第四章 机械加工表面质量
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。
机械加工表面质量的影响因素及改善措施
0.5
0
30
40
50 60 vc(m/s), vw(m/min) a）
0.8
0.04
0.02 0 细粒度砂轮(WA/GCW14KB)
0.6
0.4 0.2 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 ap(mm)
10
20
30 光磨次数
b）
光磨次数-Ra关系
磨削用量对表面粗糙度的影响
郭德伟
6
4.5.2 机械加工表面粗糙度
磨削裂纹
磨削表面残余拉应力达到材料 强度极限，在表层或表面层下产生 微裂纹。裂纹方向常与磨削方向垂 直或呈网状，常与烧伤同时出现。
磨削烧伤与磨削裂纹的控制
合理选择砂轮 合理选择磨削用量 改善冷却条件
图4-60 带空气挡板冷却喷嘴
郭德伟
14
机械制造技术基础
第4章 机械加工质量
Machining Quality
4.5 机械加工表面质量的影响因素及改善措施
Surface machining quality factors and improvement measures
郭德伟
1
4.5.1 切削加工表面的形成过程
0
hD
rn
hD
O
B
C
D
郭德伟
11
4.5.3 加工表面变质层
残余应力
郭德伟
12
4.5.3 加工表面变质层
残余应力(Gpa)
◆ 切削用量对残余应力的影响
0.20 0
vc =213m/min vc =86m/min vc =7.7m/min
v↑→残余应力↑（热应力 起主导作用，图4-57） f↑→ 残余应力 ↑ （图 4-58 ） 切削深度影响不显著
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
机械制造技术基础-4机械加工质量-2019-05-14
RX X
显然：
RX RY
（4-2）
Ｏ
a）
Y
X ΔR
Ｏ
X
b）
Y
ΔR =ΔX
图4-5
误差敏感方向 10
ΔY
4.1.5 研究加工精度的获得方法
尺寸精度的获得方法 （1）试切法
试切+测量+调整 效率低，对操作者水平要求高 单件、小批生产或高精度零件加工 （2）调整法 试切好工件/标准样件+对刀装置（成批、大量生产） （3）尺寸刀具法 零件加工表面尺寸由刀具确定，孔（钻、扩、铰）；键 槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面） （4）自动控制法 数控加工（尺寸测量装置+进给机构+控制装置加工过 程中的尺寸测量+刀具补偿调整）(试切法的自11动化)
图4-7 钻径向孔的夹具
17
4.2.4 刀具误差与调整误差
刀具的调整与微量进给精度
（图4-8 ） 定程机构误差。 样件或样板误差。 测量有限试件造成的误差。 和试切法有关的误差。
b）
图4-8 刀具的调整
18
4.2.5 机床几何误差
回转运动精度
主轴回转误差是指主轴实 际回转线对其理想回转轴线 的漂移。
结论：主轴径向跳动影
响加工表面的圆度误差
3
1
e
图4-9 径向跳动对车外圆精度影响
21
4.2.5 机床几何误差
★ 主轴轴向串动对加工精度的影响 被加工端面不平，与圆柱面不垂直； 加工螺纹时，产生螺距周期性误差。
★ 主轴角度摆动对加工精度的影响 与 主 轴 径 向 跳 动 影 响 类 似，不仅影响圆度误差， 而且影响圆柱度误差。
δ H
导轨垂直面内的直线度误 差,误差非敏感方向,影响小 α
机械加工表面质量
机械加工表面质量1. 简介机械加工表面质量是机械制造过程中一个重要的质量指标，其直接影响着制品的外观和性能，特别是在涉及到接触表面的机械零件中。
机械加工表面质量的好坏会直接影响到摩擦、磨损、润滑和密封等方面的性能。
因此，对于机械加工表面质量的控制和评估非常重要。
2. 常见的机械加工表面缺陷机械加工表面质量的主要缺陷包括以下几种：2.1 粗糙度粗糙度是表面峰谷的高低起伏程度的度量，它直接影响到接触面的摩擦性能和润滑性能。
通常，粗糙度越小，表面质量越好。
2.2 铁锈机械加工过程中，如果没有采取适当的防护措施，金属表面容易受到空气中的氧气和水蒸气的腐蚀而产生铁锈。
铁锈不仅会损坏表面的光洁度，还会降低金属的强度和耐腐蚀性能。
2.3 划痕和切削工艺痕迹在机械加工过程中，操作不当或切削刀具磨损会导致表面出现划痕和切削工艺痕迹。
这些痕迹会影响零件的密封性能和外观质量。
2.4 焊接瑕疵在焊接过程中，不完全熔化、气孔、裂纹等问题容易导致焊接瑕疵。
焊接瑕疵不仅会降低表面质量，还会影响焊接接头的强度和密封性能。
2.5 水渍机械加工过程中，如果不对工件进行适当的清洗，可能会在表面留下水渍。
水渍不仅会降低表面的光洁度，还会影响涂层的附着力和防腐性能。
3. 表面质量评估为了评估机械加工表面质量，常见的方法包括目测评估和仪器测量两种。
