機械制造工程學(xué) 習(xí)題答案 作者 李偉 譚豫之 第5章 機械加工表面質(zhì)量

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1、機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量授課：張俊雄授課：張俊雄中國中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院Email: Email: Mechanical Manufacturing Engineering機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量第一節(jié)第一節(jié) 表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量的概念第二節(jié)第二節(jié) 影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素第三節(jié)第三節(jié) 控制加工表面質(zhì)量的措施控制加工表面質(zhì)量的措施2機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量3機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)

2、第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量也稱表面完整性，它包也稱表面完整性，它包含兩個方面的內(nèi)容：含兩個方面的內(nèi)容：表面的幾何特征表面的幾何特征；表面層力學(xué)物理性能表面層力學(xué)物理性能。4機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量1.1.加工表面的幾何形狀加工表面的幾何形狀特征特征表面粗糙度表面粗糙度 指加工表面的微觀幾何指加工表面的微觀幾何形狀誤差。波長與波高形狀誤差。波長與波高(L3/H3)的比值小于的比值小于50。 表面波度表面波度 介于形狀誤差與表面粗介于形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性形狀誤糙度之間的周期性形狀誤

3、差。波長與波高差。波長與波高(L2/H2)的的比值一般為：比值一般為：501000。紋理方向紋理方向 指表面刀紋的方向。它取決于表面指表面刀紋的方向。它取決于表面形成所采用的機械加工方法。形成所采用的機械加工方法。5機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量2.2.加工表面的物理力學(xué)性能的加工表面的物理力學(xué)性能的變化變化表面層因塑性變形引起的加工硬化表面層因塑性變形引起的加工硬化( (冷作硬化冷作硬化) )；表面層因力或熱的作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；表面層因力或熱的作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；表面層因切削熱或磨削熱的作用引起的金相組織變化。表面層因切削熱或磨削熱的作用引起的

4、金相組織變化。6機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量1.1.對零件耐磨性的對零件耐磨性的影響影響 表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響就零件的耐磨性而言，最就零件的耐磨性而言，最佳表面粗糙度佳表面粗糙度RaRa的值在的值在0.8m0.8m0.2m0.2m之間為宜。之間為宜。 7機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 刀紋方向?qū)δ湍バ缘挠绊懙都y方向?qū)δ湍バ缘挠绊戄p載時，摩擦副表面輕載時，摩擦副表面紋理方向與相對方向紋理方向與相對方向一致時，磨損最小。一致時，磨損最小。重載時，摩擦副的兩重載時，摩擦副的兩個表

5、面紋理相垂直、個表面紋理相垂直、且運動方向平行于下且運動方向平行于下表面的紋路方向時，表面的紋路方向時，磨損最小。磨損最小。兩個表面紋理方向均兩個表面紋理方向均與運動方向垂直時，與運動方向垂直時，磨損最大。磨損最大。1.1.對零件耐磨性的對零件耐磨性的影響影響 表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響8機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 冷作硬化對耐磨性的影響冷作硬化對耐磨性的影響 刀紋方向?qū)δ湍バ缘挠绊懙都y方向?qū)δ湍バ缘挠绊?表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響1.1.對零件耐磨性的對零件耐磨性的影響影響9機械制造工程學(xué)機械制造工

6、程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 殘余應(yīng)力對耐磨性的影響殘余應(yīng)力對耐磨性的影響表面為壓應(yīng)力時，耐磨性高。表面為壓應(yīng)力時，耐磨性高。 冷作硬化對耐磨性的影響冷作硬化對耐磨性的影響 刀紋方向?qū)δ湍バ缘挠绊懙都y方向?qū)δ湍バ缘挠绊?表面粗糙度對耐磨性的影響表面粗糙度對耐磨性的影響1.1.對零件耐磨性的對零件耐磨性的影響影響10機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量2.2.對零件耐疲勞性的對零件耐疲勞性的影響影響 表面粗糙度對耐疲勞性的影響表面粗糙度對耐疲勞性的影響 殘余應(yīng)力對耐疲勞性的影響殘余應(yīng)力對耐疲勞性的影響 冷作硬化對耐疲勞性的影響冷作硬

