機(jī)械的制造工藝和加工表面質(zhì)量

1、陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 機(jī)電工程 系 機(jī)電一體化 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 機(jī)械的制造工藝和加工表面質(zhì)量 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 2010 年 5 月 20 日 目錄一 機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義1 1征表面層的幾何形狀特.31.2表面層的物理力學(xué)性能：.31.3 獲得鏡面的機(jī)械加工方法：.41.4 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響.5二 影響表面粗糙度的因素 2.1 切削加工影響表面粗糙度的因素.72.2工件材料的性質(zhì)的影響 .72.3 磨削加工影響表面粗糙度的因素.8三 磨削的表面質(zhì)量3.1、磨削加工的特點(diǎn).83.2、影響磨削加工表面粗糙度的因素.83.3 磨削表面層

2、的殘余應(yīng)力磨削裂紋問題.93.4磨削表面層金相組織變化磨削燒傷問題.10四 影響表面質(zhì)量的工藝因素4.1 影響機(jī)械加工表面粗糙度的因素.114.2、降低表面粗糙度的加工方法.124.3 影響表面物理力學(xué)性能的工藝因素.144.4、改善表面物理力學(xué)性能的加工方法.15五 零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇.18六 對(duì)表面有嚴(yán)格要求的行業(yè).18參考文獻(xiàn).19總結(jié).20一 機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義機(jī)械加工表面質(zhì)量又稱為表面完整性表面質(zhì)量是指零件加工后的表層狀態(tài)，是零件在機(jī)械加工后被加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，以rarzry三種代號(hào)加數(shù)字來表示，機(jī)械圖紙中都會(huì)有相應(yīng)的表面質(zhì)量要求，一般是工件表面

3、粗糙度ra0.8um的表面時(shí)稱：鏡面，表面將直接影響零件的工作性能，尤其是可靠性和壽命，含義包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：1.1征表面層的幾何形狀特 也就是加工后的實(shí)際表面與理想表面的幾何形狀的偏離量。面層的幾何形狀特主要由以下幾部分組成： 機(jī)械加工表面的幾何形狀誤差 表面粗糙度 它是指加工表面上較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，即加工表面的微觀幾何形狀誤差，其評(píng)定參數(shù)主要有輪廓算術(shù)平均偏差ra或輪廓微觀不平度十點(diǎn)平均高度rz； 表面波度 它是介于宏觀形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性形狀誤差，它主要是由機(jī)械加工過程中低頻振動(dòng)引起的，應(yīng)作為工藝缺陷設(shè)法消除。 表面加工紋理 它是指表面切削加工刀紋

4、的形狀和方向，取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法及其切削運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 傷痕 它是指在加工表面?zhèn)€別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕、劃痕等，它們大多隨機(jī)分布。1.2表面層的物理力學(xué)性能： 表面層的物理力學(xué)性能主要指以下三個(gè)方面的內(nèi)容： 表面層的加工冷作硬化； 表面層金相組織的變化； 表面層的殘余應(yīng)力；1.3 獲得鏡面的機(jī)械加工方法：1.3.1去除材料加工方式有：磨削、研磨、拋光、電火花。去除材料方式加工必須有以下先決條件：（1）、大額的設(shè)備投入（有些磨床價(jià)值在100萬以上）；(2)、熟練并經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)工人；(3)、寬敞的工作環(huán)境；(4)、數(shù)量龐大的冷卻、潤滑介質(zhì)（油或液）；(5)、污

5、染環(huán)境的廢棄物處理；(6)、價(jià)格昂貴的砂輪。1.3.2 無切削加工方式有：滾壓（采用鏡面工具）、擠壓， 無切削方式滾壓（采用鏡面工具）加工必須有以下先決條件：(1)、無需大額的設(shè)備投入（一把鏡面刀具價(jià)值在1300元左右）；(2)、無需熟練并經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)工人；(3)、寬敞的工作環(huán)境；（4）、無需數(shù)量龐大的冷卻、潤滑介質(zhì)（油或液）；(5)、沒有污染環(huán)境的廢棄物處理。 去除材料方式加工鏡面一般在ra0.8-0.08um之間；無切削方式滾壓（采用鏡面工具）加工鏡面一般在ra0.4-0.05um之間。去除材料方式加工鏡面對(duì)材料硬度基本沒有限制；無切削方式滾壓（采用鏡面工具）加工鏡面對(duì)材料硬度要求在hr