3.1 目测评估目测评估是通过肉眼观察和触摸来对表面质量进行评估。
一般来说，表面光洁度、缺陷的数量和大小以及表面的平整程度可以通过目测进行初步评估，但是目测评估存在主观性较强，缺乏量化数据的问题。
3.2 仪器测量仪器测量可以通过使用专业的测量仪器来获取表面质量的精确数据。
常用的仪器包括三坐标测量仪、表面粗糙度测量仪等。
这些仪器可以对表面的粗糙度、平整度、峰谷高度等参数进行测量，并生成相应的数据报告。
4. 改善机械加工表面质量的方法为了改善机械加工表面质量，可以采取以下几种方法：4.1 选择合适的切削刀具和工艺参数在机械加工中，选择合适的切削刀具和工艺参数是提高表面质量的关键。
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。
机械加工表面质量
机械加工表面质量机器零件的破坏，一般都是从表面层开头的。
一、加工表面质量的概念加工表面质量包含以下两个方面的内容：1．加工表面的几何形貌（1）表面粗糙度（2）表面波纹度（3）表面纹理方向（4）表面缺陷2.表面层材料的物理力学性能（1）表面层的冷作硬化（2）表面层残余应力（3）表面层金相组织变化二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响1．表面质量对耐磨性的影响（1）表面粗糙度对耐磨性的影响（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响（3）表面纹理对耐磨性的影响2. 表面质量对零件疲惫强度的影响3. 表面质量对抗腐蚀性能的影响4.表面质量对零件协作性质的影响三、加工表面的表面粗糙度切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。
加工塑性材料时，切削速度v对加工表面粗糙度加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切削加工后的表面粗糙度值越大。
适当增大刀具的前角，可以降低被切削材料的塑性变形；降低刀具前刀面和后刀面的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成；增大刀具后角，可以削减刀具和工件的摩擦；合理选择冷却润滑液，可以削减材料的变形和摩擦，降低切削区的温度；实行上述各项措施均有利于减小加工表面的粗糙度。
四、加工表面的物理力学性能（一）表面层材料的冷作硬化1．冷作硬化的评定参数2．影响冷作硬化的因素（1）刀具的影响（2）切削用量的影响（3）加工材料的影响（二）表面层材料金相组织变化假如磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢的相变温度为723℃），这时工件表层金属的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤；假如磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，表层金属将发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，消失了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤；若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属便产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧伤。
机械制造工艺学第4章：机械加工精度
第二节 影响加工精度的因素及其分析
工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的 误差叫做原始误差。
一、加工原理误差 即是在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和 近似的加工方法而产生的原始误差。
例如，在车床上车削模数蜗杆，传动关系如图，传动比i可用下式表示
YX
FY K 主轴箱
2
2
则刀具在X处相对于工件法向总位移为
Y机床 YX Y刀架
1 1 FY K刀架 K 主轴箱
1 l X l K 尾座
2 X l
故得机床的刚度
K 机床
FY Y机床
1 1 K刀架 1 K 主轴箱 1 X l X K 尾座 l l
⑶两导轨间有平行度误差 导轨发生扭曲，刀尖相对于工件在水平和垂直两方向上发生偏移，从 而影响加工精度。设垂直于纵向走刀的任意截面内前、后导轨的平行度误 差为δ ，则工件半径变化量Δ R近似等于刀尖的水平位移，即
H R Y B
机床导轨的几何精度还与 使用时的磨损及机床的安装状 况有关。
FY=λ CpapF0.75
毛坯上的最大误差为 坯 a p1 a p 2 ，工件上的最大误差为 工 Y1 Y2 工件在一次走刀后的加工误差为