7、化對耐疲勞性的影響表面為壓應(yīng)力時，耐疲勞性好。表面為壓應(yīng)力時，耐疲勞性好。冷作硬化程度冷作硬化程度 耐疲勞性耐疲勞性 刀紋方向?qū)δ推谛缘挠绊懙都y方向?qū)δ推谛缘挠绊?1機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量3.3.對零件耐腐蝕性的對零件耐腐蝕性的影響影響Ra值值耐腐蝕性耐腐蝕性表面壓應(yīng)力表面壓應(yīng)力表面致密表面致密耐腐蝕性耐腐蝕性12機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量4.4.對零件配合精度的影響：對零件配合精度的影響：實驗研究表明：實驗研究表明：零件尺寸大于零件尺寸大于50mm時，推薦：時，推薦：Ra=(0.10.

8、15)T零件尺寸在零件尺寸在1850mm時，推薦：時，推薦： Ra=(0.150.20)T零件尺寸小于零件尺寸小于18mm時，推薦：時，推薦： Ra=(0.200.25)T13機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量14機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量1.1.幾何幾何因素因素rrmaxctgctgfR 15機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量考慮刀尖圓弧考慮刀尖圓弧角角r8fHR2max 1.1.幾何幾何因素因素rrmaxctgctgfR 16機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第

9、5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 rr,fRa值值 考慮刀尖圓弧考慮刀尖圓弧角角r8fHR2max 1.1.幾何幾何因素因素rrmaxctgctgfR 17機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量2.2.物理物理因素因素 多數(shù)情況下是在多數(shù)情況下是在已加工表面的殘留面已加工表面的殘留面積上疊加著一些不規(guī)積上疊加著一些不規(guī)則的金屬生成物、粘則的金屬生成物、粘附物或刻痕。附物或刻痕。 形成它們的原因形成它們的原因有積屑瘤、鱗刺、振有積屑瘤、鱗刺、振動、摩擦、切削刃不動、摩擦、切削刃不平整、切屑劃傷等。平整、切屑劃傷等。 18機械制造工程學(xué)機械制造工程

10、學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量切削速度：切削速度：V RaV Ra工件材料性質(zhì)：工件材料性質(zhì)：一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙度值較大，而脆性材料加工后易得到較小的度值較大，而脆性材料加工后易得到較小的表面粗糙度值。對于同樣材料，其晶粒組織表面粗糙度值。對于同樣材料，其晶粒組織越粗大，加工表面粗糙度值越大。越粗大，加工表面粗糙度值越大。 2.2.物理物理因素因素19機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量刀具幾何形狀、材料：刀具幾何形狀、材料：前角前角Ra值值冷卻潤滑：冷卻潤滑：切削液的冷卻和潤

11、切削液的冷卻和潤滑作用能減小切削滑作用能減小切削過程中的界面摩擦，過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，降低切削區(qū)溫度，使切削區(qū)金屬表面使切削區(qū)金屬表面的塑性變形程度下的塑性變形程度下降，抑制鱗刺和積降，抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，因此屑瘤的產(chǎn)生，因此可大大減小加工表可大大減小加工表面粗糙度值。面粗糙度值。 切削速度：切削速度：V RaV Ra工件材料性質(zhì)：工件材料性質(zhì)：2.2.物理物理因素因素20機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 磨削加工時磨粒很鈍，常具有很大的負前角，會磨削加工時磨粒很鈍，常具有很大的負前角，會使加工表面產(chǎn)生嚴重的塑性變形，形成溝槽和隆起

12、，使加工表面產(chǎn)生嚴重的塑性變形，形成溝槽和隆起，增大了表面粗糙度。因此，砂輪的粒度、修整、速度增大了表面粗糙度。因此，砂輪的粒度、修整、速度和磨削切深、工件速度等都對磨削時的表面粗糙度造和磨削切深、工件速度等都對磨削時的表面粗糙度造成影響。成影響。 21機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量1.1.磨削用量磨削用量22機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量2.2.砂輪的特性砂輪的特性粒度：粒度：粒度號粒度號Ra值值砂輪的硬度：砂輪的硬度：硬度硬度難脫落難脫落Ra值值硬度硬度易脫落易脫落不易保持形狀不易保持形狀精度精度砂