6、c40，應(yīng)用金剛石材質(zhì)鏡面工具可加工材質(zhì)硬度在hrc70。大型油缸滾壓刀去除材料方式加工鏡面工件表面的硬度不會(huì)變化、耐磨強(qiáng)度不會(huì)增加；無切削方式滾壓（采用鏡面工具）加工鏡面有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）、提高表面粗糙度，粗糙度基本能達(dá)到ra0.08u左右。 （2）、修正圓度，橢圓度可0.01。 （3）、提高表面硬度，使受力變形消除，硬度提高h(yuǎn)v40（4）、加工后有殘余應(yīng)力層,提高疲勞強(qiáng)度提高30%。 （5）、提高配合質(zhì)量，減少磨損，延長零件使用壽命，但零件的加工費(fèi)用反而降低。1.4 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1.4.對(duì)零件耐磨性的影響 零件的耐磨性是零件的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，當(dāng)摩擦副的材料、潤滑條件和加工

7、精度確定之后，零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性將起著關(guān)鍵性的作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當(dāng)兩個(gè)零件的表面開始接觸時(shí)，接觸部分集中在其波峰的頂部，因此實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于名義接觸面積，并且表面粗糙度越大，實(shí)際接觸面積越小。在外力作用下，波峰接觸部分將產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力。當(dāng)兩個(gè)零件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，開始階段由于接觸面積小、壓應(yīng)力大，在接觸處的波峰會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形、塑性變形及剪切變形，波峰很快被磨平，即使有潤滑油存在，也會(huì)因?yàn)榻佑|點(diǎn)處壓應(yīng)力過大，油膜被破壞而形成干摩擦，導(dǎo)致零件接觸表面的磨損加劇。當(dāng)然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度過小，接觸表面間儲(chǔ)存潤滑油的能力變差，接觸表面容易發(fā)生分子膠合、

8、咬焊，同樣也會(huì)造成磨損加劇。但表面層的冷作硬化可使表面層的硬度提高，增強(qiáng)表面層的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性、塑性變形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度過大，表面層金屬組織會(huì)變脆，出現(xiàn)微觀裂紋，甚至?xí)菇饘俦砻娼M織剝落而加劇零件的磨損。1.4.對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面粗糙度對(duì)承受交變載荷的零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷處容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。并且表面粗糙度越大，表面劃痕越深，其抗疲勞破壞能力越差。 表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度影響也很大。當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度；當(dāng)表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，零件則容易引起

9、晶間破壞，產(chǎn)生表面裂紋而降低其疲勞強(qiáng)度。表面層的加工硬化對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度也有影響。適度的加工硬化能阻止已有裂紋的擴(kuò)展和新裂紋的產(chǎn)生，提高零件的疲勞強(qiáng)度；但加工硬化過于嚴(yán)重會(huì)使零件表面組織變脆，容易出現(xiàn)裂紋，從而使疲勞強(qiáng)度降低。1.4.對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響很大。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質(zhì)而使零件發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)零件的耐腐蝕性能也有影響。殘余壓應(yīng)力使表面組織致密，腐蝕性介質(zhì)不易侵入，有助于提高表面的耐腐蝕能力；殘余拉應(yīng)力的對(duì)零件耐腐蝕性能的影響則相反。1.4.表面質(zhì)量對(duì)零件間配合性質(zhì)的影響 相配零件間的配合性質(zhì)

10、是由過盈量或間隙量來決定的。在間隙配合中，如果零件配合表面的粗糙度大，則由于磨損迅速使得配合間隙增大，從而降低了配合質(zhì)量，影響了配合的穩(wěn)定性；在過盈配合中，如果表面粗糙度大，則裝配時(shí)表面波峰被擠平，使得實(shí)際有效過盈量減少，降低了配合件的聯(lián)接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。因此，對(duì)有配合要求的表面應(yīng)規(guī)定較小的表面粗糙度值。在過盈配合中，如果表面硬化嚴(yán)重，將可能造成表面層金屬與內(nèi)部金屬脫落的現(xiàn)象，從而破壞配合性質(zhì)和配合精度。表面層殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件的形狀、尺寸發(fā)生改變，因此它也將影響配合性質(zhì)和配合精度。1.4.5對(duì)零件耐磨性的影響零件的耐磨性主要與摩擦副的材料、熱處理情況和潤滑條件有關(guān)。在這

11、些條件已確定的情況下,零件的表面質(zhì)量就起著決定性的作用。零件的磨損過程,通常分為三個(gè)階段:摩擦副剛開始工作時(shí),磨損比較明顯,稱為初期磨損階段(一般稱為走合期) 。經(jīng)初期磨損后,磨損緩慢均勻,進(jìn)入正常磨損階段。當(dāng)磨損達(dá)到一定程度后,磨損又突然加劇,導(dǎo)致零件不能正常工作,稱為急劇磨損階段。 1.4.6 對(duì)零件其他性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能還有一些其他影響。如對(duì)間隙密封的液壓缸、滑閥來說，減小表面粗糙度ra可以減少泄漏、提高密封性能；較小的表面粗糙度可使零件具有較高的接觸剛度；對(duì)于滑動(dòng)零件，減小表面粗糙度ra能使摩擦系數(shù)降低、運(yùn)動(dòng)靈活性增高，減少發(fā)熱和功率損失；表面層的殘余應(yīng)力會(huì)使零件在使用

