关键。
通常使用公差来描述尺寸精度的要求，公差越小，零件的尺寸精度要求就越高。
2. 表面质量：机械加工零件的表面质量对摩擦、磨损和腐蚀等性能有着重要的影响。
表面粗糙度是评价表面质量的重要指标，粗糙度越小，表面质量越好。
3. 几何形状：机械加工零件的几何形状要求直接决定了其与其他零件的配合性能。
例如，孔的圆度和直线度要求可以直接影响轴承的配合质量和旋转性能。
机械加工质量控制方法1. 加工设备的选择：选择适合加工要求的设备是保证机械加工质量的关键。
不同加工设备的精度、刚度和稳定性存在差异，需要根据具体的加工要求进行选择。
2. 切削工艺的优化：切削工艺的合理优化可以提高机械加工零件的表面质量和尺寸精度。
通过选择合适的刀具、切削参数和切削液等，可以减小切削力和热变形，降低表面粗糙度。
3. 机床调试和维护：机床的准确定位和运动稳定性是保证机械加工质量的基础。
需要定期检查和维护机床，保持其精度和稳定性。
4. 检测和测量：通过使用合适的测量工具和设备，对机械加工零件的尺寸、形状和表面质量进行检测和测量。
及时发现问题并进行调整和纠正，以确保机械加工质量的有效控制。
机械加工质量控制的挑战1. 加工材料的变化：不同材料的加工特性有所不同，对机械加工工艺和控制要求也存在差异。
需要根据不同材料的特点进行合理的工艺选择和优化。
2. 加工过程的变动：在机械加工过程中，由于刀具磨损、切削力变化等原因，加工过程可能会出现变动。
及时对加工过程进行调整和控制，以确保一致的加工质量。
3. 人为因素的干扰：机械加工过程中，操作人员的技能水平和责任意识也会对加工质量产生影响。
机械加工表面质量影响因素及控制措施
机械加工表面质量的影响因素及控制措施摘要：机械加工表面质量影响零件的使用性能，如耐磨性、耐疲劳性等方面，同时，本文分析了影响机械加工表面质量的因素，探讨了提高机械加工工件表面质量的措施。
关键词：质量控制机械加工表面质量会直接影响零件的工作性能，尤其是零件的可靠性和工作寿命，任何机械加工所得到的零件表面实际上都不是完全理想的表面，研究机械加工表面质量及其影响因素，掌握其变化规律，对提高机械加工表面质量及产品使用性能具有重要的意义。
一、机械加工表面质量的含义表面质量是指零件被加工后表面层的状态，即：加工表面的几何形状误差和表面层金属的力学物理性能和化学性能，工件表面质量的好坏是以表面粗糙度的大小来衡量的。
表面粗糙度是指加工表面上所具有的较小间距和峰谷所组成微观几何形状的特性。
二、影响机械加工表面质量的因素1、机器使用性能对机械加工表面质量的影响表面质量对零件的耐磨性，配合精度，疲劳强度、抗腐蚀性，接触刚度等使用性能都有很大的影响。
（1）耐磨性对表面质量的影响。
零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关在这些条件已确定的情况下，零件的表面质量就起着决定性的作用零件的磨损过程，通常分为三个阶段：摩擦副刚开始工作时，磨损比较明显，称为初期磨损阶段（一般称为走合期）。
经初期磨损后，磨损缓慢均匀，进入正常磨损阶段。
当磨损达到一定程度后，磨损又突然加剧，导致零件不能正常工作，称为急剧磨损阶段。
（2）疲劳强度对表面质量的影响。
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，产生疲劳纹。
表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈，抗疲劳破坏的能力就愈差。
（3）耐蚀性对表面质量的影响。
零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度，表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多、抗蚀性就愈差。
表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。
2、影响表面粗糙度的因素（1）切削加工影响表面粗糙度的因素。
机械加工中的表面质量与精度控制技术
机械加工中的表面质量与精度控制技术质量和精度的控制是机械加工中的重要环节,主要从当前机械加工精度的概念和内容出发,分析机械加工过程中产生误差的原因,力图探索在机械加工的过程中如何才能提高加工的质量,并且加强对加工过程的精度控制,从而提高整体加工水平。
