第八章機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、02. 0 04. 0 02. 0 04. 0 02. 0 04. 0 一、表面質(zhì)量的基本概念一、表面質(zhì)量的基本概念 機(jī)械加工表面質(zhì)量包含以下兩個方面的內(nèi)容：機(jī)械加工表面質(zhì)量包含以下兩個方面的內(nèi)容： 1 表面粗糙度及波度表面粗糙度及波度 根據(jù)加工表面不平度的特性（波距根據(jù)加工表面不平度的特性（波距L與波高與波高H 的比值），可將不平度分為以下三種類型，如圖的比值），可將不平度分為以下三種類型，如圖 8-1(p196)所示。所示。 L/H1000，稱為宏觀幾何形狀誤差。如圓度稱為宏觀幾何形狀誤差。如圓度 誤差、圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇，誤差、圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇， 不在本

2、章討論之列。不在本章討論之列。 L/H=501000，稱為波度。它是由機(jī)械加工中稱為波度。它是由機(jī)械加工中 的振動引起的，這部分內(nèi)容將在本章第五節(jié)中討的振動引起的，這部分內(nèi)容將在本章第五節(jié)中討 論。論。 L/H50，稱為微觀幾何形狀誤差，常被稱為稱為微觀幾何形狀誤差，常被稱為 表面粗糙度。表面粗糙度。 2表面層物理力學(xué)性能的變化表面層物理力學(xué)性能的變化 零件在機(jī)械加工中由于受切削過程中力和零件在機(jī)械加工中由于受切削過程中力和 熱的綜合作用，表面層金屬的物理力學(xué)性能和熱的綜合作用，表面層金屬的物理力學(xué)性能和 基體金屬大不相同，主要有以下三方面的內(nèi)容：基體金屬大不相同，主要有以下三方面的內(nèi)容： （

3、1）表面層因塑性變形引起的冷作硬化；）表面層因塑性變形引起的冷作硬化； （2）表面層中的殘余應(yīng)力；）表面層中的殘余應(yīng)力； （3）表面層因切削熱引起的金相組織變化。）表面層因切削熱引起的金相組織變化。 二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響二、表面質(zhì)量對零件使用性能的影響 1表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響 （1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響）表面粗糙度對零件耐磨性的影響 表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如圖。如圖8-2(p197)所示，所示， 表面粗糙度太大，接觸表面的實際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的表面粗糙度太大，接觸表面的實際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的 凸峰相互咬

4、合、擠裂、切斷，故磨損加?。槐砻娲植诙忍狗逑嗷ヒШ?、擠裂、切斷，故磨損加劇；表面粗糙度太 小，也會導(dǎo)致磨損加劇。因為表面太光滑，存不住潤滑油，小，也會導(dǎo)致磨損加劇。因為表面太光滑，存不住潤滑油， 接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。 表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，載荷加表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，載荷加 大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨 之右移。之右移。 （2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響

5、加工表面的冷作硬化，使磨擦副表面層金屬的顯加工表面的冷作硬化，使磨擦副表面層金屬的顯 微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的 彈性變形和塑性變形，故一般能提高零件的耐磨性彈性變形和塑性變形，故一般能提高零件的耐磨性。 但也不是冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是但也不是冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是 因為因為過分的冷作硬化，將引起金屬組織過度過分的冷作硬化，將引起金屬組織過度“疏疏 松松”，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸 面間形成小顆粒，使零件加速磨損面間形成小顆粒，使零件加速磨損。 2表面

6、質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響 （1）表面粗糙度對零件疲勞強(qiáng)度的影響）表面粗糙度對零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面粗糙度對承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)表面粗糙度對承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng) 度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度 的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲 勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋 痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞

