1、表面質量對產品使用性能的影響影響表面粗糙度的工藝因素及其改進措施影響表面金屬力學性能的工藝因素及改進措施機械加工過程中的振動概述概述 掌握機械加工中各種工藝因素對表面質量影響的規律，并掌握機械加工中各種工藝因素對表面質量影響的規律，并應用這些規律控制加工過程，以達到提高加工表面質量、提高應用這些規律控制加工過程，以達到提高加工表面質量、提高產品性能的目的產品性能的目的。 實踐表明，零件的破壞一般總是從表面層開始的。產品的實踐表明，零件的破壞一般總是從表面層開始的。產品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取決工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取決于其主要零件的表面

2、質量。于其主要零件的表面質量。研究機械加工表面質量的目的研究機械加工表面質量的目的機械產品的失效形式機械產品的失效形式因設計不周而導致強度不夠；因設計不周而導致強度不夠；磨損、腐蝕和疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞破壞。 少數少數多數多數任何機械加工方法獲得的加工表面，都不是絕對理想的表面。任何機械加工方法獲得的加工表面，都不是絕對理想的表面。既存在宏觀幾何形狀誤差既存在宏觀幾何形狀誤差，又存在微觀表面粗糙度、波度又存在微觀表面粗糙度、波度第一節第一節 加工表面質量及其對使用性能的影響加工表面質量及其對使用性能的影響表面質量表面質量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力學表面物理力學性能的變

3、化性能的變化表面微觀幾表面微觀幾何形狀特征何形狀特征表面層冷作硬化表面層冷作硬化表面層殘余應力表面層殘余應力表面層金相組織的變化表面層金相組織的變化紋理方向紋理方向（一）（一） 加工后表面形狀，總是以加工后表面形狀，總是以“峰峰”、“谷谷”的形式偏離其的形式偏離其理想光滑表面。按偏離程度有理想光滑表面。按偏離程度有宏觀和微觀宏觀和微觀之分。之分。波距：峰與峰或谷與谷間的距離，波距：峰與峰或谷與谷間的距離， 以以L表示；表示；波高：峰與谷間的高度，以波高：峰與谷間的高度，以H 表示。表示。 波距與波高波距與波高L/H1000時，屬于宏觀幾何形狀誤差；時，屬于宏觀幾何形狀誤差；L/H0.15mm/

4、r，進給量對表面粗糙度影響大； 當f0.15mm/r，則f的進一步減小，不能引起表面粗糙度明顯下降； 當f0.02mm/r時，表面粗糙度主要取決于被加工面的金屬塑性變形。 V愈高，切削過程中切屑和加工表面的塑性變形程度就愈輕，粗糙度愈小；刀瘤和鱗刺都是在較低速度范圍內產生，V愈高可防止刀瘤和鱗刺的產生。提高切削速度既有利于降低表面粗糙度，又有利于提高生產率。 加工脆性材料時，切削速度對表面粗糙度影響不大。比加工塑性材料容易達到表面粗糙度要求。 切削深度對表面粗糙度的影響不大，但由于刀刃存在圓角半徑，當切削深度小到一定程度后，不能進行正常切削，會出現刀具擠壓打滑等現象，從而使表面粗糙度增大。 韌

5、性較大的塑性材料加工后表面粗糙度大，脆性材料其加工粗糙度比較接近理論粗糙度。 對于同種材料，晶粒組織愈粗大，加工后粗糙度也愈大，為減小加工后的粗糙度,常在切削加工前進行調質或正火處理，以獲得均勻細密的晶粒組織。 前角r0 增大，則塑性變形小、粗糙度小；r0為負，塑性變形大、粗糙度大。 不同刀具材料，其化學成分不同，其硬度、刀具材料與工件材料的親和程度、以及前后刀面與切屑和已加工表面的磨擦系數不同。 硬質合金刀具加工所得的表面粗糙度比高速鋼刀具加工所獲得的小，金剛石刀具加工所得的表面粗糙度比硬質合金刀具加工所得的還要小。1）金剛石強度和硬度高，在高溫下能保持其性能。刃口鋒利，在切削過程中，其刀尖