标签：机械加工;表面质量;精度控制中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）180174011 机械加工精度概述机械加工精度是指工件在机械加工后的实际几何参数与零件图纸所规定的理想值之间的符合程度,如果它们之间存在不相符的程度则就称为加工误差。
机械的加工精度包括了三方面因素:首先是尺度因素,尺度因素限制加工表面和基准间尺寸的误差;其次是几何形状精度,主要是指限制加工表面的宏观性状的误差,从而达到提高机械加工表面质量的目的；最后是相互位置的精度,主要是指限制加工表面和其基准间的相互位置误差。
机械加工误差的大小反映了机械加工的精度高低。
2 影响机械加工质量和精度的因素及对策2.1 机床的几何误差在机械加工的过程中对工件的成形操作加工一般都是在机床上完成的,因此,机械加工品的机床几何误差直接会影响最终的加工质量和精度。
直接影响机械加工质量和精度的因素主要是主轴回转误差以及传动链误差。
从主轴回转误差来看,轴承本身的是指主轴在各个瞬间的实际回转轴线相对于其平均回转轴线的误差。
从传动链误差来看,主要是指传动链的始末两端传动元件之间相互运动产生的误差。
2.2 定位误差定位误差包括了两方面内容,分别是基准不重合誤差和定位副制造不准确误差。
在机床上对工件进行加工的过程中,需要将几何要素作为定位标准,当选择的定位基准和设计基准之间存在误差时就会产生基准不重合的误差。
另外夹具上的定位元件不可能完全准确,其实际尺寸都在允许范围内变动,当超过允许范围时就会造成较大的定位误差。
2.3 刀具的几何误差刀具在使用的过程中难免会产生磨损,从而在机械加工的过程中造成工件的尺寸以及形状的误差,最终影响了加工的质量和精度。
浅谈机械加工零件表面的质量控制措施
浅谈机械加工零件表面的质量控制措施机械加工零件表面质量对于产品的性能和外观有着重要影响，因此对于机械加工零件表面质量的控制尤为重要。
本文将从机械加工零件表面的质量要求、表面质量的评价和控制措施三个方面进行论述。
一、机械加工零件表面的质量要求机械加工零件表面的质量要求包括光洁度、平整度、粗糙度和表面缺陷等方面。
1. 光洁度要求：光洁度是指零件表面的平滑程度，光洁度的要求取决于零件所处的工作环境以及外观要求。
对于机械零件的表面，要求表面光滑、无明显的划痕和凹凸不平，以保证零件配合的精度和摩擦的稳定性。
2. 平整度要求：平整度是指零件表面的平坦程度，主要包括平面度、轮廓度等指标。
平整度的要求取决于零件的安装和工作要求，例如对于密封面零件，要求平面度较高，以确保密封性能。
3. 粗糙度要求：粗糙度是指零件表面的粗糙程度，常用Ra值来表示。
粗糙度的要求取决于零件的工作环境和功能要求，例如对于滑动副零件，要求表面粗糙度较低，以减小摩擦阻力和磨损。
4. 表面缺陷要求：表面缺陷包括划痕、毛刺、气孔、裂纹等。
表面缺陷的要求取决于零件的功能和外观要求，例如对于高精度的零件，要求表面无明显的划痕和缺陷，以保证零件的性能和外观质量。
二、表面质量的评价机械加工零件表面质量的评价可以通过目视检查、手感检查、测量检查等方法进行。
1. 目视检查：通过肉眼观察零件表面的光洁度、平整度和表面缺陷等方面的质量。
目视检查主要适用于外观质量要求较高的零件。
2. 手感检查：通过手触零件表面来判断光洁度、平整度和表面缺陷等方面的质量。
手感检查主要适用于外观质量要求较低但性能要求较高的零件。
3. 测量检查：通过使用测量仪器对零件表面的光洁度、平整度、粗糙度等指标进行测量，以得到数值化的表面质量数据。
测量检查主要适用于对表面质量有精确要求的零件。
三、控制措施为了保证机械加工零件表面质量的控制，可以采取以下措施。
1. 加工前准备措施：在进行加工前，要对机床、刀具等进行检查和维护，保证加工设备的正常运行。
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
机械零件加工表面质量的改善与控制
机械零件加工表面质量的改善与控制随着现代工业的发展，机械零件加工表面质量的改善与控制变得越来越重要。
优质的机械零件表面质量不仅可以提高产品的外观，还能够增加零件的使用寿命，改善机械性能，降低摩擦和磨损。
本文将探讨机械零件加工表面质量的改善与控制方法。
首先，要想改善机械零件的表面质量，必须从加工方法入手。
传统的加工方法包括铣削、车削、磨削等，这些方法虽然可以获得相对精确的尺寸，但对于表面质量的要求却有限。