7、破壞的能力 越差越差。 （2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對零件疲）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對零件疲 勞強(qiáng)度的影響勞強(qiáng)度的影響 適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。冷硬。冷硬 層不但能防止疲勞裂紋的產(chǎn)生，而且能阻止已有的裂紋擴(kuò)層不但能防止疲勞裂紋的產(chǎn)生，而且能阻止已有的裂紋擴(kuò) 大。但加工表面在發(fā)生冷作硬化的同時，會伴隨產(chǎn)生殘余大。但加工表面在發(fā)生冷作硬化的同時，會伴隨產(chǎn)生殘余 應(yīng)力。應(yīng)力。殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，殘余拉應(yīng)力容易殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，殘余拉應(yīng)力容易 使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度，而殘使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其

8、擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度，而殘 余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩 疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。 3.表面質(zhì)量對零件工作精度的影響表面質(zhì)量對零件工作精度的影響 （1）表面粗糙度對零件配合精度的影響）表面粗糙度對零件配合精度的影響 在間隙配合中，若在間隙配合中，若配合表面粗糙度較大配合表面粗糙度較大，則初期磨損，則初期磨損 量較大，從而使配合間隙增大，量較大，從而使配合間隙增大，降低了配合精度降低了配合精度。對于過。對于過 盈配合，若配合表面粗糙度過大，裝配時部分凸峰會被擠盈配合，若配合

9、表面粗糙度過大，裝配時部分凸峰會被擠 平，致使實際過盈量減小，降低了過盈配合表面的結(jié)合強(qiáng)平，致使實際過盈量減小，降低了過盈配合表面的結(jié)合強(qiáng) 度。因此對有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的表面粗糙度。因此對有配合要求的表面，必須規(guī)定較小的表面粗糙 度。度。 （2）表面殘余應(yīng)力對零件工作精度的影響）表面殘余應(yīng)力對零件工作精度的影響 表面殘余應(yīng)力雖然在零件內(nèi)部是平衡的，但由于金屬表面殘余應(yīng)力雖然在零件內(nèi)部是平衡的，但由于金屬 材料的蠕變作用，材料的蠕變作用，殘余應(yīng)力在經(jīng)過一段時間后會自行減弱殘余應(yīng)力在經(jīng)過一段時間后會自行減弱 以至消失。同時零件也隨之變形，引起零件尺寸和形狀誤以至消失。同時零件也隨之變形

10、，引起零件尺寸和形狀誤 差差。對一些高精度零件，如精密機(jī)床的床身、精密量具等，。對一些高精度零件，如精密機(jī)床的床身、精密量具等， 如果表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會影響它們精度的穩(wěn)定如果表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會影響它們精度的穩(wěn)定 性。性。 4表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響 （1）表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響）表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷 越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此減小零件表面粗減小零件表面粗 糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能糙度，可以

11、提高零件的耐腐蝕性能。 （2）表面殘余應(yīng)力對零件耐腐蝕性能的影響）表面殘余應(yīng)力對零件耐腐蝕性能的影響 零件表面殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物零件表面殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物 質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉 應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性。 表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響：表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響： 如如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和 測量精度；對滑動零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減測量精度；對滑動零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而

12、減 少發(fā)熱和功率損失少發(fā)熱和功率損失。 第二節(jié)第二節(jié) 影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制 機(jī)械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾何因素機(jī)械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾何因素 和物理力學(xué)因素兩個方面。和物理力學(xué)因素兩個方面。 一、切削加工表面粗糙度一、切削加工表面粗糙度 1.刀具幾何形狀刀具幾何形狀 切削加工表面粗糙度值主要取決于切削殘切削加工表面粗糙度值主要取決于切削殘 留面積的高度。影響殘留面積高度的因素主要包括：留面積的高度。影響殘留面積高度的因素主要包括：刀尖圓弧半刀尖圓弧半 徑徑r、主偏角主偏角r、副偏角副偏角r及進(jìn)給量及進(jìn)給

