第三章 机械加工表面质量及其控制

第3章 机械加工表面质量及其控制本章要点表面质量及对使用性能影响

影响表面粗糙度工艺因素影响表层物理性能工艺因素 机械加工中的振动

机械制造技术基础第3章 机械加工表面质量及其控制

Analysis and Control of Machining Surface Quality3.1 加工表面质量及其对使用 性能的影响Machining Surface Quality and its Influence to Use Performance2

3.1.1 加工表面质量概念加工表面的几何形貌 表面粗糙度 — 波长/波高<50 波度 — 波长/波高=50~1000;且具有周期特性

宏观几何形状误差(平面度、圆度等)—波长/波高>1000 纹理方向-表面刀纹形式 表面缺陷-如砂眼、气孔、裂纹等Hλλ RZ RZ

a)波度

b)表面粗糙度

零件加工表面的粗糙度与波度3

3.1.1 加工表面质量概念

无氧铜镜面三 维形貌及表面 轮廓曲线

3.1.1 加工表面质量概念

加工纹理方向及其符号标注5

3.1.1 加工表面质量概念表面层金属力学物理性能和化学性能 表面层金属冷作硬化 表面层金属金相组织变化

表面层金属残余应力

加工变质层模型6

3.1.2 表面质量对零件使用性能的影响初始磨损量

对耐磨性影响 表面粗糙度值↓→耐磨性↑,但有限度 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性

重载荷

轻载荷 Ra(μm)

对耐疲劳性影响 表面粗糙度值↓ → 耐疲劳性↑ 适当硬化(产生表面压应力)可提高耐 疲劳性

表面粗糙度与初始 磨损量关系磨损量

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↓

冷硬程度

T7A钢冷硬程度与耐 磨性关系

机械制造技术基础第3章 机械加工表面质量及其控制

Analysis and Control of Machining Surface Quality3.2 影响加工表面质量工艺因 素及其改进措施Technology Factors Influencing Machining Surface Quality and its Improving8

3.2.1 切削加工表面粗糙度 残留面积 影响因素：刀尖圆弧半径 rε、主偏角κr、副偏角κ’r 、进给量 fRmax f f κr Ⅱ b) rε Ⅰ vf Rmax

rⅡ a) Ⅰ

rvf

车削时残留面积的高度f ctg r ctg r

直线刃车刀： H

f2 圆弧刃车刀： H 8 r 9

3.2.1 切削加工表面粗糙度 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。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

Real

2016 12 8 4

400

2.5

Ks

200

2.0

h

0

1.5 0 20 40 60 80 100

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

3.2.2 磨削加工表面粗糙度从几何因素和塑性变形两方面影响Ra(μm)

磨削用量 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)

1.0

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)

0.5

0

30

40

50 60 v(m/s), vw(m/min) a)

Ra(μm)

0.0 6

0.8 粗粒度砂轮(WA60KV)

0.0 40.0 2 0 细粒度砂轮(WA/GCW14KB)

0.60.4 0.2 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 ap(mm)11

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

3.2.2 磨削加工表面粗糙度 砂轮及修整 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 砂轮材料：与工件材料相适应(如氧化铝适于磨钢，碳化硅适于磨 铸铁，金刚石砂轮适于磨陶瓷材料等)

采用超硬砂轮材料，Ra ↓ 砂轮精细修整， Ra ↓

其他影响因素 工件材料 冷却润滑液等 金刚石砂轮磨削工程陶瓷零件12

3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量表面粗糙度测量 比较法 触针法： Ra 0.02~5μm 光切法： Rz 0.5~60μm 干涉法： Rz 0.05~0.8μm触针 驱动箱 工件 传感器 触针法工作原理13

显示器 放大器 处理器 记录器

3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量

双管显微镜测量原理1-光源 2-聚光镜 3-窄缝 4-工件表面 5-目镜透镜 6-分划板 7-目镜14

3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量

干涉显微镜测量原理1-光源 2、10、15-聚光镜 3-滤色片 4-光阑 5-透镜 6、9-物镜 7-分光镜 8-补偿镜 10、14、16-反射镜 12-目镜 13-透光窗15

3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量表面三维微观形貌测量

表面三维形貌测量与处理系统原理图1-驱动 2-撞块 3-电触点 4-触针 5-工作台 6-工件 7-步进电机 8-控制电路 9-驱动电路 10-放大电路 11-A/D变换器 12-微机 13-显示器 14-打印机16