12、過程中繼續(xù)變形，失去原有的精度，機(jī)器工作性能惡化等。在過盈配合中，如果零件的配合表面粗糙，則裝配后配合表面的凸峰被擠平，配合件間的有效過盈量減小，降低配合件間連接強(qiáng)度，影響配合的可靠性。因此對(duì)有配合要求的表面，必須限定較小的表面粗糙度參數(shù)值。1.4.7表面處理技術(shù)：是通過表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機(jī)械方法。模具的強(qiáng)度：熱處理工藝制定不當(dāng)、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設(shè)備狀態(tài)不完好，造成被處理模具強(qiáng)度（硬度）達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，模具熱處理和表面處理，是能

13、否充分發(fā)揮模具材料性能的關(guān)鍵。真空熱處理、深冷處理、包括pvd和cvd技術(shù)的氣相沉積（tin、tic等）、離子滲入、等離子噴涂及trd表面處理技術(shù)、類鉆石薄膜覆蓋技術(shù)、高耐磨高精度處理技術(shù)、不沾粘表面處理等技術(shù)已在模具制造中應(yīng)用，并呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。模具表面激光熱處理、焊接、強(qiáng)化和修復(fù)等技術(shù)及其它模具表面強(qiáng)化和修復(fù)技術(shù)，也將受到進(jìn)一步重視。 二 影響表面粗糙度的因素 2.1 切削加工影響表面粗糙度的因素在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度，合理

14、選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。（）切削加工影響表面粗糙度的因素 刀具幾何形狀的復(fù)映 刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀時(shí)刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。 此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度，合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量以減小切削時(shí)的塑性變形和抑制刀瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。 工件材料的性質(zhì) 加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙

15、度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。 加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。 切削用量（）切削用量 以較高的切削速度切削塑性材料，減小進(jìn)給量可以提高表面光潔度。加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。切削加工影響表面粗糙度的因素2.2工件材料的性質(zhì)的影響 加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫

16、使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。 2.3 磨削加工影響表面粗糙度的因素 (1)砂輪的粒度；(2)砂輪的硬度；(3)砂輪的修整；(4)磨削速度；(5)磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)；(6)工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)給量；(7)冷卻潤滑液。像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也是由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也時(shí)由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的示例

17、：液壓缸和滑閥對(duì)于液壓缸和滑閥，較大的表面粗糙度值會(huì)影響密封性；對(duì)于工作時(shí)滑動(dòng)的零件，恰當(dāng)?shù)谋砻娲植诙戎的芴岣哌\(yùn)動(dòng)的靈活性，減少發(fā)熱和功率損失；零件表面層的殘余應(yīng)力會(huì)使加工好的零件因應(yīng)力重新分布而變形，從而影響其尺寸和形狀精度等。摩擦表面的最佳粗糙度視不同材料和工作要件而異,一般大致在v0. 8v0. 4左右。對(duì)于完全液體潤滑,金屬表面完全不接觸,由一層油膜隔開,因此要求摩擦副表面粗糙度應(yīng)不刺破油膜,粗糙度越小,允許的油膜越薄,承載能力越大,則表面粗糙度越小越有利。三 磨削的表面質(zhì)量3.1、磨削加工的特點(diǎn)磨削精度高，通常作為終加工工序。但磨削過程比切削復(fù)雜。磨削加工采用的工具是砂輪。磨削時(shí)，雖

18、然單位加工面積上磨粒很多，本應(yīng)表面粗糙度很小，但在實(shí)際加工中，由于磨粒在砂輪上分布不均勻，磨粒切削刃鈍圓半徑較大，并且大多數(shù)磨粒是負(fù)前角，很不鋒利，加工表面是在大量磨粒的滑擦、耕犁和切削的綜合作用下形成的，磨粒將加工表面刻劃出無數(shù)細(xì)微的溝槽，并伴隨著塑性變形，形成粗糙表面。同時(shí)，磨削速度高，通常v砂=4050m/s，目前甚至高達(dá)v砂=80200m/s，因而磨削溫度很高，磨削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)加劇加工表面的塑性變形，從而更加增大了加工表面的粗糙度值；有時(shí)磨削點(diǎn)附近的瞬時(shí)溫度可高達(dá)8001000，這樣的高溫會(huì)使加工表面金相組織發(fā)生變化，引起燒傷和裂紋。另外，磨削的徑向切削力大，會(huì)引起機(jī)床發(fā)生振動(dòng)和彈性