因此，近年来，一些新型的加工方法日益受到关注。
例如，电火花加工、喷丸技术、激光加工等，它们可以有效地改善零件的表面质量。
电火花加工利用电脉冲的放电效应，可以去除零件表面的杂质和氧化层，从而获得较高的表面光洁度。
喷丸技术则通过高速喷射颗粒物来冲击零件表面，以消除表面的氧化层和机械加工留下的痕迹。
激光加工则能够实现对零件表面的局部加热和融化，使得表面得到快速凝固，从而获得较高的表面质量。
其次，材料的选择也对机械零件加工表面质量的改善有很大的影响。
不同材料具有不同的加工特性和机械性能，因此在选择材料时，要综合考虑零件的用途和工艺要求。
例如，对于需要高表面质量的零件，可以选择具有较好加工性和机械性能的钢材进行加工。
而对于一些对表面质量要求不高的零件，一些非金属材料如塑料、复合材料等也可以考虑使用，这些材料具有较低的加工难度和成本。
此外，加工过程中的刀具和磨料的选择也对表面质量的改善有重要作用。
刀具的质量和锋利度直接影响切削的效果和表面的质量。
因此，要选择合适的刀具材料和切削参数，以保证切削过程的稳定性和切削质量。
而对于一些需要磨削的零件，磨削液和磨料的选择也非常重要。
磨削液可以起到冷却、润滑和清洁的作用，而磨料的粒度和硬度则影响磨削表面的质量和光洁度。
因此，要根据具体的加工要求选择合适的刀具和磨料，以提高机械零件加工表面的质量。
最后，检测和控制是确保机械零件加工表面质量的关键。
传统的检测方法包括用触摸式测量仪对表面几何形状和粗糙度进行测量，这种方法操作简单，但精度较低。
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。
机械加工表面质量的影响因素分析及其控制措施
（ １ ）对机械产品的耐磨性产生影响。机械产品的耐磨性是 随着表面质量不 同而不 同的 ， 一般零件 的表面质量 与其 粗糙程
度 是 有 直 接联 系 的 。如 果 粗 糙度 过大 ， 机 械 产 品 的耐 磨 性 就 会
较差 ； 但是如果零件粗糙 度过小 的话 ， 也 会对产 品的耐磨 性产 生不利影响 。比如 ， 当零 件处于干摩 擦状态下 时 ， 其表 面的粗 糙程度会对摩擦副表面的初始磨损产生直接的影 响。
（ ５ ）零件表面 的残余应力 。冷塑性 变形 、 热 塑性 变形 以及
金相组织变化等作用 是始终伴 随着机械零 件生产 过程 的。在 加工工序完成 之后 ， 零 件在形 状和 体积 上都发 生 了一定 的变 化， 但是 ， 在加工后 ， 零件表层会存在少量没有完 全释放 的残 留 应力 ， 这就是我们 所说 的残余 应力 。应力 还分为不 同 的种 类 ，
（ ２ ） 对 机 械 产 品 的 耐蚀 性 产 生 影 响 。机 械 零 件 的 耐蚀 性 对
更 是无法保证 。由此可见 ， 机械零件表层冷作硬化 因素对机械
表 面质 量 影 响 还 是 比较 大 的 。
机械产品性能的发挥有着重要 的作用 ， 机械产 品耐蚀性 的大小
与机 械 零 件 表 面粗 糙 度 是 呈 反 比例 关 系 的 。 （ ３ ）对 机 械 产 品 的疲 劳 强 度 产 生 影 响 。“ 当 金 属 受 到 荷 载 作用影响的时候 ， 便会 产生疲 劳破坏 ， 并 且 这 种 破 坏 会 发 生 在 零 件 的表 面 或 者 表 面 的 冷 硬 层 下 面 。 ” 而 零 件 质 量 对 疲 劳 度 的 影 响也 是 非 常 大 的 ， 零 件表面越 粗糙 ， 该 机 械 产 品 的 疲 劳 度 就
机械加工质量分析及控制
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第一节 概 述
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零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。
加工精度 表面质量
本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。
衡量进行加工质量的指标有两方面
一、加工精度和表面质量的概念
在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。
距表层深度
加工后
0
-σ
距表层深度