13、量f等等。如圖。如圖8-3(p198)所示，圖所示，圖 8-3a為用尖刀切削的情況，切削殘留面積的高度為為用尖刀切削的情況，切削殘留面積的高度為 H=f/(cotr+cotr) (8-1) 圖圖8-3b為用圓弧刀刃切削的情況，切削殘留面積的高度為為用圓弧刀刃切削的情況，切削殘留面積的高度為 H=f 2/(8r) (8-2) 進(jìn)給量和刀尖圓弧半徑對切削加工表面粗糙度的影響比較明顯。進(jìn)給量和刀尖圓弧半徑對切削加工表面粗糙度的影響比較明顯。 切削加工時，選擇較小的進(jìn)給量和較大的刀尖圓弧半徑，可減小切削加工時，選擇較小的進(jìn)給量和較大的刀尖圓弧半徑，可減小 表面粗糙度。表面粗糙度。 2物理力學(xué)因素物理力

14、學(xué)因素 （1）工件材料的影響）工件材料的影響 切削加工后表面粗糙度的實際輪廓形狀不同于切削加工后表面粗糙度的實際輪廓形狀不同于 純幾何因素所形成的理論輪廓，其原因是由于切削純幾何因素所形成的理論輪廓，其原因是由于切削 加工中發(fā)生了塑性變形。加工塑性材料時，刀具對加工中發(fā)生了塑性變形。加工塑性材料時，刀具對 金屬擠壓產(chǎn)生的塑性變形和刀具迫使切屑與工件分金屬擠壓產(chǎn)生的塑性變形和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。離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌工件材料韌 性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故故 對中碳鋼和低碳鋼材料的工

15、件，為改善切削性能，對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能， 減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火 或調(diào)質(zhì)處理或調(diào)質(zhì)處理。 加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑 的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙。的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙。 （2）切削速度的影響）切削速度的影響 如圖如圖8-4(p199)所示，加工塑性材料時，切削所示，加工塑性材料時，切削 速度速度vc處于處于2050 m/min時，表面粗糙度值最大，時，表面粗糙度值最大， 因為此時容易出現(xiàn)積屑瘤，使加工表面質(zhì)量惡化；

16、因為此時容易出現(xiàn)積屑瘤，使加工表面質(zhì)量惡化； 當(dāng)切削速度當(dāng)切削速度vc超過超過100m/min時，表面粗糙度減小，時，表面粗糙度減小， 并趨于穩(wěn)定。選擇低速寬刀精切和高速精切，可并趨于穩(wěn)定。選擇低速寬刀精切和高速精切，可 以得到較小的表面粗糙度。以得到較小的表面粗糙度。 此外，合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具此外，合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具 的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減 小表面粗糙度值。小表面粗糙度值。 二、磨削加工的表面粗糙度二、磨削加工的表面粗糙度 1.砂輪磨削中影響粗糙度的幾何因素砂輪磨削中影響粗糙度的幾何因素 工件的磨削表面

17、是由砂輪上大量磨?？虅澇龉ぜ哪ハ鞅砻媸怯缮拜喩洗罅磕チ？虅澇?無數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過的無數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過的 砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好， 表面粗糙度值越小。表面粗糙度值越小。 （1）砂輪粒度和砂輪修整）砂輪粒度和砂輪修整 在相同的磨削條件下，在相同的磨削條件下， 砂輪的粒度號數(shù)越砂輪的粒度號數(shù)越 大，單位面積上參加磨削的磨粒越多，表面的刻大，單位面積上參加磨削的磨粒越多，表面的刻 痕越細(xì)密，表面粗糙度值就越小痕越細(xì)密，表面粗糙度值就越小。 （2）磨削用量）磨削用量 砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨

18、砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨 表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越 小。小。 工件轉(zhuǎn)速對表面粗糙度值的影響剛工件轉(zhuǎn)速對表面粗糙度值的影響剛 好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。工件的轉(zhuǎn)速工件的轉(zhuǎn)速 增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因 此表面粗糙度值增大此表面粗糙度值增大。 砂輪的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度砂輪的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度 時，工件表面將被重疊切削，而被磨次時，工件表面將被重疊切削，而被磨次 數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。 2磨削中影響粗糙度的物理因素磨削中影響粗糙度的