6、圓角半徑和刃口半徑保持不變。2）金剛石與金屬材料的親和力小，加工中不會產生積屑瘤。3）金剛石刀具前后刀面的摩擦系數小，加工時的切削力及表層金屬的塑性變形小，有利于降低表面粗糙度。 降低表面粗糙度措施 合理選擇刀具的幾何角度，適當增大刀具前角和刃傾角，提高刀具的刃磨質量，降低前刀面和后刀面的表面粗糙度，選擇合適冷卻潤滑液，提高潤滑效果（可以抑制刀瘤和鱗刺的產生），均有利于降低表面粗糙度。 在影響表面粗糙度的幾何因素和物理因素中，何者占主導地位，這取決于不同情況。加工脆性材料以幾何因素為主；而加工塑性材料、特別是韌性大的材料，以物理因素為主。 與車削不同，磨削加工表面是由砂輪上大量磨粒刻劃出無數極

7、細的溝槽所形成，每單位面積上的刻痕數愈多，即通過單位面積的磨粒數愈多，刻痕的等高性越好，則粗糙度愈小。 磨削表面粗糙度與幾何因素、物理因素和振動有關。（一）幾何因素的影響： 1、磨削用量對表面粗糙度的影響、磨削用量對表面粗糙度的影響 1）砂輪的速度：）砂輪的速度： 提高砂輪速度，單位時間內通過被加提高砂輪速度，單位時間內通過被加工表面的磨粒數越多，同時塑性變形造成的隆起量隨砂輪工表面的磨粒數越多，同時塑性變形造成的隆起量隨砂輪速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。 2）工件速度和進給量的影響 提高工件速度和進給量,單位時間內通過被磨表面的磨粒數減少，會

8、增大表面粗糙度；3）磨削深度）磨削深度 增大磨削深度，將增加塑性變形程度，從而增大磨削深度，將增加塑性變形程度，從而增大粗糙度增大粗糙度。： 1）砂輪的粒度愈細，則砂輪工作面的單位面積上的磨粒愈多，在工件上的刻痕愈密愈細，所以粗糙度愈小。因此，選擇粒度號大的砂輪有利于降低表面粗糙。 但如果但如果粒度號過大，則只能采用很小的磨削深度粒度號過大，則只能采用很小的磨削深度，還，還需要很長時間的空行程，否則砂輪容易堵塞，造成表面燒需要很長時間的空行程，否則砂輪容易堵塞，造成表面燒傷。一般磨削其粒度號不超過傷。一般磨削其粒度號不超過80，常用，常用46-60號。號。 2）砂輪的修整： 如果砂輪工作表面修

9、整不好，則表面上的磨粒不處在同一高度，其中高度較低的磨粒不能起到磨削作用，加工時會使單位面積上的磨粒數減少，從而增大表面粗糙度。因此在磨削加工最后幾次行程前，應精細修整砂輪。 砂輪修整時導程和切深越小，磨粒的微刃等高性越好，相當于選用大粒度號砂輪，磨削表面粗糙度越小。 砂輪修整時常用金剛石修整器。 在磨削過程中，通常在開始時采用較大的磨削深度，以提高生產率而最后采用小切深或無進給磨削以降低粗糙度。 由于磨削速度比切削加工的速度高很多，且磨粒大多為負前角，磨削比壓大，磨削區域的溫度很高（有時達900度）工件容易產生相變而燒傷，同時產生比切削加工更大的塑性變形，增大表面粗糙度。1、磨削用量 1）砂

10、輪的速度： 砂輪速度越高，工件材料來不及塑性變形，因而表面層金屬的塑性變形減小，表面粗糙度將明顯減小； 2）工件速度：工件速度增加，塑性變形增加，表面粗糙度增大； 3）進給量：進給量增大，塑性變形增大，表面粗糙度增大 粒度、硬度、組織和材料對磨削表面粗糙度影響很大。 粒度：粒度越細，磨削表面粗糙度越小，但如果磨粒太小，砂輪容易堵塞，引起表面燒傷，使表面粗糙度增大。 硬度：砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下從砂輪表面上脫落的難易程度。砂輪太硬，鈍化了的磨粒不能及時被新磨粒替代，使表面粗糙度增大；砂輪太軟，磨粒易脫落，磨削作用減弱，也會使表面粗糙度增大。 組織：指磨粒、結合劑和氣孔的比例關系。組織細

