機械加工表面質量分析第一節機械加工表面質量的含義及其對零件一、機械加工表面質量的含義

圖5-1機械加工表面質量分析

表面質量的含義有兩方面內容。1、表面的幾何特征

圖5-2（1）表面粗糙度（2）表面波度（3）紋理方向

機械加工表面質量分析

2、表面層物理力學性能

由于機械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的物理力學性能和化學性能發生一定的變化，主要表現在以下幾個方面：1）表面層加工硬化（冷作硬化）。2）表面層金相組織變化。3）表面層產生殘余應力。

機械加工表面質量分析二、機械加工表面質量對零件使用性能的影響

1、表面質量對零件耐磨性的影響

零件的磨損可分為三個階段：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段。

圖5-3圖5-4機械加工表面質量分析圖5-5機械加工表面質量分析

2、表面質量對零件疲勞強度的影響

在交變載荷作用下，零件表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷最易形成應力集中，并發展成疲勞裂紋，導致零件疲勞破壞。

表面殘余應力對疲勞強度的影響極大。

表面層的加工硬化對疲勞強度也有影響。 3、表面質量對零件耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度值。

表面殘余應力對零件耐蝕性也有較大影響。

機械加工表面質量分析

4、表面質量對配合性質的影響

相配零件間的配合關系是用過盈量或間隙值來表示的。對間隙配合而言，表面粗糙度值太大，會使配合表面很快磨損而增大配合間隙，改變配合性質，降低配合精度。對過盈配合而言，裝配時配合表面的波峰被擠平，減小了實際過盈量，降低了連接強度，影響了配合的可靠性。所以對有配合要求的表面都要求有較小的表面粗糙度值。

表面殘余應力會引起零件變形，使零件形狀和尺寸發生變化，因此對配合性質也有一定的影響。

機械加工表面質量分析三、表面完整性的概念

表面完整性的內容主要有：(1)表面形貌

(2)表面缺陷

(3)微觀組織與表面層的冶金化學特性1)微觀裂紋。2)微觀組織變化，包括晶粒大小和形狀、析出物和再結晶等的變化。3)晶間腐蝕和化學成分的優先溶解。4)對于氫氧等元素的化學吸收作用所引起的脆性等。

(4)表面層物理力學性能

(5)表面層其他工程技術特性機械加工表面質量分析第二節影響表面粗糙度的工藝因素及其改善措施一、切削加工的表面粗糙度 1、幾何因素

圖5-6機械加工表面質量分析 2、物理因素

影響切削加工表面粗糙度的物理因素：（1）工件材料的影響（2）刀具幾何參數的影響（3）切削用量的影響（4）刀具材料與

刃磨質量的影響（5）冷卻潤滑

液的影響圖5-7圖5-8機械加工表面質量分析(3)與加工條件有關的因素

包括磨削用量、冷卻條件及工藝系統的精度與抗振性等。

圖5-11機械加工表面質量分析第三節影響零件表面層物理力學性能的因素及其改善措施一、表面層的加工硬化 1、加工硬化的產生及衡量指標

在機械加工過程中，工件表面層金屬受切削力的作用，產生強烈的塑性變形，使金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長、纖維化甚至破碎而引起的表面層的強度和硬度增加，塑性降低，物理性能(如密度、導電性、導熱性等)也有所變化。這種現象稱為加工硬化，又稱為冷作硬化或強化。切削熱在一定條件下會使金屬在塑性變形中產生回復現象，使金屬失去加工硬化中所得到的物理力學性能，這種現象稱為弱化。

機械加工表面質量分析

衡量加工硬化的指標有下列三項：1)表面層的顯微硬度HV。2)硬化層深度〖WT5BX〗h0。3)硬化程度N。 2、影響加工硬化的因素1)切削力越大，塑性變形越大，硬化程度和硬化層深度也越大。2)切削溫度越高，則弱化作用增大，使冷硬作用減小。3)被加工材料的硬度低、塑性好，則切削時塑性變形越大，冷硬現象就越嚴重。

機械加工表面質量分析二、表面層的殘余應力 1、表面層殘余應力產生的原因

表面層殘余應力的產生，主要有以下三種原因:（1）冷態塑性變形引起的殘余應（2）熱態塑性變形引起的殘余應力（3）金相組織變化引起的殘余應力

2、影響表面層殘余應力及磨削裂紋的因素

機械加工表面質量分析圖5-12圖5-13機械加工表面質量分析

磨削裂紋和殘余應力有著密切的關系，當殘余應力超過材料的強度極限，材料表面就會產生裂紋。影響產生磨削裂紋的因素很多，主要是圍繞著“熱”。圖5-14機械加工表面質量分析三、表面層金相組織變化與磨削燒傷 1、表面層金相組織變化與磨削燒傷原因