19、物理因素 磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多數(shù)是負(fù)磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多數(shù)是負(fù) 前角，切削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過程中只是對前角，切削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過程中只是對 被加工表面擠壓，沒有切削作用。加工表面在多次擠壓下被加工表面擠壓，沒有切削作用。加工表面在多次擠壓下 出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時的高溫更加劇了塑性變形，出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時的高溫更加劇了塑性變形， 故表面粗糙度值增大。故表面粗糙度值增大。 (1)磨削用量磨削用量 提高砂輪的轉(zhuǎn)速，在高速下塑性變形的傳播速度小于磨提高砂輪的轉(zhuǎn)速，在高速下塑性變形的傳播速度小于磨 削速度，材料來不及變形

20、即被加工，故表面粗糙度值將減削速度，材料來不及變形即被加工，故表面粗糙度值將減 小小。 增大磨削深度和工件速度，將使塑性變形加劇，使表增大磨削深度和工件速度，將使塑性變形加劇，使表 面粗糙度值增大面粗糙度值增大。為提高磨削效率，通常在開始磨削時采。為提高磨削效率，通常在開始磨削時采 用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給 量或無進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。量或無進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。 (2)工件材料性質(zhì)工件材料性質(zhì) 工件材料的硬度、塑性、熱工件材料的硬度、塑性、熱 導(dǎo)率對表面粗糙度都有顯著影響，太硬、太軟、太韌的導(dǎo)率對

21、表面粗糙度都有顯著影響，太硬、太軟、太韌的 材料都不容易磨光。太硬易使磨粒磨鈍；太軟容易堵塞材料都不容易磨光。太硬易使磨粒磨鈍；太軟容易堵塞 砂輪；韌性太大，熱導(dǎo)率差會使磨粒早期崩落，破壞砂砂輪；韌性太大，熱導(dǎo)率差會使磨粒早期崩落，破壞砂 輪表面微刃的等高性，從而使表面粗糙度值增大。輪表面微刃的等高性，從而使表面粗糙度值增大。 (3)砂輪的粒度與硬度砂輪的粒度與硬度 單純從幾何因素考慮，單純從幾何因素考慮， 砂輪粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小砂輪粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細(xì)，。但磨粒太細(xì)， 不僅砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若導(dǎo)熱不僅砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增

22、大，若導(dǎo)熱 情況不好，還會燒傷工件表面。因此，砂輪粒度常取為情況不好，還會燒傷工件表面。因此，砂輪粒度常取為 4660號。號。 砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下從砂輪上脫落砂輪的硬度是指磨粒在磨削力作用下從砂輪上脫落 的難易程度的難易程度。砂輪太硬，磨粒不易脫落，磨鈍了的磨粒。砂輪太硬，磨粒不易脫落，磨鈍了的磨粒 不能及時被新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂輪選得不能及時被新磨粒替代，使表面粗糙度增大。砂輪選得 太軟，磨粒容易脫落，磨削作用減弱，也會使表面粗糙太軟，磨粒容易脫落，磨削作用減弱，也會使表面粗糙 度值增大。通常選用中軟砂輪。度值增大。通常選用中軟砂輪。 第三節(jié)第三節(jié) 影響表面層物理力