11、密，能獲得高精度和較小表面粗糙度，組織疏松，不易堵塞，適于磨削軟金屬材料，如：磁鋼、不銹鋼和耐熱鋼。 材料：氧化物（剛玉）砂輪用于磨鋼類零件；碳化物砂輪（碳化硅）用于磨鑄鐵和硬質合金等材料，人造金剛石和立方氮化硼，可獲得很少的表面粗糙度，但成本較高。 在切削力和切削熱作用下，加工表面的機械物理性能會在切削力和切削熱作用下，加工表面的機械物理性能會發生變化，與基體材料性能有很大不同，主要變化：發生變化，與基體材料性能有很大不同，主要變化：表層表層金相組織的變化，微觀硬度變化和在表層中產生殘余應力。金相組織的變化，微觀硬度變化和在表層中產生殘余應力。一、加工表面的冷作硬化一、加工表面的冷作硬化 冷

12、作硬化冷作硬化：在切削（磨削）過程中，如果加工表面層產生：在切削（磨削）過程中，如果加工表面層產生的塑性變形使的塑性變形使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并產，并產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料表層強度和硬度生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料表層強度和硬度提高，這種現象稱冷作硬化。提高，這種現象稱冷作硬化。 冷硬的結果冷硬的結果：變形阻力增大、塑性降低，導電性、導熱性：變形阻力增大、塑性降低，導電性、導熱性發生變化。發生變化。冷作硬化的評定指標：冷作硬化的評定指標：1）表層金屬的顯微硬度，用HV表示2）硬化層深度h3）硬化程度N%10000HVHVHV

13、N 硬化程度越大，則硬化層的深度越大。硬化程度取決于硬化程度取決于： 1）產生塑性變形的力產生塑性變形的力： 力越大，塑性變形越大，硬化程度越大。力越大，塑性變形越大，硬化程度越大。 2）變形速度變形速度： 變形速度越快，變形越不充分，硬化程度越小。變形速度越快，變形越不充分，硬化程度越小。 3）變形溫度變形溫度： 變形的溫度影響金相組織的恢復，當溫度在變形的溫度影響金相組織的恢復，當溫度在0.250.3T范圍，產生恢復現象，部分消除冷作硬化。范圍，產生恢復現象，部分消除冷作硬化。 1、切削用量的影響、切削用量的影響 切削用量中以切削用量中以f 、 V影響最大影響最大 f增大，切削力增大，塑性

14、變形程度也增大增大，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化，因此硬化現象增大，但在現象增大，但在f較小時刀刃園角在表面上擠在使硬化增加。較小時刀刃園角在表面上擠在使硬化增加。 V增大，則硬化層的深度和硬度都減小增大，則硬化層的深度和硬度都減小，因為，因為V增大會增大會使溫度增高有助于冷硬的回復，同時使溫度增高有助于冷硬的回復，同時V增大，使刀具與工增大，使刀具與工件的接觸時間縮短，塑性變形減少；件的接觸時間縮短，塑性變形減少；切削深度對表面切削深度對表面層金屬的冷作硬層金屬的冷作硬化影響不大。化影響不大。 2、刀具幾何形狀的影響、刀具幾何形狀的影響 刀具前角減小，刃口圓角和后刀面的磨損量增大

15、時，刀具前角減小，刃口圓角和后刀面的磨損量增大時，冷作硬化程度和深度增大。冷作硬化程度和深度增大。 刃口圓角半徑增大，則徑向切削分力增大，塑性變形刃口圓角半徑增大，則徑向切削分力增大，塑性變形加劇，引起冷硬增大加劇，引起冷硬增大. 前角增大、切削力減小，塑性變形減小前角增大、切削力減小，塑性變形減小, 冷硬減小冷硬減小 刀具磨損對表層金屬冷硬影響很大。后刀面磨損量小刀具磨損對表層金屬冷硬影響很大。后刀面磨損量小時，隨磨損增大冷硬增大，磨損量很大時，軟化作用增強。時，隨磨損增大冷硬增大，磨損量很大時，軟化作用增強。 3、被加工材料性能的影響、被加工材料性能的影響 材料的塑性越大、硬度越低，則材料

16、冷硬越嚴重。材料的塑性越大、硬度越低，則材料冷硬越嚴重。 碳鋼含碳量越高，強度越大，其塑性越小，冷硬越輕。碳鋼含碳量越高，強度越大，其塑性越小，冷硬越輕。 有色金屬，熔點低，易弱化，其冷作硬化比鋼輕得多。有色金屬，熔點低，易弱化，其冷作硬化比鋼輕得多。減少切削加工表面冷作硬化的措施1）合理選擇刀具角度，前角大，刃口半徑小。2）限制后刀面的磨損。3）合理選擇切削用量，V大f小。4）進行有效冷卻。1、工件材料性能的影響、工件材料性能的影響 從材料塑性和導熱性兩個方面考慮從材料塑性和導熱性兩個方面考慮 磨高碳鋼：硬化程度磨高碳鋼：硬化程度60-65%，個別達，個別達100%。塑性差。塑性差 磨純鐵：