+σ
0
-σ
+σ
加工时
金相组织变化的影响 切削时产生的高温会引起表面层的相变。由于不同的金相组织有不同的比重，表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生压应力；反之表面层体积缩小，则产生拉应力。各种金相组织中，马氏体比重最小，奥氏体比重最大。
0
-σ
距表层深度
+σ
加工时
0
-σ
距表层深度
+σ
加工后
（1）冷塑性变形的影响 当切削加工完成后，切削力已去除，里层金属趋向复原（弹性恢复），但受到已产生塑性变形的表面层限制，回复不到原状，因而在表面层产生残余压应力，里层则为拉应力与之相平衡。
0
-σ
距表层深度
+σ
（2）热塑性变形的影响 表面层在切削热的作用下产生热膨胀，此时基体温度较低，因此表面热膨胀受到基体的限制而产生热压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形的温度范围时，就会产生热塑性变形（在压力作用下材料相对缩短）。当切削过程结束，温度下降至与基体温度一致时，因为表面层已产生热塑性变形，但受到基体的限制产生拉应力，里层则为残余压应力。
机械加工零件表面的质量控制措施
浅谈机械加工零件表面的质量控制措施摘要：机械加工零件表面的质量直接影响零件的使用，零件的质量严重影响整个机械的功能。
随着机械加工行业的发展，机械的质量和性能都有所改善，但是由于一些机械加工零件的质量问题严重影响了机械的正常使用，影响机械加工零件表面质量的因素逐渐增加，如果不及时进行质量控制将会严重影响机械的性能。
本文主要是对机械加工零件质量的影响因素进行分析，并就提高机械加工零件质量提出合理的建议。
abstract： the quality of machine component surface affects the use of the component directly， and influences the function of the entire machine.with the development of the industry，the quality and function of machine have been improved greatly， but some quality problems influences the use of machine seriously. the machine function will be impacted severely if the increasing factors which affect machine component surface can’t be controlled effectively. the paper analyzes the factors which affect the quality of machine component and gives some proper suggestions to improve the quality.关键词：机械加工零件表面；质量控制措施key words： machine component surface；measures to control the quality中图分类号：th161 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）07-0038-020 引言随着社会经济的发展，工业机械的广泛应用，对于机械加工质量的要求也逐渐提高。
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图3-7 切削45钢时切削速度与粗糙度关系
120 140 v（m/min）
其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等磨 削 加 工 表源自面 粗 糙 度 影 响 因 素
磨 屑 的 形 成 过 程
磨屑形成过程
a）平面示意图 b）截面示意图
磨削加工表面粗糙度影响因素
vw = 40(m/min) f = 2.36(m /min) v = 50(m/s) ap = 0.01(mm) f = 2.36(m /min) ap = 0.01(mm)
0.0 4
0.0 2 0 细粒度砂轮(WA/GCW14KB)
0.6