19、變形。3.2、影響磨削加工表面粗糙度的因素3.2.1 影響磨削加工表面粗糙度的因素有很多，主要的有： 砂輪的影響 砂輪的粒度越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)越多，在磨削表面的刻痕越細(xì)，表面粗糙度越?。坏袅６忍?xì)，加工時(shí)砂輪易被堵塞反而會(huì)使表面粗糙度增大，還容易產(chǎn)生波紋和引起燒傷。砂輪的硬度應(yīng)大小合適，其半鈍化期愈長愈好；砂輪的硬度太高，磨削時(shí)磨粒不易脫落，使加工表面受到的摩擦、擠壓作用加劇，從而增加了塑性變形，使得表面粗糙度增大，還易引起燒傷；但砂輪太軟，磨粒太易脫落，會(huì)使磨削作用減弱，導(dǎo)致表面粗糙度增加，所以要選擇合適的砂輪硬度。砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪表面的切削微刃數(shù)越多、各切削微刃的等高性越好

20、，磨削表面的粗糙度越小。 磨削用量的影響 增大砂輪速度，單位時(shí)間內(nèi)通過加工表面的磨粒數(shù)增多，每顆磨粒磨去的金屬厚度減少，工件表面的殘留面積減少；同時(shí)提高砂輪速度還能減少工件材料的塑性變形，這些都可使加工表面的表面粗糙度值降低。降低工件速度，單位時(shí)間內(nèi)通過加工表面的磨粒數(shù)增多，表面粗糙度值減??；但工件速度太低，工件與砂輪的接觸時(shí)間長，傳到工件上的熱量增多，反面會(huì)增大粗糙度，還可能增加表面燒傷。增大磨削深度和縱向進(jìn)給量，工件的塑性變形增大，會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度值增大。徑向進(jìn)給量增加，磨削過程中磨削力和磨削溫度都會(huì)增加，磨削表面塑性變形程度增大，從而會(huì)增大表面粗糙度值。為在保證加工質(zhì)量的前提下提高磨削效

21、率，可將要求較高的表面的粗磨和精磨分開進(jìn)行，粗磨時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，精磨時(shí)采用較小的徑向進(jìn)給量，最后進(jìn)行無進(jìn)給磨削，以獲得表面粗糙度值很小的表面。 工件材料 工件材料的硬度、塑性、導(dǎo)熱性等對(duì)表面粗糙度的影響較大。塑性大的軟材料容易堵塞砂輪，導(dǎo)熱性差的耐熱合金容易使磨料早期崩落，都會(huì)導(dǎo)致磨削表面粗糙度增大。另外，由于磨削溫度高，合理使用切削液既可以降低磨削區(qū)的溫度，減少燒傷，還可以沖去脫落的磨粒和切屑，避免劃傷工件，從而降低表面粗糙度值。3.3 磨削表面層的殘余應(yīng)力磨削裂紋問題磨削加工比切削加工的表面殘余應(yīng)力更為復(fù)雜。一方面，磨粒切削刃為負(fù)前角，法向切削力一般為切向切削力的23倍，磨粒對(duì)加工

22、表面的作用引起冷塑性變形，產(chǎn)生壓應(yīng)力；另一方面，磨削溫度高，磨削熱量很大，容易引起熱塑性變形，表面出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)殘余拉應(yīng)力超過工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)出現(xiàn)磨削裂紋。磨削裂紋有的在外表層，有的在內(nèi)層下；裂紋方向常與磨削方向垂直，或呈網(wǎng)狀；裂紋常與燒傷同現(xiàn)。磨削用量是影響磨削裂紋的首要因素，磨削深度和縱向走刀量大，則塑性變形大，切削溫度高，拉應(yīng)力過大，可能產(chǎn)生裂紋。此外，工件材料含碳量高者易裂紋。磨削裂紋還與淬火方式、淬火速度及操作方法等熱處理工序有關(guān)。為了消除和減少磨削裂紋，必須合理選擇工件材料、合理選擇砂輪；正確制訂熱處理工藝；逐漸減小切除量；積極改善散熱條件，加強(qiáng)冷卻效果，設(shè)法降低