23、學(xué)性能的主要因影響表面層物理力學(xué)性能的主要因 素及其控制素及其控制 機(jī)械加工中，工件受切削力和切削熱的作用，其表機(jī)械加工中，工件受切削力和切削熱的作用，其表 面層金屬的物理力學(xué)性能會發(fā)生很大變化，造成與里層面層金屬的物理力學(xué)性能會發(fā)生很大變化，造成與里層 材料性能的差異。這些差異主要表現(xiàn)為表面層金屬顯微材料性能的差異。這些差異主要表現(xiàn)為表面層金屬顯微 硬度的變化、產(chǎn)生殘余應(yīng)力和金相組織的變化。硬度的變化、產(chǎn)生殘余應(yīng)力和金相組織的變化。 一、影響表面層加工硬化的因素一、影響表面層加工硬化的因素 1. 表面層加工硬化的產(chǎn)生表面層加工硬化的產(chǎn)生 機(jī)械加工時，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)機(jī)械加工時

24、，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn) 生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移， 晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的硬度增晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的硬度增 加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強(qiáng)化。加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強(qiáng)化。 2衡量表面層加工硬化的指標(biāo)衡量表面層加工硬化的指標(biāo) 衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有下列三項：衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有下列三項： 1）表面層的顯微硬度）表面層的顯微硬度HV； 2）硬化層深度硬化層深度h； 3）硬化程度硬化程度N N=(HV-HV0)/HV0100

25、（8-3） 式中式中 HV0工件原表面層的顯微硬度。工件原表面層的顯微硬度。 3影響表面層加工硬化的因素影響表面層加工硬化的因素 （1）刀具幾何形狀的影響）刀具幾何形狀的影響 切削刃鈍圓半徑增大，徑向切削分力也切削刃鈍圓半徑增大，徑向切削分力也 隨之增大，表層金屬的塑性變形程度加劇，隨之增大，表層金屬的塑性變形程度加劇， 導(dǎo)致冷硬增大導(dǎo)致冷硬增大。 如圖如圖8-5(P201)所示，刀具后刀面磨損寬所示，刀具后刀面磨損寬 度度VB從從0增大到增大到0.2mm，表層金屬的顯微硬表層金屬的顯微硬 度由度由220HV增大到增大到340HV，這是由于磨損寬這是由于磨損寬 度加大之后，刀具后刀面與被加工工

26、件的摩度加大之后，刀具后刀面與被加工工件的摩 擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致表面冷硬增大擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致表面冷硬增大 。但磨損寬度繼續(xù)加大，摩擦熱急劇增大，。但磨損寬度繼續(xù)加大，摩擦熱急劇增大， 弱化趨勢明顯增大，表層金屬的顯微硬度逐弱化趨勢明顯增大，表層金屬的顯微硬度逐 漸下降，直至穩(wěn)定在某一水平上。漸下降，直至穩(wěn)定在某一水平上。 （2）切削用量的影響）切削用量的影響 在進(jìn)給量比較大時，進(jìn)給量增大，切削力也增在進(jìn)給量比較大時，進(jìn)給量增大，切削力也增 大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增加大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增加，如，如 圖圖8-6所示。所示。但在進(jìn)給量很小時，若繼續(xù)減

27、小進(jìn)給但在進(jìn)給量很小時，若繼續(xù)減小進(jìn)給 量，則表層金屬的冷硬程度反而會增大量，則表層金屬的冷硬程度反而會增大。 當(dāng)切削速度增大時，刀具與工件的作用時間減當(dāng)切削速度增大時，刀具與工件的作用時間減 少，使塑性變形的擴(kuò)展深度減小，因而冷硬深度減少，使塑性變形的擴(kuò)展深度減小，因而冷硬深度減 小。小。 （3）工件材料性能的影響）工件材料性能的影響 工件材料的塑性越大，冷硬傾向越大，冷硬程工件材料的塑性越大，冷硬傾向越大，冷硬程 度也越嚴(yán)重度也越嚴(yán)重。 二、影響表面層殘余應(yīng)力的因素二、影響表面層殘余應(yīng)力的因素 1表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，在機(jī)械加工中工件

