大连理工大学机械制造技术基础课件(机械加工表面质量).ppt

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零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工表面质量。

包括加工表面质量。

包括加工表面质量。

包括加工表面质量。

机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。

它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。

它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。

它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷。

虽然只有极薄的一层（几微米虽然只有极薄的一层（几微米虽然只有极薄的一层（几微米虽然只有极薄的一层（几微米几十微米），但都错综复几十微米），但都错综复几十微米），但都错综复几十微米），但都错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿命，因此必须加以足够的重视。

必须加以足够的重视。

必须加以足够的重视。

必须加以足够的重视。

一、一、概概述述零件表面质量零件表面质量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几何表面微观几何形状特征形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化表面质量的含义（内容）表面质量的含义（内容）二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响1表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响图图438表面粗糙度与初期磨损量的关系表面粗糙度与初期磨损量的关系

（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。

性。

因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。

塑性变形。

并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。

并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。

这是这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏疏松松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。

触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。

2表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响

（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。

表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。

对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。

在交对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。

在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。

集中，产生疲劳裂纹。

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

4表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面质量对零件耐腐蚀性能的影响

（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。

渗透与腐蚀作用越强烈。

因此因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。

能。

（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。

低零件耐腐蚀性。

表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：

表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：

如减如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。

失。

表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的对疲劳强度的影响影响对耐磨性影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能对耐腐蚀性能的影响的影响对工作精度的对工作精度的影响影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度强度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性则降低耐腐蚀性三、三、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制

（一）切削加工表面粗糙度

（一）切削加工表面粗糙度1、几何因素、几何因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径r主偏角主偏角kr、副偏角副偏角kr进给量进给量f（图图440）H=f/（cotr+cotr）（8-1）H=f2/（8r）（8-2）图图440车削、刨削时残留面积高度车削、刨削时残留面积高度2、物理力学因素、物理力学因素

（1）工件材料的影响）工件材料的影响v韧性材料：

工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，韧性材料：

工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。

加工表面愈粗糙。

故对中碳钢和低碳钢材料的工件，故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。

精加工前安排正火或调质处理。

v脆性材料：

加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，脆性材料：

加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。

面粗糙。

（2）切削速度的影响）切削速度的影响加工塑性材料时，切削速度对表加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的面粗糙度的影响（对积屑瘤和鳞刺的影响）见如影响）见如图图4-41所示。

所示。

此外，切削速度越高，塑性变形此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小越不充分，表面粗糙度值越小选择低速宽刀精切和高速精切，选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。

可以得到较小的表面粗糙度。

（4）其它因素的影响）其它因素的影响此外，合理使用冷却润滑液，此外，合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。

表面粗糙度值。

（3）进给量的影响）进给量的影响减小进给量减小进给量f固然可以减小固然可以减小表面粗糙度值，但表面粗糙度值，但进给量过小，进给量过小，表面粗糙度会有增大的趋势。

表面粗糙度会有增大的趋势。

图图441加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响影响切削加工表面影响切削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具几何形状刀具几何形状刀具材料、刃磨质量刀具材料、刃磨质量切削用量切削用量工件材料工件材料残留面积Ra前角Ra后角摩擦Ra刃倾角会影响实际工作前角vRafRaap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面材料塑性Ra同样材料晶粒组织大Ra，常用正火、调质处理刀具材料强度Ra刃磨质量Ra冷却、润滑Ra

（二）磨削加工表面粗糙度

（二）磨削加工表面粗糙度1、磨削中影响粗糙度的几何因素磨削中影响粗糙度的几何因素磨粒在砂轮上的分布越磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。

则砂轮单位面积高性越好。

则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。

匀，表面粗糙度值就越小。

（1）砂轮的磨粒）砂轮的磨粒v砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。

多，表面粗糙度值就越小。

v工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。

响相反。

工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大因此表面粗糙度值增大。

v砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。

重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。

（3）磨削用量）磨削用量

（2）砂轮修整）砂轮修整砂轮修整除了使砂轮具砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃排列整齐而又锐利的微刃（图图447）。

因此，砂轮修）。

因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。

度影响很大。

图图447砂轮上的磨粒砂轮上的磨粒2、磨削中影响粗糙度的物理因素磨削中影响粗糙度的物理因素

（1）磨削用量）磨削用量砂轮的转速砂轮的转速材料塑性变形材料塑性变形表面粗糙表面粗糙度值度值；磨削深度磨削深度、工件速度工件速度塑性变形塑性变形表表面粗糙度值面粗糙度值；为提高磨削效率，通常在开始磨削时采为提高磨削效率，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，以减小表小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表面粗糙度值。

面粗糙度值。

（2）工件材料）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，热导率差会使磨粒早期崩落Ra。

（2）砂轮粒度与硬度）砂轮粒度与硬度磨粒太细，砂轮易被磨屑磨粒太细，砂轮易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，堵塞，使表面粗糙度值增大，若导热情况不好，还会烧伤若导热情况不好，还会烧伤工件表面。

工件表面。

砂轮太硬，使表面粗糙度增大；砂轮太硬，使表面粗糙度增大；砂轮选得太软，使表面粗糙度砂轮选得太软，使表面粗糙度值增大。

值增大。

影响磨削加工表面影响磨削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素粒度Ra金刚石笔锋利，修正导程、径向进给量Ra磨粒等高性Ra硬度钝化磨粒脱落Ra硬度磨粒脱落Ra硬度合适、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差Ra砂轮粒度砂轮粒度工件材料性质工件材料性质砂轮修正砂轮修正磨削用量磨削用量砂轮硬度砂轮硬度砂轮VRaap、工件V塑变Ra粗磨ap生产率精磨apRa（ap=0光磨）影响表面层物理力学性能的主要因素影响表面层物理力学性能的主要因素表面物理力学表面物理力学性能性能影响金相组织变化影响金相组织变化因素因素影响显微硬度因素影响显微硬度因素影响残余应力因素影响残余应力因素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变形热塑性变形金相组织变化切削热1.表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化（11）表面层加工硬化的产生表面层加工硬化的产生定