2.5
16
s
12
h
200
2.0
8
4
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）
f 对 Ra 的影响及控制 减小 f 优点
Ra max
cot r
f
cot
' r
f2
Ra max
8r
降低 Ra 抑制积屑瘤、鳞剌 不易产生振纹 减小 f 缺点
切削刃rε对加工表面挤压加剧 硬化严重 最大缺点是降低生产效率
一般采取减小κ’r 易引起振动
生产中用减小 r r 增大 ε及加修光刃减小 Ra max
其中增大 rε 最有效
o
rr组合对 Fra biblioteka 波形影响加工条件
45钢 YT15
ao=8o rε=0.2mm
ap=0.5mm uc=150mm
后 角 αo 增大αo 减小已加工表面的摩擦 硬化 鳞剌 精加工αo 适当增大：αo ≥8o 生产中用αo ≤ 0o 挤压光整加工 Ra 达 2.5 ~ 0.125 μm 提高表层硬度和疲劳强度
υc 选取应 避开产生积屑瘤和鳞刺
高速钢 υc < 0.1 m/s 硬质合金 υc >1.6 m/s
积屑瘤高度 h（μm） 变形系数Ks
表面粗糙度Rz（μm）
υc 10~ 50 m/min
28
600
3.0
24
20
R
Kz
控制方法 优选高速、中低速选较大γo 减小 f 提高刀具刃磨质量 选用切削液
400
9.1 已加工表面的形成过程
第一变形区 工件上⊿H 被圆刃口下方挤压 已加工表面 ⊿H 产生塑变
rε
第三变形区 后面的磨损带与已加工面摩擦与挤压 已加工表面内组织纤维化弹性恢复高度为⊿h
9.2 已加工表面质量概述
一 已加工表面质量 概述 1 检测项目 表面微观几何形状 →表面粗糙度 表面波度 纹理方向、伤痕 →划痕 裂纹 砂眼 表层物理机械性能 →表层加工硬化、表层残余应力 2 衡量指标 表面粗糙度 表层硬化程度及硬化深度 表层金相组织变化 残余应力
纹理选圆弧状 凹坑状 →提高耐磨性
高精度零件建立薄层油膜
Ra 0.16～0.04 纹理与相对运动方向相近
表面硬化：控制(0.1～0.5)mm 硬度高 耐磨性高
2 表面质量对零件疲劳强度影响
提高表面粗糙度Ra值 使应力集中加大 疲劳强度降低 加工硬化
适度可提高疲劳强度
过高疲劳强度降低 →易出现裂纹与剥落现象 应力作用
鳞纹方向与vc垂直
表面粗糙不平
45钢 vc = 32m/min
突突出出形形态态
3 刀具磨损 刀具后面磨损 刀尖微崩 刃口毛剌 微小裂口 崩刃
4 振动影响 Ra 增大 损坏刀具 影响健康 影响机床精度
后后面面磨磨损损
切削力波动
崩刃复映 纵向振纹
三 对Ra 影响与控制 1 刀具几何参数对Ra 影响与控制 前角γo 低速 γo 增大 Ra 减小 宜于精加工 υc 大于 50m/min 影响很小 在刀具寿命许可条件下取大值
3 表面质量对零件耐蚀性影响 表面粗糙度值↓ →耐蚀性↑
凹陷处杂质易产生化学反应 形成原电池产生电化学腐蚀 表面压应力有利于提高耐蚀性
4 表面质量对零件配合性质影响 Ra值与配合性质的影响 提高Ra 接触刚度、联接牢固性与位置准确度降低 过盈配合变成过渡配合、间隙配合；静配合变成动 配合 静配合实际过盈量 孔有效尺寸=孔实测直径+Rz 轴有效尺寸= 轴实测直径－Rz Rz ：微观不平度平均高度 对高精度配合要求 < 18mm →Rz = (0.20 ～0.25) δ 18～50mm →Rz= (0.15 ～0.20) δ >50mm →Rz =（0.10～0.15）δ δ ：尺寸公差
vf
Rmax
Rman f 2 8r
减少理论Ra 方法
减小f r r 增大rε
脆性材料或高速切塑性材料接近理论Ra
二 实际Ra 的影响因素 1 积屑瘤影响 保护刀尖 脱落加剧刀具磨损 增大前角 降低切削力 不稳定 影响表面质量
积屑瘤 切入工件
2 鳞刺影响 塑性材料切削加工 低υC 大 f 严重摩擦和挤压
其它措施
较低uc 较小ap
用高精度 高刚度机床 浇注润滑性能好切削液
2 切削用量对 Ra 的影响 切削速度υc 低速变形大 易产生积屑瘤、鳞剌 中速积屑瘤高度达到最大值 高速可获得较小表面粗糙度
加工条件：高速钢 ap=1.2mm
加工条件:45钢 P10(YT15) γo=15o κr =45o
f =0.01mm/r αp =0.5mm
表层热膨胀塑变 冷却受阻拉应力
拉应力使疲劳强度降低 压应力使疲劳强度提高
组织紧密程度：细密使疲劳强度提高
滚压﹥精车 疲劳强度提高20~80% 应力集中区尤其明显
挤压摩擦产生残余压应力
40CrNiMoA轴孔边缘抛光 疲劳强度提高30%
4Cr14Ni14W2Mo件 Ra 0.32 降至 Ra 0.04 疲劳强度下降25%
刀面与刀刃控制 刀刃前后刀面 Ra 应比加工面 Ra 小 1~2 级 刃口与rε 应光滑无缺陷 硬质合金刀片应抛光 Ra 0.63~0.62 刀具磨纯后 Rz 增长 50~60%
主偏角r 副偏角r 刀尖圆弧rε
κr 、Ramax 小 →Fp 增大
适用刚性工艺系统
据Ramax 可近似确定 r与rε
9.3 表面粗糙度
一 表面几何质量衡量指标
1 零件宏观几何形状误差 平面度 波长/波高＞1000 波度 波长/波高 = 50~1000 表面粗糙度 波长/波高＜50
H
λ
波度 表面粗糙度
Ra
Ra
轮廓仪测量
理论粗糙度 直线刃车刀：残留面积
f
Rmax
r
r
Ⅱ
Ⅰ vf
圆弧刃车刀：残留面积
f
κr
rε
Ⅱ
Ⅰ
二 表面质量 对产品使用性能的影响
1 对零件耐磨性的影响
⊿0 μm
初期磨损快、明显
重载荷
表面粗糙度值 Ra↑ →初期磨损量⊿0大
经跑合进入正常磨损阶段
轻载荷
表面粗糙度值Ra影响 提高Ra 形成高点 →干磨擦 磨损快 表面光滑润滑油无法进入接触面 →易产生粘结性磨损
Ra μm
Ra 最佳值 = (0.32～1.25) m
f 推荐值 f 选取适当减小 避开(0.15～0.05)μm
硬质合金 f 不宜小于 0.05 mm / r
改善 f 小影响生产率措施
提高υc 选用较小κ’r 磨出bε、rε
ap 对Ra的影响与控制 一般来说 切削深度对加工表面粗糙度影响不明显 在实际切削中可以忽略不计 ap 选取控制 ≮(0.02～0.03)mm 否则不能维持正常切削