17、硬化程度磨純鐵：硬化程度75-80%，可達，可達140-150%。因為塑性好，導。因為塑性好，導熱性好，弱化傾向小。熱性好，弱化傾向小。2、磨削用量的影響、磨削用量的影響背吃刀量：背吃刀量：吃刀量大，磨削力大，塑性變形加劇，冷硬增大吃刀量大，磨削力大，塑性變形加劇，冷硬增大縱向進給速度：縱向進給速度：進給速度大，切屑的厚大，磨削力，冷硬增大；進給速度大，切屑的厚大，磨削力，冷硬增大；另一方面，溫度升高，弱化作用增強。兩者綜合作用。另一方面，溫度升高，弱化作用增強。兩者綜合作用。工件轉速工件轉速：轉速增大，接觸時間短，弱化的能力降低，冷硬增大。：轉速增大，接觸時間短，弱化的能力降低，冷硬增大。磨

18、削速度磨削速度：砂輪速度增大：砂輪速度增大,切削厚度減小，磨削溫度升高，冷硬降切削厚度減小，磨削溫度升高，冷硬降低。低。 3、砂輪粒度的影響 粒度越大，每顆磨粒的載荷減小，冷硬減小。（四）冷作硬化的測量方法 主要測量表層的顯微硬度和硬化層深度，硬化程度可通過計算得出。 顯微硬度：顯微硬度計 （一）、機械加工表面金相組織的轉變 加工過程消耗的能量絕大多數轉化成熱能, 在切削熱作用下，表面溫度會高，當溫度升高到一定程度后則產生金相組織變化。切削加工一般不會嚴重到如此程度，但對磨削來說由于消耗的功率大，可能出現這種情況。1、磨削溫度 磨削時，速度高，磨粒帶有很大的負前角，除起切削作用外，還括擦擠壓工

19、件表面，因而產生的磨削熱比切削時大得多，加上有80%的磨削熱傳入工件，只有少部分通過切屑、砂輪、冷卻液帶走，而切削時只有約5%的熱量進入工件，致使磨削時工件表面溫度比切削時高得多。 磨削表層溫度一般高達500600有時甚至達700以上，這樣工件表面層產生金相組織變化，并使表層金屬硬度下降，并呈現氧化膜顏色，這種現象稱磨削燒傷。 淬火鋼磨削可能產生三種燒傷：淬火鋼磨削可能產生三種燒傷：回火燒傷：回火燒傷：當磨削區溫度沒有超過相變溫度但超過馬氏體轉當磨削區溫度沒有超過相變溫度但超過馬氏體轉變溫度（變溫度（250300）時，馬氏體轉變成回火或索氏體）時，馬氏體轉變成回火或索氏體等與回火退火相近的組織

20、，硬度低于回火馬氏體。等與回火退火相近的組織，硬度低于回火馬氏體。淬火燒傷：淬火燒傷：當磨削區溫度超過相變臨界溫度（當磨削區溫度超過相變臨界溫度（720）時，）時，馬氏體轉變成奧氏體，又由于冷卻液的急劇冷卻，會發生馬氏體轉變成奧氏體，又由于冷卻液的急劇冷卻，會發生二次淬火現象，其硬度比回火馬氏體的硬度高。二次淬火現象，其硬度比回火馬氏體的硬度高。退火燒傷：如果不用冷卻液進行干磨，如溫度超過相變臨界溫度，由于冷卻速度較慢，表面硬度下降。 表面燒傷以后在光線的照射下呈一定的顏色，從燒傷色可以判斷出表面層發生金相組織變化的程度。褐色、紫色、青色都是淬火燒傷。黃、淺黃回火燒傷。 但表面沒有燒傷顏色并不