13、輪的修整：砂輪的修整：修整砂輪是改善磨削表面粗糙度的修整砂輪是改善磨削表面粗糙度的重要因素，砂輪修整得越好，砂輪重要因素，砂輪修整得越好，砂輪磨粒微刃等高性越好，磨出工件的磨粒微刃等高性越好，磨出工件的表面粗糙度值越小。表面粗糙度值越小。 23機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量3.3.冷卻冷卻24機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量1.1.表面層的加工硬化表面層的加工硬化機械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭機械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生滑

14、移剪切，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，引起表面層的曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，引起表面層的強度和硬度都提高的現(xiàn)象，稱強度和硬度都提高的現(xiàn)象，稱加工硬化加工硬化。評定指標：評定指標： 表面層的顯微硬度表面層的顯微硬度 HV 硬化層深度硬化層深度 h 硬化程度硬化程度 N%100HVHVHVN00 25機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量%100HVHVHVN00 機械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭機械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長、纖維化甚至

15、碎化，引起表面層的曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，引起表面層的強度和硬度都提高的現(xiàn)象，稱加強度和硬度都提高的現(xiàn)象，稱加工硬化工硬化。評定指標：評定指標： 表面層的顯微硬度表面層的顯微硬度 HV 硬化層深度硬化層深度 h 硬化程度硬化程度 N1.1.表面層的加工硬化表面層的加工硬化26機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量影響因素：影響因素： 刀具刀具 切削用量切削用量 工件材料工件材料工件材料的硬度越工件材料的硬度越低，塑性越大時，低，塑性越大時，冷作硬化程度也越冷作硬化程度也越大。大。機械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性

16、變形，使晶格扭機械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，引起表面層的曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，引起表面層的強度和硬度都提高的現(xiàn)象，稱加強度和硬度都提高的現(xiàn)象，稱加工硬化工硬化。評定指標：評定指標： 表面層的顯微硬度表面層的顯微硬度 HV 硬化層深度硬化層深度 h 硬化程度硬化程度 N1.1.表面層的加工硬化表面層的加工硬化27機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量2.2.表面層的金相變化表面層的金相變化加工中加工中達到相變溫度達到相變溫度產(chǎn)生相變產(chǎn)生相變燒傷

17、的形式：燒傷的形式：退火燒傷退火燒傷回火燒傷回火燒傷淬火燒傷淬火燒傷工件表面溫度超過相變溫工件表面溫度超過相變溫度度A AC3C3，但無冷卻液，工件，但無冷卻液，工件表面被退火。表面被退火。工件干磨時易發(fā)生這種燒工件干磨時易發(fā)生這種燒傷。傷。工件表面溫度未達到相變溫工件表面溫度未達到相變溫度度A AC3C3，但超過馬氏體的轉(zhuǎn)，但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層組織為回變溫度，工件表層組織為回火屈氏體或索氏體?；鹎象w或索氏體。工件表面溫度超過相變溫工件表面溫度超過相變溫度度A AC3C3，冷卻充分，工件表，冷卻充分，工件表面被二次淬火。但淬透層面被二次淬火。但淬透層很薄，其下層仍為回火屈很薄，其

18、下層仍為回火屈氏體或索氏體。氏體或索氏體。28機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量影響磨削燒傷的影響磨削燒傷的因素因素a)a)磨削用量磨削用量aP工件表層溫度工件表層溫度燒傷燒傷V V砂輪砂輪工件表層溫度工件表層溫度燒傷燒傷ff工件表層溫度工件表層溫度燒傷燒傷V V工件工件工件表層溫度工件表層溫度熱源作用時間熱源作用時間燒傷燒傷b)b)工件材料工件材料c)c)砂輪特性砂輪特性d)d)冷卻冷卻工件材料對磨削區(qū)溫工件材料對磨削區(qū)溫度的影響主要取決于度的影響主要取決于它的硬度、強度、韌它的硬度、強度、韌性和導(dǎo)熱系數(shù)。性和導(dǎo)熱系數(shù)。工件材料硬度高、強工件材料硬度

