《机械制造工艺学》第二版 王先奎 课件机械制造工艺学ch4-2 表面粗糙

第二节影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改进措施一、切削加工表面粗糙度二、磨削加工后的表面粗糙度（一）几何因素的影响（二）物理因素的影响--表面层金属的塑性变形一、切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。影响切削残留面积高度的因素主要包括：刀尖圆弧半径r、主偏角κr、副偏角κ'r，及进给量f等。用尖刀切削的情况，切削残留面积的高度为'rrctgkctgkfH用圆弧刀刃切削的情况，切削残留面积的高度为rfH82从上述两表达式可知:进给量f和刀尖圆弧半径r对切削加工表面粗糙度的影响比较明显。切削加工时，选择较小的进给量f和较大的刀尖圆弧半径r，将会使表面粗糙度得到改善。切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大的差别。这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。图3-7描述了加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响。切削速度v处于20-50m／min时，表面粗糙度最大，因为此时常容易出现积屑瘤、使加工表面质量严重恶化；当切削速度v超过100m／min时，粗糙度下降，并趋于稳定。在实际切削时，选择低速宽刀精切和高速精切，往往可以得到较小的表面粗糙度值。加工脆性材料，切削速度对表面粗糙度的影响不大。一般说，切削脆性材料比切削塑性材料容易达到表面粗糙度的要求。对于同样的材料，金相组织越是粗大，切削加工后的表面粗糙度值也越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值，常在精加工前进行调质等处理，目的在于得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。此外，合理选择切削液，适当增大刀具的前角、提高刀具的刃磨质量等。均能有效地减小表面粗糙度值。二、磨削加工后的表面粗糙度（一）几何因素的影响1．磨削用量对表面粗糙度的影响2．砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响（二）物理因素的影响--表面层金属的塑性变形1．磨削用量2．砂轮的选择（一）几何因素的影响磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面的粗糙度值越小。1．磨削用量对表面粗糙度的影响砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。工件速度对表面粗糙度的影响刚好与砂轮速度的影响相反，增大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，表面粗糙度值将增加。砂轮的纵向进给减小，工件表面的每个部位被砂轮重复磨削的次数增加，被磨表面的粗糙度值将减小。2．砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响砂轮的粒度不仅表示磨粒的大小。而且还表示磨粒之间的距离，表3-l列出了5号组织、不同粒度的砂轮的磨粒尺寸和磨粒之间的距离。磨削金属时，参与磨削的每一颗磨粒都会在加工表面上刻出跟它的大小和形状相同的一道小沟。在相同的磨削条件下，砂轮的粒度号数越大。参加磨削的磨粒越多，表面粗糙度就越小。表4-1磨粒尺寸和磨粒之间的距离砂轮粒度磨粒的尺寸范围（μm）磨粒间的平均距离(mm)36#500~6000.47546#355~4250.36960#250~3000.25580#180~2120.228修整砂轮的纵向进给量对磨削表面的粗糙度影响甚大。用金刚石修整砂轮时，金刚石在砂轮外缘上打出一道螺旋槽，其螺距等于砂轮转一转时金刚石笔在纵向的移动量。砂轮表面的不平整在磨削时将被复映到被加工表面上。修整砂轮时，金刚石笔的纵向进给量越小，砂轮表面磨粒的等高性越好，被磨工件的表面粗糙度值就越小。小表面粗糙度值磨削的实践表明，修整砂轮时，砂轮转一转金刚石笔的纵向进给量如能减少到0.01μrn，磨削表面粗糙度就可达Rz0.1～0.2μm。（二）物理因素的影响--表面层金属的塑性变形砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度高得多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可达900℃，工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。由于塑性变形的缘故，被磨表面的几何形状与单纯根据几何因素所得到的原始形状大不相同。在力因素和热因素的综合作用下，被磨工件表层金属的晶粒在横向上被拉长了，有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。影响磨的表层金属塑性变形的因素，往往是影响表面粗糙度的决定性因素。1．磨削用量图4-8是采用GD60ZR2A砂轮磨削30CrMnSiA材料时，磨削用量对表面粗糙度的影响曲线。砂轮速度越高，就有可能使表层金属塑性变形的传播速度大于切削速度，工件材料来不及变形，致使表层金属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小。工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大。磨削深度对表层金属塑性变形的影响很大。增大磨削深度，塑性变形将随之增大，被磨的表面粗糙度值会增大。2．砂轮的选择砂轮的粒度、硬度、组织和材料的选择不同、都会对被磨工件表层金属的塑性变形产生影响，进而影响表面粗糙度。单纯从几何因素考虑，砂轮粒度越细，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太细时，不仅砂轮易被磨屑堵塞，若导热情况不好，。反而会在加工表面产生烧伤等现象，使表面粗糙度值增大。因此，砂轮粒度常取为46～60号。砂轮的硬度是指磨粒在磨创力作用下从砂轮上脱落的难易程度。砂轮选得太硬，磨粒不易脱落，磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂轮选得太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表面粗糙度值增大。通常选用中软砂轮。砂轮的组织是指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。紧密组织中的磨粒比例大。气孔小，在成形磨削和精密磨削时，能获得高精度和较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏性材料（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得较小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。砂轮材料的选择也很重要。砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗糙度。氧化物（刚玉）砂轮适于磨削钢类零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等材料；用高硬磨料（人造金刚石、立方氮化硼）砂轮磨削可获得极小的表面粗糙度值，但加工成本很高。此外，磨削液的作用十分重要。对于磨削加工来说，由于磨削温度很高，热因素的影响往往占主导地位。因此，必须采取切实可行的措施，将磨削液送入磨削区。