21、等于表面不存在損傷。如在磨削中，采用過大的磨削用量，造成很深的熱變質層，以后的無進給磨削僅磨去表面燒傷色，但還并不意味著這層金屬沒有燒傷。 燒傷主要原因是磨削區域中溫度過高。為此應盡量燒傷主要原因是磨削區域中溫度過高。為此應盡量減少磨削時產生的磨削熱，并迅速將磨削熱傳走，以降減少磨削時產生的磨削熱，并迅速將磨削熱傳走，以降低工件表層溫度。措施如下：低工件表層溫度。措施如下：1、正確選擇砂輪、正確選擇砂輪 對于導熱性差的材料對于導熱性差的材料，如耐熱鋼、軸承鋼和不銹鋼，如耐熱鋼、軸承鋼和不銹鋼，容易產生燒傷，容易產生燒傷，應選擇較軟的砂輪，使磨粒鈍化后盡快應選擇較軟的砂輪，使磨粒鈍化后盡快脫離脫

22、離。同時可選擇具有一定彈性的結合劑（如橡膠結合。同時可選擇具有一定彈性的結合劑（如橡膠結合劑或樹脂結合劑），也可避免燒傷。劑或樹脂結合劑），也可避免燒傷。2、合理選擇磨削用量、合理選擇磨削用量 在磨削過程中，當增大磨削深度、砂輪轉速和工件轉在磨削過程中，當增大磨削深度、砂輪轉速和工件轉速時，均會引起表面溫度升高。其中，速時，均會引起表面溫度升高。其中，磨削深度影響最磨削深度影響最顯著，應減少磨削切深顯著，應減少磨削切深。 工件轉速越大，表面的溫度梯度越大，發生高溫的表面層越薄。 由于金相組織轉變需要一定時間，提高工件轉速后，工件與砂輪的接觸時間會極短，而一出磨削區域，馬上冷卻，故一般來不及回火

23、。 在加工中，如果出現燒傷層很薄，在以后的無進在加工中，如果出現燒傷層很薄，在以后的無進給磨削中會將其磨去。因此，問題不在于是否存在燒傷，給磨削中會將其磨去。因此，問題不在于是否存在燒傷，而在于燒傷到底有多厚。而在于燒傷到底有多厚。 所以所以提高工件速度有利于減輕表面的燒傷提高工件速度有利于減輕表面的燒傷。但提。但提高工件轉速后，會影響表面粗糙度，高工件轉速后，會影響表面粗糙度，故在生產中采用同故在生產中采用同時提高砂輪與工件速度的方法來防止燒傷。時提高砂輪與工件速度的方法來防止燒傷。3、改善冷卻條件、改善冷卻條件 1ml水變成水蒸汽可帶走水變成水蒸汽可帶走2512J.磨削區每秒的發熱磨削區每

24、秒的發熱量在量在4187J以下，如果冷卻水能進入到磨削區域，可避以下，如果冷卻水能進入到磨削區域，可避免燒傷。免燒傷。（1）用高壓大流量冷卻。）用高壓大流量冷卻。（2）為減輕高速旋轉砂輪表面高壓附著氣流的作用，可加）為減輕高速旋轉砂輪表面高壓附著氣流的作用，可加裝空氣擋板。裝空氣擋板。（3）采用內冷卻，砂輪是多孔的，具有滲水能力。）采用內冷卻，砂輪是多孔的，具有滲水能力。 因有水霧，工人操作條件差，且看不到火花，不便于因有水霧，工人操作條件差，且看不到火花，不便于磨削對刀。磨削對刀。4、選用開槽砂輪 增大磨削刃距離，使砂輪與工件間斷接觸，不僅改善散熱條件，提高冷卻效果，可大大減小燒傷。 在切削

25、和磨削加工中，加工表面層因發生形狀、體積在切削和磨削加工中，加工表面層因發生形狀、體積或金相組織變化，使表層產生相互平衡的殘余應力。或金相組織變化，使表層產生相互平衡的殘余應力。（一）表層金屬產生殘余應力的原因（一）表層金屬產生殘余應力的原因1、表層金屬冷塑性變形所引起的殘余應力、表層金屬冷塑性變形所引起的殘余應力 1）加工過程中，因塑性變形會發生晶格移動，原來）加工過程中，因塑性變形會發生晶格移動，原來的緊密排列受到破壞，引起的緊密排列受到破壞，引起容積增大比重下降，從而在容積增大比重下降，從而在表層產生殘余壓應力，里層產生殘余拉應力表層產生殘余壓應力，里層產生殘余拉應力。 2）在切削力作用