工 Y1 Y2 FY max FY min K 系统 K 系统 C p a p1 f C p f
则，
0.75 0.75
加工刀具会使加工表面尺寸扩大。
一般刀具加工时，加工表面形状由机床运动精度保证，尺寸由调整决定，刀具的
大连理工大学机械制造技术基础课件(机械加工精度)
主轴回转误差的基本形式
• 轴向窜动 • 纯径向跳动 • 纯角度摆动
实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。由于主轴实际
回转轴线在空间的位置是在不断变化的，由上述三种运动所产生的 位移（即误差）是一个瞬时值。
（2）主轴回转误差对加工精度的影响 车间所有机床，我们分为：
工件回转类
车床
误差敏感
方向不变
原始误差产生加工误差的根源，它包括：
工艺系统静误差 工艺系统几何误差
机床几何误差 刀具几何误差 夹具几何误差
原理误差
调整误差
•主轴回转误差 •导轨误差 •传动链误差
•一般刀具 •定尺寸刀具 •成形刀具 •展成法刀具
• 试切法 •调整法
测量误差
定位误差 工艺系统力变形
•外力作用点变化 •外力方向变化 •外力大小变化
导轨垂直面直线度
ΔR
d d/2 R
ΔZ
垂直平面
图4－10 导轨在垂直面内直线度误差
结论：
原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若 产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对加工 精度有直接影响；产生在加工表面切向方向（误差非 敏感方向） ，可忽略不计。
对平面磨床，龙门刨床
及铣床等，导轨在垂直面内
•轴向窜动 •径向跳动 •角度摆动
机床几何误差
机床导轨误差
•水平面内直线度 •垂直面内直线度 •前后导轨的平行度
机床传动链误差
•内联传动链始末两 端传动元件间相对 运动误差
1、机床导轨误差
机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的 基准，也是某些主要部件的运动基准。
机床导轨误差的基本形式
•水平面内的直线度 •垂直面内的直线度 •前后导轨的平行度
机械加工表面质量
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。
3.表面质量对零件工作精度的影响
3、研磨剂：研磨剂为磨料与油脂的混合剂。
磨料种类：金刚石微粉,碳化硅,氧化铝等。
油脂起调和磨料.化学腐蚀作用。
油脂种类：油酸,凡士林,变压汽油。
4、研磨参数 （1）磨料粒度：粒度↑，则粗糙度↑ ， 效率↑。 （2）研磨速度：一般研磨速度<0.5m/s， 精研速度<0.16m/s。 （3）研磨余量：手工研磨余量<10μm， 机械研磨余量<15μm。 （4）研磨压强：粗研0.1~0.3MPa， 精研0.01~0.1MPa 。
（一）超精研 1、工作原理：采用细粒度的磨条在一定压力 和切削速度下往复运动，对表面进行光整加 工。 加工运动：A、工件低速回转运动；B、磨条轴 向进给运动：C、磨条高速往复振动。
2、切削过程：可分为四个阶段 （1）强烈切削阶段：少数波峰上压强很大， 切削作用剧烈。 （2）正常切削阶段：接触面积增大，接触压 强减小，切削作用减弱。 （3）微弱切削阶段：接触面积进一步增大， 接触压强进一步减小，磨条起抛光作用。 （4）停止切削阶段：工件被研平，接触压强 很小，磨条与工件之间形成油膜，切削停止。
平行四边形为切削层理论横截面 三角形为残留面积 H为理论粗糙度 f为进给量 κr为主偏角 κr’为副偏角 则： f=Hctg κr+ Hctg κr’ 得：H=f/(ctg κr+ ctg κr ’)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图4-7 常用的冷却方法
图4-8 内冷却砂轮结构式
图4-9 带有空气挡板的切削液喷嘴
图4-10 开槽砂轮
图4-11 切削时表面层残余应力的分布
图4-12 磨削时表面层残余应力的分布
图4-13 典型滚压加工示意图
图4-14 外圆滚压工具
图4-15 液体磨料喷射加工原理图
第四节 机械加工中的振动
图4-16 自激振动闭环系统
图4-17 抗振刀具
图4-18 冲击式减振镗杆
第四章 机械加工表面质量 第一节 基本慨念
图4-1 表面几何特征的组成
图4-2 初期磨损量与零பைடு நூலகம்表面粗糙度
第二节 表面粗糙度的形成及其影响因素
图4-3 表面残留面积
图4-4 加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响
图4-5 前角对加工表面粗糙度的影响
图4-6 后角对加工表面粗糙度的影响
第三节 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素