磨淬火鋼時，在工件表面層上形成的瞬時高溫將使表面金屬產生以下三種金相組織變化：1)如果工件表面層溫度未超過相變溫度Ac3(一般中碳鋼為720℃)，但超過馬氏體的轉變溫度(一般中碳鋼為300℃)，這時馬氏體將轉變為硬度較低的回火托氏體或索氏體，這稱為回火燒傷。2)當工件表面層溫度超過相變溫度Ac3，如果這時有充分的切削液，則表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，但很薄，只有幾微米厚，其下為硬度較低的回火索氏體和托氏體，導致表面層總的硬度降低，這稱為淬火燒傷。機械加工表面質量分析3)當工件表面層溫度超過相變溫度Ac3，則馬氏體轉變為奧氏體，如果這時無切削液，則表面硬度急劇下降，工件表層被退火，這種現象稱為退火燒傷。

2、影響磨削燒傷的因素及其改善措施

磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷可有兩個途徑：一是盡可能減少磨削熱的產生；二是改善冷卻條件，盡量使產生的熱量少傳入工件。現將有關問題分述如下：(1)合理選擇磨削用量(2)工件材料機械加工表面質量分析(3)砂輪的選擇(4)改善冷卻條件圖5-15圖5-16機械加工表面質量分析圖5-17圖5-18機械加工表面質量分析四、提高和改善零件表面層的物理力學性能的措施

(一)零件破壞形式和最終工序的選擇

1、疲勞破壞 2、滑動磨損 3、滾動磨損圖5-19機械加工表面質量分析

(二)表面強化工藝

表面強化工藝：表面強化工藝是指在常溫下通過冷加工方法使表面層金屬發生冷態塑性變形，以減小表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面層產生殘余壓應力。 1、噴丸強化

2、滾壓加工 3、液體磨料強化圖5-20機械加工表面質量分析第四節工藝系統的振動及其控制措施一、機械加工中的振動現象

(一)機械振動的分類 1、自由振動 2、強迫振動 3、自激振動 (二)振動對機械加工的影響

主要表現在：(1)影響零件的表面質量(2)影響生產率(3)影響機床、夾具和刀具壽命(4)振動噪聲污染工作環境機械加工表面質量分析二、強迫振動

1、強迫振動產生的原因(1)系統外部的周期性激振力(2)高速回轉零件的質量不平衡引起的振動(3)傳動機構的缺陷和往復運動部件的慣性力引起的振動(4)切削過程

的間歇性 2、強迫振動的數學描述及特性圖5-21機械加工表面質量分析圖5-22機械加工表面質量分析

強迫振動的特性是：(1)強迫振動是由周期性激振力引起的，不會被阻尼衰減掉，振動本身也不能使激振力變化。(2)強迫振動的振動頻率

與外界激振力的頻率相

同，而與系統的固有頻

率無關。(3)強迫振動的幅值既與

激振力的幅值有關，又

與工藝系統的動態特性有關。圖5-23機械加工表面質量分析三、自激振動

自激振動:切削加工時，在沒有周期性外力作用的情況下，有時刀具與工件之間也可能產生強烈的相對振動，并在工件的加工表面上殘留下明顯的、有規律的振紋。這種由振動系統本身產生的交變力激發和維持的振動稱為自激振動，通常也稱為顫振。(一)自激振動的產生條件和特性

通常將自激振動看成是由振動系統(工藝系統)和調節系統(切削過程)兩個環節組成的一個閉環系統。機械加工表面質量分析圖5-24機械加工表面質量分析(二)自激振動的激振學說

1、負摩擦激振學說圖5-25機械加工表面質量分析

2、再生顫振學說圖5-26圖5-27機械加工表面質量分析

3、坐標聯系學說圖5-28圖5-29機械加工表面質量分析四、機械加工中振動的診斷方法

一般診斷步驟如下：1）拾取診斷信號，作機床工作時的頻譜圖。2）做環境試驗，查找機外振源。3）做空運轉試驗，查找機內振源。機械加工表面質量分析五、機械加工中振動的控制

機械加工中控制振動的途徑有三個方面：消除或減弱產生機械振動的條件；改善工藝系統的動態特性，增強工藝系統的穩定性；采取各種消振減振裝置。(一)消除或減弱產生強迫振動的條件1)減小激振力2)調整振源頻率3)采取隔振措施(二)消除或減弱產生自激振動的條件

1、合理選擇切削用量

圖5-30機械加工表面質量分析圖5-31圖5-32機械加工表面質量分析

2、合理選擇刀具幾何參數

圖5-33圖5-33圖5-34機械加工表面