23、切削熱。3.4磨削表面層金相組織變化磨削燒傷問題3.4.磨削表面層金相組織變化與磨削燒傷機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)使得工件的加工表面產(chǎn)生劇烈的溫升，當(dāng)溫度超過工件材料金相組織變化的臨界溫度時(shí)，將發(fā)生金相組織轉(zhuǎn)變。在磨削加工中，由于多數(shù)磨粒為負(fù)前角切削，磨削溫度很高，產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削時(shí)的熱量，而且磨削熱有6080%傳給工件，所以極容易出現(xiàn)金相組織的轉(zhuǎn)變，使得表面層金屬的硬度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引起顯微裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。產(chǎn)生磨削燒傷時(shí)，加工表面常會(huì)出現(xiàn)黃、褐、紫、青等燒傷色，這是磨削表面在瞬時(shí)高溫下的氧化下膜顏色。不同的燒傷色，表明工件表面受到的燒傷程度不同。3.4.磨削

24、淬火磨削淬火時(shí)，工件表面層由于受到瞬時(shí)高溫的作用，將可能產(chǎn)生以下三種金相組織變化：（1）如果磨削表面層溫度未超過相變溫度，但超過了馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，這時(shí)馬氏體將轉(zhuǎn)變成為硬度較低的回火屈氏體或索氏體，這叫回火燒傷。（2）如果磨削表面層溫度超過相變溫度，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，這時(shí)若無切削液，則磨削表面硬度急劇下降，表層被退火，這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。干磨時(shí)很容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。（3）如果磨削表面層溫度超過相變溫度，但有充分的切削液對(duì)其進(jìn)行冷卻，則磨削表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，不過該表面層很薄，只有幾微米厚，其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體，使表面層總的硬度仍然降低，稱為淬火

25、燒傷。3.4.磨削燒傷的改善措施影響磨削燒傷的因素主要是磨削用量、砂輪、工件材料和冷卻條件。由于磨削熱是造成磨削燒傷的根本原因，因此要避免磨削燒傷，就應(yīng)盡可能減少磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量及盡量減少傳入工件的熱量。具體可采用下列措施：（1）合理選擇磨削用量 不能采用太大的磨削深度，因?yàn)楫?dāng)磨削深度增加時(shí)，工件的塑性變形會(huì)隨之增加，工件表面及里層的溫度都將升高，燒傷亦會(huì)增加；工件速度增加，磨削區(qū)表面溫度會(huì)增高，但由于熱作用時(shí)間減少，因而可減輕燒傷。（2）工件材料 工件材料對(duì)磨削區(qū)溫度的影響主要取決于它的硬度、強(qiáng)度、韌性和熱導(dǎo)率。工件材料硬度、強(qiáng)度越高，韌性越大，磨削時(shí)耗功越多，產(chǎn)生的熱量越多，越易產(chǎn)生燒傷；

26、導(dǎo)熱性較差的材料，在磨削時(shí)也容易出現(xiàn)燒傷。（3）砂輪的選擇 硬度太高的砂輪，鈍化后的磨粒不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷，因此用軟砂輪較好；選用粗粒度砂輪磨削，砂輪不易被磨削堵塞，可減少燒傷；結(jié)合劑對(duì)磨削燒傷也有很大影響，樹脂結(jié)合劑比陶瓷結(jié)合劑容易產(chǎn)生燒傷，橡膠結(jié)合劑比樹脂結(jié)合劑更易產(chǎn)生燒傷。（4）冷卻條件 為降低磨削區(qū)的溫度，在磨削時(shí)廣泛采用切削液冷卻。為了使切削液能噴注到工件表面上，通常增加切削液的流量和壓力并采用特殊噴嘴，圖3-17所示為采用高壓大流量切削液，并在砂輪上安裝帶有空氣擋板的切削液噴嘴，這樣既可加強(qiáng)冷卻作用，又能減輕高速旋轉(zhuǎn)砂輪表面的高壓附著作用，使切削液順利地噴注到磨削區(qū)。此外，還可

27、采用多孔砂輪、內(nèi)冷卻砂輪和浸油砂輪， 四 影響表面質(zhì)量的工藝因素4.1 影響機(jī)械加工表面粗糙度的因素 1.1影響切削加工表面粗糙度的因素 在切削加工中，影響已加工表面粗糙度的因素主要包括幾何因素、物理因素和加工中工藝系統(tǒng)的振動(dòng)。下面以車削為例來說明。 幾何因素 切削加工時(shí)表面粗糙度的值主要取決于切削面積的殘留高度。下面兩式為車削時(shí)殘留面積高度的計(jì)算公式： 當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑r=0時(shí)，殘留面積高度h為如圖（a） 當(dāng)?shù)都鈭A弧r0時(shí)，殘留面積高度h為如圖（b） 從上面兩式可知，進(jìn)給量f、主偏角kr、副偏角kr和刀尖圓弧半徑r對(duì)切削加工表面粗糙度的影響較大。減小進(jìn)給量f、減小主偏角kr和副偏角kr、增大刀