26、下，已加工表面層受拉應力產）在切削力作用下，已加工表面層受拉應力產生伸長塑性變形，而里層仍處于彈性狀態，切削生伸長塑性變形，而里層仍處于彈性狀態，切削力去除后里層金屬趨于復原，但力去除后里層金屬趨于復原，但受到已塑性變形受到已塑性變形的表層限制，不能回復到原狀，因而在表面層產的表層限制，不能回復到原狀，因而在表面層產生殘余壓應力生殘余壓應力，里存為拉應力。，里存為拉應力。2、局部溫升過高而引起的殘余應力、局部溫升過高而引起的殘余應力 加工過程產生大量切削熱。表層產生熱膨脹，而基體加工過程產生大量切削熱。表層產生熱膨脹，而基體溫度較低，因此表層膨脹受基體的限制產生熱壓縮應力，溫度較低，因此表層膨

27、脹受基體的限制產生熱壓縮應力，當表層溫度超過彈性變形范圍就產生塑性變形（相對壓當表層溫度超過彈性變形范圍就產生塑性變形（相對壓縮）；當切削結束以后，溫度下降，體積要收縮，當進入縮）；當切削結束以后，溫度下降，體積要收縮，當進入彈性狀態時，表層因產生熱塑變形，其收縮會受到基體限彈性狀態時，表層因產生熱塑變形，其收縮會受到基體限制，故在表層產生拉應力，而在里層產生壓應力。制，故在表層產生拉應力，而在里層產生壓應力。 當表層的殘余拉應力超過材料的強度極限時，表面會當表層的殘余拉應力超過材料的強度極限時，表面會產生裂紋。產生裂紋。 故在磨削加工中表面容易出現裂紋。故在磨削加工中表面容易出現裂紋。 切削

28、熱使表層金屬溫度升高，甚至達到相變溫度，因切削熱使表層金屬溫度升高，甚至達到相變溫度，因不同組織比重不同，相變的結果會造成體積變化，體積膨不同組織比重不同，相變的結果會造成體積變化，體積膨脹則產生殘余壓應力脹則產生殘余壓應力，體積縮小則產生殘余拉應力體積縮小則產生殘余拉應力。 如：馬氏體密度為如：馬氏體密度為7.75 g/cm3，奧氏體密度為，奧氏體密度為7.96 g/cm3， 珠光體密度為珠光體密度為7.78 g/cm3，鐵索體密度為，鐵索體密度為7.88 g/cm3；以淬火鋼磨削為例淬火鋼原來的組織是馬氏體淬火鋼原來的組織是馬氏體7.75 g/cm3磨削加工后磨削加工后表層可能產生回火，馬

29、氏體變為珠光體可能產生回火，馬氏體變為珠光體7.78 g/cm3密度增大而體積減小密度增大而體積減小表面產生殘余拉應力表面產生殘余拉應力導致導致結果結果 表面殘余應力是上述三個方面綜合作用的結果，在一定條件下，其中一種兩種原因可能起主導作用。 切削加工中，如果切削熱不高，以冷塑性變形為主表層產生壓應力，如果切削熱較高以后在表層中產生熱塑性變形。熱塑拉應力與冷塑壓應力抵銷一部分。 當冷塑占主導地位表面層產生殘余壓應力。 當熱塑占主導地位表面層產生殘余拉應力。 在磨削時，一般磨削熱較高，常以相變和熱塑性變形產生的拉應力為主，所以表面層常帶有殘余拉應力。 4、機械加工后表面層的實際殘余應力 1、切削

30、速度和被加工材料的影響、切削速度和被加工材料的影響 45#鋼，在各種切削速度下均產生殘余拉應力，說鋼，在各種切削速度下均產生殘余拉應力，說明切削熱起主要作用。明切削熱起主要作用。 18CrNiMoA在切削速度較低時產生殘余拉應力在切削速度較低時產生殘余拉應力（切削熱起主要作用），在高速切削時產生殘余壓應（切削熱起主要作用），在高速切削時產生殘余壓應力（發生了金相組織轉變）。力（發生了金相組織轉變）。1、磨削用量的影響1）磨削深度（背吃刀量） 磨純鐵，吃刀量很少時，以塑性變形為主，產生為壓力應；吃刀量增大，溫度影響為主要因素，為拉應力；再增大，塑性變形加劇，又為壓力。2）磨削速度 增大砂輪速度，