19、高、強度高、韌性和密度大度高、韌性和密度大都會使磨削區(qū)溫度升都會使磨削區(qū)溫度升高，因而容易產(chǎn)生磨高，因而容易產(chǎn)生磨削燒傷。削燒傷。導(dǎo)熱性能比較差的材導(dǎo)熱性能比較差的材料，如耐熱鋼、軸承料，如耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼等，在磨鋼、不銹鋼等，在磨削時也容易產(chǎn)生燒傷。削時也容易產(chǎn)生燒傷。 砂輪表面上磨粒的切砂輪表面上磨粒的切削刃口尖銳鋒利些，削刃口尖銳鋒利些，摩削力、摩削力、溫度溫度就會下就會下降，所以提高磨粒硬降，所以提高磨粒硬度和強度是關(guān)鍵。度和強度是關(guān)鍵。此外采用粗粒度砂輪、此外采用粗粒度砂輪、較軟的砂輪都可提高較軟的砂輪都可提高砂輪自銳性，同時砂砂輪自銳性，同時砂輪不易被切屑堵塞，輪不易被切屑堵

20、塞，因此都可避免磨削燒因此都可避免磨削燒傷發(fā)生。傷發(fā)生。 2.2.表面層的金相變化表面層的金相變化29機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量3.3.表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力冷態(tài)塑性變形冷態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形局部金相組織變化局部金相組織變化30機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量不同的金相組織有不同的密度，如不同的金相組織有不同的密度，如M M=7.75g/cm=7.75g/cm3 3 A A=7.96g/cm=7.96g/cm3 3、P P=7.78g/cm=7.78g/cm3 3、F F=7.

21、88g/cm=7.88g/cm3 3當(dāng)金相組織變化時，由于密度不同，體積會發(fā)生變化。當(dāng)金相組織變化時，由于密度不同，體積會發(fā)生變化。如果表層金屬膨脹則殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力如果表層金屬膨脹則殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力(- -)，反之，反之，如如果表層金屬體積縮小則產(chǎn)生殘余果表層金屬體積縮小則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力拉應(yīng)力(+)。在切削熱的作用下，已加工面產(chǎn)生熱膨脹，此時表層在切削熱的作用下，已加工面產(chǎn)生熱膨脹，此時表層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。加工后，表層已產(chǎn)生的熱塑性變形收產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。加工后，表層已產(chǎn)生的熱塑性變形收縮受到內(nèi)層金屬的阻礙。故加工后表面層殘余應(yīng)力為縮受到內(nèi)層金屬的阻礙。故加工后表面層殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力拉應(yīng)力(+)

22、，里層為壓應(yīng)力，里層為壓應(yīng)力(- -) 。在切削力的作用下，已加工面受后刀面的擠壓，使晶在切削力的作用下，已加工面受后刀面的擠壓，使晶格扭曲，表層金屬比容積增大，體積膨脹，而內(nèi)層金格扭曲，表層金屬比容積增大，體積膨脹，而內(nèi)層金屬又阻止其伸長。故加工后表面層殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力屬又阻止其伸長。故加工后表面層殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力(- -)，里層為拉應(yīng)力，里層為拉應(yīng)力(+)。3.3.表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力冷態(tài)塑性變形冷態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形局部金相組織變化局部金相組織變化31機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量例如：淬火鋼表面回火，表層金屬由馬氏

23、體轉(zhuǎn)變成屈氏體或索氏體，密度例如：淬火鋼表面回火，表層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變成屈氏體或索氏體，密度由由7.75g/cm7.75g/cm3 3變?yōu)樽優(yōu)?.78g/cm7.78g/cm3 378.775.778.7 VVV78.703.0VV 210129.078.701.0V3VLL )MPa(9 .27010129. 0101 . 2LLE25 拉拉3.3.表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力冷態(tài)塑性變形冷態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形局部金相組織變化局部金相組織變化32機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量33機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加

24、工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量34機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量1.1.滲氮、滲碳等化學(xué)熱處理滲氮、滲碳等化學(xué)熱處理2.2.激光表面處理技術(shù)激光表面處理技術(shù)3.3.機械強化機械強化工藝工藝噴丸噴丸強化強化滾壓滾壓加工加工液體磨料強化。液體磨料強化。35機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量第第8 8章章 裝配工藝的制訂裝配工藝的制訂36機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量37機械制造工程學(xué)機械制造工程學(xué)第第5 5章章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量本章完，謝本章完，謝 謝！謝！38