0.4 0.2 0
10
20
30 光磨次数
0
0.01
0.02
b）
0.03
0.04 ap(mm)
光磨次数-Ra关系
磨削用量对表面粗糙度的影响
磨削加工表面粗糙度影响因素
砂轮影响
砂轮粒度↑，Ra↓；但要适量 砂轮硬度适中， Ra↓ ；常取中软 砂轮组织适中，Ra ↓ ；常取中等组织 采用超硬砂轮材料，Ra ↓
表面微观形貌的测量
AFM结构 ◎AFM探针被微力弹簧片压 向试件表面，原子排斥力将 探针微微抬起。达到力平衡。 STM AFM探针扫描时，因微力簧 探针 片压力基本不变，探针随被 微力簧片 测表面起伏。 ◎在簧片上方安装STM探针， STM探针与簧片间产生隧道电 流，若控制电流不变，则STM 探针与AFM探针（微力簧片） 同步位移，于是可测出试件表 面微观形貌。
表面微观形貌的测量
两种测量模式 （1）等高测量模式（图a）： 探针以不变高度在试件表面扫描，隧 道电流随试件表面起伏而变化，从而 得到试件表面形貌信息。 （2）恒电流测量模式（图b）： 探针在试件表面扫描，使用反馈电 路驱动探针，使探针与试件表面之 间距离（隧道间隙）不变。此时探 针移动直接描绘了试件表面形貌。 此种测量模式隧道电流对隧道间隙 的敏感性转移到反馈电路驱动电压 与位移之间的关系上，避免了非线 性，提高了测量精度和测量范围。
第三章 机械加工表面质量及控制
Quality of Machining Surface and Control
本章要点
加工表面质量对使用性能的影响
影响加工表面粗糙度的工艺因素
影响表层金属力学物理性能的工 艺因素 机械加工中的振动
3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响
Quality of Machining Surface and Influence of Use Performance
f 对冷硬的影响
2、切削加工中影响表面冷作硬化的因素
◆ 刀具几何参数 r ↑→冷硬程度↑ 后刀面磨损量 VB ↑, 冷硬程度变化如图成阶 段性 后角 0 、主偏角 r 、 副偏角 r ' 、刀尖圆弧 半径 r 对冷作硬化影响 不大
340
硬度(HV) 260 180 100 50钢，v = 40(m/min) f = 0.12～0.2(mm/z)
0
0.2
0.4 0.6 0.8 磨损高度VB(mm)
1.0
刀具后刀面磨损对冷硬影响
3、磨削加工中影响表面冷作硬化的因素
◆ 磨削用量 磨削深度↑→冷硬程度↑ 磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加强） 工件转速↑→冷硬程度↑ 500 纵向进给量影响复杂 ◆ 砂轮 砂轮粒度↑→冷硬程度↓ 砂轮硬度、组织影响不显著 ◆工件材料 材料塑性↑→ 冷硬倾向↑ 材料导热性↑→ 冷硬倾向↓
AFM 探针 试件
STM 驱动
AFM 扫描 驱动
AFM结构简图
表面微观形貌的测量
AFM实物照片
扫描探针
磁盘图像
3.3 影响表层金属力学物理 性能的工艺因素
Technological Factors Influencing Physics Properties of Surface Layer
磨削用量影响
砂轮速度v↑，Ra↓ 工件速度vw↑，Ra ↑ 砂轮纵向进给f↑，Ra ↑ 磨削深度ap↑，Ra ↑ 光磨次数↑，Ra↓
Ra(μm)
0.0 6 粗粒度砂轮(WA60KV) Ra(μm) 1.0
0.5
0
30
40
50 60 v(m/s), vw(m/min) a）
0.8 Ra(μm)
加工表面质量的概念
表面微观几 何形状特征
表面粗糙度
已加工表 面质量
表面物理力学 性能的变化
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
◆ 零件加工表面微观几何形状
表面的几何形状误差 表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比 值小于50。 表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在 50～1000的几何形状误差 纹理方向：表面刀纹的方向 伤痕：加工表面个别位置出现的缺陷
表面微观形貌的测量
STM
图b STM工作过程演示
图a STM实物照片
表面微观形貌的测量