28、尖圓弧半徑r，都能減小殘留面積的高度h，也就減小了零件的表面粗糙度 物理因素 在切削加工過程中，刀具對(duì)工件的擠壓和摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，引起原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大表面粗糙度。當(dāng)采用中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料時(shí)，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤，它可以代替刀具進(jìn)行切削，但狀態(tài)極不穩(wěn)定，積屑瘤生成、長大和脫落將嚴(yán)重影響加工表面的表面粗糙度值。另外，在切削過程中由于切屑和前刀面的強(qiáng)烈摩擦作用以及撕裂現(xiàn)象，還可能在加工表面上產(chǎn)生鱗刺，使加工表面的粗糙度增加。 動(dòng)態(tài)因素振動(dòng)的影響 在加工過程中，工藝系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，即在刀具與工件間出現(xiàn)的除切削運(yùn)動(dòng)之外的另一種周期性的相對(duì)

29、運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)使加工表面出現(xiàn)波紋，增大加工表面的粗糙度，強(qiáng)烈的振動(dòng)還會(huì)使切削無法繼續(xù)下去。除上述因素外，造成已加工表面粗糙不平的原因還有被切屑拉毛和劃傷等。1.2降低表面粗糙度的工藝措施 在精加工時(shí)，應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量f、較小的主偏角kr和副偏角kr、較大的刀尖圓弧半徑r，以得到較小的表面粗糙度。 加工塑性材料時(shí)，采用較高的切削速度可防止積屑瘤的產(chǎn)生，減小表面粗糙度。 根據(jù)工件材料、加工要求，合理選擇刀具材料，有利于減小表面粗糙度。 適當(dāng)?shù)脑龃蟮毒咔敖呛腿袃A角，提高刀具的刃磨質(zhì)量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。 對(duì)工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以?xì)化晶粒，均勻晶粒

30、組織，可減小表面粗糙度。 選擇合適的切削液，減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，減小切削變形，抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，可以大大減小表面粗糙度。4.2、降低表面粗糙度的加工方法4.2.超精密切削和低粗糙度磨削加工 超精密切削加工 超精密切削是指表面粗糙度為ra0.04m以下的切削加工方法。超精密切削加工最關(guān)鍵的問題在于要在最后一道工序切削0.1m的微薄表面層，這就既要求刀具極其鋒利，刀具鈍圓半徑為納米級(jí)尺寸，又要求這樣的刀具有足夠的耐用度，以維持其鋒利。目前只有金剛石刀具才能達(dá)到要求。超精密切削時(shí)，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保證工件表面上的殘留面積小，從而獲得極小的表面粗糙度。 小

31、粗糙度磨削加工 為了簡(jiǎn)化工藝過程，縮短工序周期，有時(shí)用小粗糙度磨削替代光整加工。小粗糙度磨削除要求設(shè)備精度高外，磨削用量的選擇最為重要。在選擇磨削用量時(shí)，參數(shù)之間往往會(huì)相互矛盾和排斥。例如，為了減小表面粗糙度，砂輪應(yīng)修整得細(xì)一些，但如此卻可能引起磨削燒傷；為了避免燒傷，應(yīng)將工件轉(zhuǎn)速加快，但這樣又會(huì)增大表面粗糙度，而且容易引起振動(dòng)；采用小磨削用量有利于提高工件表面質(zhì)量，但會(huì)降低生產(chǎn)效率而增加生產(chǎn)成本；而且工件材料不同其磨削性能也不一樣，一般很難憑手冊(cè)確定磨削用量，要通過試驗(yàn)不斷調(diào)整參數(shù)，因而表面質(zhì)量較難準(zhǔn)確控制。近年來，國內(nèi)外對(duì)磨削用量最優(yōu)化作了不少研究，分析了磨削用量與磨削力、磨削熱之間的關(guān)系

32、，并用圖表表示各參數(shù)的最佳組合，加上計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，通過指令進(jìn)行過程控制，使得小粗糙度磨削逐步得到了應(yīng)有的效果。4.2.2采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作為最終工序加工超精密加工、珩磨等都是利用磨條以一定壓力壓在加工表面上，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度為ra0.4m以下的表面加工。該加工工藝由于切削速度低、壓強(qiáng)小，所以發(fā)熱少，不易引起熱損傷，并能產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提高零件的使用性能；而且加工工藝依靠自身定位，設(shè)備簡(jiǎn)單，精度要求不高，成本較低，容易實(shí)行多工位、多機(jī)床操作，生產(chǎn)效率高，因而在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。 珩磨 珩磨是利用珩磨工具對(duì)工件表面施加一定的