31、產生拉應力的傾向增大。 增大工件轉速和進給速度，熱因素的影響減小，而塑性變形的影響增大，產生壓應力趨勢增大。2、工件材料的影響 工件材料的強度越高，導熱性越差，塑性越低，在磨削時越容易產生殘余拉應力。1）受交變載荷的零件，最終工序選擇可產生殘余壓應力的加工方法2）對相對滑動的零件，從提高零件抵抗滑動摩擦引起的磨損來考慮，最終工序選擇可產生殘余拉應力的加工方法。從抵抗擴散磨損、化學磨損、粘接磨損來考慮，殘余應力的性質無特殊要求，但殘余應力的數值越小越好。3）對相對滾動的零件，從提高搞滾動磨損能力來考慮，最終工序選擇可產生殘余壓應力的加工方法。 工件的殘余應力直接影響到其工作性能。因此最終工序加工

32、方法的選擇，須考慮零件具體工作條件及零件可能產生的破壞形式。 通過冷壓加工使表面層金屬發生冷態塑性變形，以通過冷壓加工使表面層金屬發生冷態塑性變形，以降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面層中產生殘余降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面層中產生殘余壓應力壓應力。強化工藝可提高零件抗疲勞強度和使用壽命，借。強化工藝可提高零件抗疲勞強度和使用壽命，借助強化工藝還可以用次等材料代替優質材料。助強化工藝還可以用次等材料代替優質材料。 常用表面強化工藝方法有：常用表面強化工藝方法有：噴丸、滾壓、輾光噴丸、滾壓、輾光 用壓縮空氣或離心力將大量的珠丸用壓縮空氣或離心力將大量的珠丸(直徑為直徑為0.4 4m

33、m)以高速打擊以高速打擊被加工零件表面，使表面產生冷硬層和殘余壓應力，可以顯著提高零被加工零件表面，使表面產生冷硬層和殘余壓應力，可以顯著提高零件的疲勞強度。珠丸可以是鑄鐵或砂石，鋼丸更好。噴丸所用設備是件的疲勞強度。珠丸可以是鑄鐵或砂石，鋼丸更好。噴丸所用設備是壓縮空氣噴丸裝置或機械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以壓縮空氣噴丸裝置或機械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以35 50ms的速度噴出。的速度噴出。珠丸(直徑為0.4 4mm)高速(35 50 m/s)打擊被加工零件表面使表面產生冷硬層和殘余壓應力方法概要 噴九主要用于強化形狀復雜零件，如齒輪、彈簧、連桿、曲軸噴九主要用于強化形狀復

34、雜零件，如齒輪、彈簧、連桿、曲軸等。零件經噴九強化后，硬化層深度可達等。零件經噴九強化后，硬化層深度可達0.7mm，表面租糙度，表面租糙度Ra值可由值可由3.2 減少到減少到0.4 ，使用壽命可提高幾倍到幾十倍。，使用壽命可提高幾倍到幾十倍。應用 用用工具鋼制成的鋼滾輪或鋼珠在零件表面上進行工具鋼制成的鋼滾輪或鋼珠在零件表面上進行滾壓、輾光，使表層材料產生塑性流動，從而形成新的滾壓、輾光，使表層材料產生塑性流動，從而形成新的光潔表面光潔表面。粗糙度。粗糙度Ra從從1.6降至降至0.1um將表面凸起部分將表面凸起部分往下壓，凹下的部分往上擠，修正微觀誤差，形成殘余往下壓，凹下的部分往上擠，修正微

35、觀誤差，形成殘余壓應力達到表面強化的目的。壓應力達到表面強化的目的。F 硬度提高硬度提高1040% 疲勞強度提高疲勞強度提高3050%。 該方法使用簡單，無需特該方法使用簡單，無需特殊設備，在普通車床、鏜床、殊設備，在普通車床、鏜床、鉆床、刨床上即可進行。鉆床、刨床上即可進行。 光整加工方法主要光整加工方法主要是降低表面粗糙度是降低表面粗糙度，而尺寸精度一般由而尺寸精度一般由前道工序保證。前道工序保證。利用磨粒切除金屬，但是沒有與磨削深度相對利用磨粒切除金屬，但是沒有與磨削深度相對應的參數，一般只規定加工時的壓強。應的參數，一般只規定加工時的壓強。（一）超精加工（一）超精加工 也稱超精研，是一