图a 用STM移动分子组成的IBM字样
通过扫描隧道显微镜操纵氙原子 用35个原子排出的“IBM”字样
石墨三维图像 图b 用STM观察石墨原子排列
表面微观形貌的测量
当探针与试件表面距离达1nm 时，形成隧道结（图a）。当偏 压Ub 小于势垒高度φ时，隧道电 流密度为：
Rmax
切削表面塑性变形和积屑瘤
切削速度影响最大：v = 10～50m/min范围，易产生积 屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图3-7） 。
表面粗糙度Rz（μm） 积屑瘤高度 h（μm） 收缩系数Ks 28 24
600
3.0
Rz
20
16 12 8 4
400
2.5
Ks
200
2.0
h
0
1.5 0 20 40 60 80 100
砂轮精细修整， Ra ↓
其他影响因素
工件材料
冷却润滑液等
表面粗糙度的测量
表面粗糙度的测量
比较法
触针法
表面粗糙度的测量
光切法
干涉法
表面粗糙度的测量
◆ 比较法—— 将被测表面与表面粗糙度样板进行对比，以 确定被测表面的表面粗糙度等级 方法要求样板的材 料与加工纹理与被测 表面尽可能一致 方法简便 ，适应在 生产现场使用 准确度取决于检测 人员的经验 仅用于粗糙度值较 大的工件表面
计算机
A/D 设定电压 差分 比较 积分 放大 比例 放大
D/A XYZ控制信号 高压 放大 探针
压电陶瓷
对数放大
（线性化）
前置放大 试件
隧道电流反馈控制系统原理框图
表面微观形貌的测量
（3）纳米级扫描运动——压电陶瓷扫描管 压电陶瓷扫描管结构见 图 a ，其工作原理见图b。
+UY 陶瓷管 L0 ΔZ ΔX +UX 金属膜 -UY
表层材料的冷作硬化
◆ 机械加工中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变、晶 粒间产生滑移，表层材料硬度增加的现象—冷作硬化 ◆机械加工中力的作用强化、热的作用弱化冷作硬化 ◆冷作硬化程度可用三个指标衡量： 表层金属的显微硬度HV 硬化层深度h（微米） 硬化程度N
N
HV HV0 100% HV0
扫 描 器
输出
检测电路
试件
运动轨迹 a） 输出
驱动电路
控制器
扫 描 器
检测电路
运动轨迹 试件 STM工作原理
b）
表面微观形貌的测量
关键技术： （1）STM探针——金属丝 经化学腐蚀，在腐蚀断裂瞬 间切断电流，获得尖峰，曲 率半径为10nm左右。
STM针尖
表面微观形貌的测量
（2）隧道电流反馈控制
φ1 STM探针 d
φ2 试件 Ub
ka e j 2 U b e 2k h 4 d 1 2 2
0
2
式中 h —— 普郎克常数； e —— 电子电量； ka，k0 —— 系数。
图a STM隧道结
由上式可见，探针与试件表面距离 d 对隧道电流密度非 常敏感，这正是STM的基础。
初始磨损量
表面粗糙度值↓ → 耐疲劳性↑ 适当硬化可提高耐疲劳性 对耐蚀性影响 表面粗糙度值↓→耐蚀性↑ 表面压应力：有利于提高耐蚀性 对配合质量影响 表面粗糙度值↑ →配合质量↓
重载荷
轻载荷 Ra（μm）
表面粗糙度与初始 磨损量
3.2 影响加工表面粗糙度的工 艺因素
Technological Factors Influencing Roughness
硬度(HV) 450 400
普通磨削 高速磨削
350
300 0
0.25
0.50
0.75 ap(mm)
磨削深度对冷硬的影响
表层金属金相组织变化
◆ 机械加工过程中加工区域温度达到或超过工件材料 相变温度时，金相组织会发生变化（主要指磨削） ◆磨削烧伤（淬火钢） 回火烧伤：磨削温度介于其相变温度723C°和 马氏体转变温度300C°之间→马氏体回火转变 淬火烧伤：磨削温度超过其相变温度723C°+ 急冷→二次淬火 退火烧伤：磨削温度超过其相变温度723C°+ 不冷却→退火 ◆烧伤表现：彩色氧化膜 残余应力 微裂纹
1、切削加工中影响表面冷作硬化的因素
◆ 切削用量
进给量↑→冷硬程度↑ 切削速度影响复杂（力 与热综合作用结果） 切削深度影响不大 ◆工件材料 材料塑性↑→ 冷硬倾向↑ 材料强度↑→ 冷硬倾向↓
400
v =170(m/min)
硬度(HV) 300 200 100 0 135(m/min) 100(m/min ) 50(m/min) 工件材料：45 0.2 0.4 0.6 f (mm /r) 0.8