33、壓力，同時(shí)珩磨工具還要相對(duì)工件完成旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。珩磨后工件圓度和圓柱度一般可控制在0.0030.005mm，尺寸精度可達(dá)it6it5，表面粗糙度在ra0.20.025m之間 由于珩磨頭和機(jī)床主軸是浮動(dòng)聯(lián)接，因此機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)工件的加工精度沒有影響。因?yàn)殓衲ヮ^的軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是以孔壁作導(dǎo)向的，即是按孔的軸線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，故在珩磨時(shí)不能修正孔的位置偏差，工件孔軸線的位置精度必須由前一道工序來保證。 超精加工 超精加工是用細(xì)粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤滑條件下，以快而短促的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行振動(dòng)研磨的一種微量磨削加工方法。超精加工的加

34、工余量一般為310m，所以它難以修正工件的尺寸誤差及形狀誤差，也不能提高表面間的相互位置精度，但可以降低表面粗糙度值，能得到表面粗糙度為ra0.10.01m的表面。目前，超精加工能加工各種不同材料，如鋼、鑄鐵、黃銅、鋁、陶瓷、玻璃、花崗巖等，能加工外圓、內(nèi)孔、平面及特殊輪廓表面，廣泛用于對(duì)曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承、精密量儀及電子儀器等精密零件的加工。 研磨 研磨是利用研磨工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在研磨劑的作用下，對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工的一種加工方法。研磨可采用專用的設(shè)備進(jìn)行加工，也可采用簡(jiǎn)單的工具，如研磨心棒、研磨套、研磨平板等對(duì)工件表面進(jìn)行手工研磨。研磨可提高工件的形狀精度及尺寸精度，但

35、不能提高表面位置精度，研磨后工件的尺寸精度可達(dá)0.001mm，表面粗糙度可達(dá)ra0.0250.006m。研磨的適用范圍廣，既可加工金屬，又可加工非金屬，如光學(xué)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、塑料等；一般說來，剛玉磨料適用于對(duì)碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼及鑄鐵的研磨，碳化硅磨料和金剛石磨料適用于對(duì)硬質(zhì)合金、硬鉻等高硬度材料的研磨。 拋光 拋光是在布輪、布盤等軟性器具涂上拋光膏，利用拋光器具的高速旋轉(zhuǎn)，依靠拋光膏的機(jī)械刮擦和化學(xué)作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光澤的一種加工方法。拋光一般不去除加工余量，因而不能提高工件的精度，有時(shí)可能還會(huì)損壞已獲得的精度；拋光也不可能減小零件的形狀和位置誤差。工件表面經(jīng)

36、拋光后，表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)有所減少。4.3 影響表面物理力學(xué)性能的工藝因素在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表面層金屬顯微硬度的變化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時(shí)所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時(shí)更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會(huì)很大。4.3.1表面層殘余應(yīng)力 外載荷去除后，仍殘存在工件表層與基體材料交界處的相互平衡的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力的原因主要有： 冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 切削加工時(shí)，切削區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，加工表面在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，表層金屬

37、的比容增大，體積膨脹，但受到與它相連的里層金屬的阻止，從而在表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。當(dāng)?shù)毒咴诒患庸け砻嫔锨谐饘贂r(shí)，由于受后刀面的擠壓和摩擦作用，表層金屬纖維被嚴(yán)重拉長，仍會(huì)受到里層金屬的阻止，而在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 切削加工時(shí)，大量的切削熱會(huì)使加工表面產(chǎn)生熱膨脹，由于基體金屬的溫度較低，會(huì)對(duì)表層金屬的膨脹產(chǎn)生阻礙作用，因此表層產(chǎn)生熱態(tài)壓應(yīng)力。當(dāng)加工結(jié)束后，表層溫度下降要進(jìn)行冷卻收縮，但受到基體金屬阻止，從而在表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 如果在加工中工件表層溫度超過金相組織的轉(zhuǎn)變

38、溫度，則工件表層將產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，表層金屬的比容將隨之發(fā)生變化，而表層金屬的這種比容變化必然會(huì)受到與之相連的基體金屬的阻礙，從而在表層、里層產(chǎn)生互相平衡的殘余應(yīng)力。例如在磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削熱導(dǎo)致表層可能產(chǎn)生回火，表層金屬組織將由馬氏體轉(zhuǎn)變成接近珠光體的屈氏體或索氏體，密度增大，比容減小，表層金屬要產(chǎn)生相變收縮但會(huì)受到基體金屬的阻止，而在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。如果磨削時(shí)表層金屬的溫度超過相變溫度，且冷卻以充分，表層金屬將成為淬火馬氏體，密度減小，比容增大，則表層將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力4.3.2表面層加工硬化 加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標(biāo) 機(jī)械加工過程中，工