28、表面層組織發(fā)生變化時，在 表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平 衡的彈性力。這種應(yīng)力即為表面層的殘余應(yīng)力。衡的彈性力。這種應(yīng)力即為表面層的殘余應(yīng)力。 （1）冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力）冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 在切削或磨削加工中，工件表面受到刀具在切削或磨削加工中，工件表面受到刀具 或砂輪磨粒后刀面的擠壓與摩擦，表面層產(chǎn)生或砂輪磨粒后刀面的擠壓與摩擦，表面層產(chǎn)生 伸長塑性變形，此時基體金屬仍處于彈性變形伸長塑性變形，此時基體金屬仍處于彈性變形 狀態(tài)。狀態(tài)。切削后，基體金屬趨于彈性恢復(fù)，但受切削后，基體金屬趨于彈性恢復(fù)，但受 到已產(chǎn)生塑性變形的表面層

29、金屬的牽制，則在到已產(chǎn)生塑性變形的表面層金屬的牽制，則在 表面層產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余表面層產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余 拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力。 （2）熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力）熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 在切削或磨削加工中，工件表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱在切削或磨削加工中，工件表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱 膨脹，此時基體溫度較低，如圖膨脹，此時基體溫度較低，如圖8-7a(P202)所示為工件上溫所示為工件上溫 度分布示意圖。度分布示意圖。tp點相當(dāng)于金屬具有高塑性的溫度點相當(dāng)于金屬具有高塑性的溫度，溫度高溫度高 于于tp的表層金屬不會有殘余應(yīng)力產(chǎn)生的表層金屬不會有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。tn

30、為標(biāo)準(zhǔn)室溫為標(biāo)準(zhǔn)室溫，tm為金為金 屬熔化溫度屬熔化溫度。 如圖如圖8-7b所示，所示，表層金屬表層金屬1的溫度超過的溫度超過tp，表層金屬表層金屬1處處 于沒有殘余應(yīng)力作用的完全塑性狀態(tài)中于沒有殘余應(yīng)力作用的完全塑性狀態(tài)中；金屬層金屬層2的溫度在的溫度在tn 和和tp之間，這層金屬受熱之后體積要膨脹之間，這層金屬受熱之后體積要膨脹，由于表層金屬由于表層金屬1處處 于完全塑性狀態(tài)，故它對金屬層于完全塑性狀態(tài)，故它對金屬層2的受熱膨脹不起任何阻止的受熱膨脹不起任何阻止 作用作用。但金屬層但金屬層2的膨脹要受到處于室溫狀態(tài)的里層金屬的膨脹要受到處于室溫狀態(tài)的里層金屬3的的 阻止，金屬層阻止，金屬層

31、2由于膨脹受阻將產(chǎn)生瞬時壓縮殘余應(yīng)力，而由于膨脹受阻將產(chǎn)生瞬時壓縮殘余應(yīng)力，而 金屬層金屬層3則受金屬層則受金屬層2的牽連產(chǎn)生瞬時拉伸殘余應(yīng)力的牽連產(chǎn)生瞬時拉伸殘余應(yīng)力。 切削過程結(jié)束后，工件表面的溫度開始下切削過程結(jié)束后，工件表面的溫度開始下 降。降。 如圖如圖8-7c所示，所示，當(dāng)金屬層當(dāng)金屬層1的溫度低于的溫度低于tp時，時， 金屬層金屬層1將從完全塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌耆苄誀顚耐耆苄誀顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌耆苄誀?態(tài)。態(tài)。金屬層金屬層1的冷卻使其體積收縮，但它的收縮的冷卻使其體積收縮，但它的收縮 受到金屬層受到金屬層2的阻礙，這樣金屬層的阻礙，這樣金屬層1內(nèi)就產(chǎn)生了內(nèi)就產(chǎn)生了 拉伸殘余應(yīng)力拉