36、種也稱超精研，是一種降低表面粗糙度的一種有效方法降低表面粗糙度的一種有效方法。1、工作原理 超精研是用細粒度的磨條，在一定壓力和切削速度下壓在被加工表面上并作軸向往復振蕩，從而進行微量切除的光整加工方法。包括三種運動：工件回轉、磨條軸向進給和磨條往復振擺運動。分為四個階段：分為四個階段： 1）強烈切削階段強烈切削階段：開始時表面粗糙凸峰處：開始時表面粗糙凸峰處 比壓大，切削作用強磨粒易產生破碎脫落，磨粒切刃鋒利。比壓大，切削作用強磨粒易產生破碎脫落，磨粒切刃鋒利。2）正常切削階段正常切削階段：粗糙部分磨去后，油石磨粒不易破碎脫落，：粗糙部分磨去后，油石磨粒不易破碎脫落，但仍有切削作用，隨著加工

37、的進行，工件表面逐漸平滑。但仍有切削作用，隨著加工的進行，工件表面逐漸平滑。3）微弱切削階段微弱切削階段：此時磨粒進變鈍，切削作用微弱，切下的微：此時磨粒進變鈍，切削作用微弱，切下的微細切屑嵌在油石中起拋光作用。細切屑嵌在油石中起拋光作用。4）自動停止切削階段：自動停止切削階段：表面磨平后，單位面積上的壓力極低，表面磨平后，單位面積上的壓力極低，磨條與工件之間形成油膜，切削作用停止。磨條與工件之間形成油膜，切削作用停止。1）與磨削比，）與磨削比，壓力和速度均比較低，表面幾乎不產壓力和速度均比較低，表面幾乎不產生變質層生變質層。2）稍有修正上道工序幾何形狀誤差和振動波紋的能稍有修正上道工序幾何形

38、狀誤差和振動波紋的能力，但修正尺寸誤差的能力差。力，但修正尺寸誤差的能力差。3）加工效率高，加工效率高，一般零件幾分鐘可完成，太長時間一般零件幾分鐘可完成，太長時間對加工質量不會有好處。對加工質量不會有好處。4）油石與工件沒有剛性聯系，故所機床簡單油石與工件沒有剛性聯系，故所機床簡單。 研磨是一種光整加工和精密加工方研磨是一種光整加工和精密加工方法。當采用精密的定型研磨工具時，可法。當采用精密的定型研磨工具時，可獲得很高的尺寸精度和形狀精度。獲得很高的尺寸精度和形狀精度。1、工作原理、工作原理 將將研磨劑涂研磨劑涂 （干式）或澆注在研具與工件（干式）或澆注在研具與工件間，工件與研具在一定壓力下

39、作不斷變更方向的間，工件與研具在一定壓力下作不斷變更方向的相對運動。磨粒在工件表面切除微量的金屬層。相對運動。磨粒在工件表面切除微量的金屬層。精度達精度達5級以上，粗糙度級以上，粗糙度Ra0.16um2、研磨類型、研磨類型 手工研磨和機械研磨手工研磨和機械研磨。 (應用實例：機械密封）應用實例：機械密封）3、研磨加工的特點、研磨加工的特點 1）所有研具均用較軟的材料制成。）所有研具均用較軟的材料制成。 2）研磨加工既有機械加工作用，也有化學作用。）研磨加工既有機械加工作用，也有化學作用。 3）磨粒很少重復運動軌跡）磨粒很少重復運動軌跡 4）可獲得很高的尺寸精度和很低的表面粗糙度，還可提）可獲得

40、很高的尺寸精度和很低的表面粗糙度，還可提高形狀精度。高形狀精度。4、研具、研具 研具的材料較軟，研具的材料較軟，一般選用比工件材料軟且具有均一般選用比工件材料軟且具有均勻組織的材料作研具。勻組織的材料作研具。如鑄鐵（最常用）、銅、鋁、巴氏如鑄鐵（最常用）、銅、鋁、巴氏合金等。銅、鋁因容易嵌入較大的磨粒，適用于粗研；合金等。銅、鋁因容易嵌入較大的磨粒，適用于粗研；鑄鑄鐵適用于精研。鐵適用于精研。 研磨劑由磨料和研磨液混合而成。 研磨液是由煤油與機油按1：1的比例混合而成。 磨料：金剛石粉、碳化硼（研磨硬質合金）；氧化鉻、氧化鐵（粗糙度要求低的表面）；碳化硅、氧化鋁(常用)。1）研磨速度低，塑性變形小，切削熱量小，變形層薄。2）不但可改善加工表面的表面質量，還可以得到很高的尺寸精度和