39、件表層金屬在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長、纖維化甚至破碎而引起表層金屬的強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（或冷作硬化）。另外，加工過程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)使得工件表層金屬溫度升高，當(dāng)升高到一定程度時(shí)，會(huì)使得已強(qiáng)化的金屬回復(fù)到正常狀態(tài)，失去其在加工硬化中得到的物理力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱為軟化。因此，金屬的加工硬化實(shí)際取決于硬化速度和軟化速度的比率。評(píng)定加工硬化的指標(biāo)有下列三項(xiàng)： 表面層的顯微硬度hv； 硬化層深度h（m）； 硬化程度n 式中：hv金屬原來的顯微硬度。 影響加工硬化的因素 切削用量的影響力 切削用量中進(jìn)給量和切削速度對(duì)加工硬化的影響較大。增大

40、進(jìn)給量，切削力隨之增大，表層金屬的塑性變形程度增大，加工硬化程度增大；增大切削速度，刀具對(duì)工件的作用時(shí)間減少，塑性變形的擴(kuò)展深度減小，故而硬化層深度減小。另外，增大切削速度會(huì)使切削區(qū)溫度升高，有利于減少加工硬化。例如：合理選擇切削用量 如車削中，切削速度v在2060mmin范圍內(nèi)，自激振動(dòng)振幅增加很快，而當(dāng)v超過此范圍以后，則振動(dòng)又逐漸減弱了，通常切削速度v在5060mmin左右時(shí)切削穩(wěn)定性最低，最容易產(chǎn)生自激振動(dòng)，所以可以選擇高速或低速切削以避免自激振動(dòng)。關(guān)于進(jìn)給量f，通常當(dāng)f較小時(shí)振幅較大，隨著f的增大振幅反而會(huì)減小，所以可以在表面粗糙度要求許可的前提下選取較大的進(jìn)給量以避免自激振動(dòng)。背吃

41、刀量ap愈大，切削力愈大，愈易產(chǎn)生振動(dòng)。 刀具幾何形狀的影響 刀刃鈍圓半徑對(duì)加工硬化影響最大。實(shí)驗(yàn)證明，已加工表面的顯微硬度隨著刀刃鈍圓半徑的加大而增大，這是因?yàn)閺较蚯邢鞣至?huì)隨著刀刃鈍圓半徑的增大而增大，使得表層金屬的塑性變形程度加劇，導(dǎo)致加工硬化增大。此外，刀具磨損會(huì)使得后刀面與工件間的摩擦加劇，表層的塑性變形增加，導(dǎo)致表面冷作硬化加大。 加工材料性能的影響 工件的硬度越低、塑性越好，加工時(shí)塑性變形越大，冷作硬化越嚴(yán)重。4.4、改善表面物理力學(xué)性能的加工方法如前所述，表面層的物理力學(xué)性能對(duì)零件的使用性能及壽命影響很大，如果在最終工序中不能保證零件表面獲得預(yù)期的表面質(zhì)量要求，則應(yīng)在工藝過程中

42、增設(shè)表面強(qiáng)化工序來保證零件的表面質(zhì)量。表面強(qiáng)化工藝包括化學(xué)處理、電鍍和表面機(jī)械強(qiáng)化等幾種。這里僅討論機(jī)械強(qiáng)化工藝問題。機(jī)械強(qiáng)化是指通過對(duì)工件表面進(jìn)行冷擠壓加工，使零件表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，從而提高其表面硬度并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的無屑光整加工方法。采用表面強(qiáng)化工藝還可以降低零件的表面粗糙度值。這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，用得最多的是噴丸強(qiáng)化和滾壓加工。二）磨削加工影響表面粗糙度的因素正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也時(shí)由幾何因素和表面金屬的塑性變形來決定的。（1）噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為0.44mm的珠丸高速

43、打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。珠丸可以采用鑄鐵、砂石以及鋼鐵制造。所用設(shè)備是壓縮空氣噴丸裝置或機(jī)械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以3550mms的速度噴出。噴丸強(qiáng)化工藝可用來加工各種形狀的零件，加工后零件表面的硬化層深度可達(dá)0.7 mm，表面粗糙度值ra可由3.2m減小到0.4m，使用壽命可提高幾倍甚至幾十倍。（2）滾壓加工滾壓加工是在常溫下通過淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對(duì)工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應(yīng)力，使零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度得以提高。滾壓加工可使表面粗糙度ra值從1.255m減小到0.80.63m，表面層硬度一般可提高20%40%，表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高30%50%。滾壓用的滾輪常用碳素工具鋼t12a或者合金工具鋼crwmn、cr12、crnimn等材料制造，淬火硬度在6264hrc；或用硬質(zhì)合金yg6、yt15等制成；其型面在裝配前需經(jīng)過粗磨，裝上滾壓工具后再進(jìn)行精磨。（3）金剛石壓光金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用。