32、伸殘余應(yīng)力，而在金屬層而在金屬層2內(nèi)的壓縮殘余應(yīng)力內(nèi)的壓縮殘余應(yīng)力 將進(jìn)一步增大將進(jìn)一步增大。 如圖如圖8-7d所示，所示，表層金屬繼續(xù)冷卻，表層表層金屬繼續(xù)冷卻，表層 金屬金屬1繼續(xù)收縮，它仍受到里層金屬的阻礙，因繼續(xù)收縮，它仍受到里層金屬的阻礙，因 此金屬層此金屬層1的拉伸應(yīng)力還要繼續(xù)加大的拉伸應(yīng)力還要繼續(xù)加大，而金屬層而金屬層 2的壓縮應(yīng)力則擴(kuò)展到金屬層的壓縮應(yīng)力則擴(kuò)展到金屬層2和金屬層和金屬層3內(nèi)。內(nèi)。 （3 3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 在切削或磨削加工中，當(dāng)工件表面溫度高于材料在切削或磨削加工中，當(dāng)工件表面溫度高于材料 的相變溫度，則會引起表面層的金相

33、組織變化。的相變溫度，則會引起表面層的金相組織變化。不不 同的金相組織有不同的密度同的金相組織有不同的密度，馬氏體密度，馬氏體密度 馬 馬 =7.75=7.75g/cmg/cm3 3，奧氏體密度奧氏體密度奧 奧=7.96 =7.96g/cmg/cm，珠光體密珠光體密 度度珠珠=7.78=7.78g/cmg/cm，鐵素體密度鐵素體密度鐵 鐵=7.88 =7.88g/cmg/cm。以淬以淬 火鋼磨削為例，淬火鋼原來的組織是馬氏體，磨削火鋼磨削為例，淬火鋼原來的組織是馬氏體，磨削 加工后，表層可能產(chǎn)生回火，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏榧庸ず?，表層可能產(chǎn)生回火，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏?光體的屈氏體或索氏體，光體的屈

34、氏體或索氏體，密度增大而體積減小，工密度增大而體積減小，工 件表面層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力，里層金屬則產(chǎn)生與之件表面層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力，里層金屬則產(chǎn)生與之 相平衡的壓縮殘余應(yīng)力相平衡的壓縮殘余應(yīng)力。如果磨削時工件表層金屬。如果磨削時工件表層金屬 的溫度超過相變溫度，且冷卻又充分，則的溫度超過相變溫度，且冷卻又充分，則工件表層工件表層 將因急冷形成淬火馬氏體，體積膨脹，表層產(chǎn)生殘將因急冷形成淬火馬氏體，體積膨脹，表層產(chǎn)生殘 余壓縮應(yīng)力，而里層則產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力余壓縮應(yīng)力，而里層則產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。 2磨削裂紋的產(chǎn)生磨削裂紋的產(chǎn)生 磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)

35、系。 在磨削過程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力在磨削過程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 超過工件材料的強(qiáng)度極限時，工件表面就會產(chǎn)超過工件材料的強(qiáng)度極限時，工件表面就會產(chǎn) 生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。 3. 影響表面殘余應(yīng)力的主要因素影響表面殘余應(yīng)力的主要因素 機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)冷態(tài) 塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜 合結(jié)果合結(jié)果。切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài)切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài) 塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮

36、應(yīng)力。磨削磨削 加工時起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金加工時起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金 相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘 余拉伸應(yīng)力余拉伸應(yīng)力。 三、影響表面層金相組織變化與磨削燒傷的因素三、影響表面層金相組織變化與磨削燒傷的因素 1. 表面層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生表面層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生 切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加 工區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。工區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。當(dāng)溫度超過當(dāng)溫度超過 金相組織變化的臨界點時，金相組織就會發(fā)生變化金相組織變化的臨界

37、點時，金相組織就會發(fā)生變化。 對于一般的切削加工，溫度一般不會上升到如此高對于一般的切削加工，溫度一般不會上升到如此高 的程度。但在磨削加工時，磨粒的切削、刻劃和滑的程度。但在磨削加工時，磨粒的切削、刻劃和滑 擦作用，以及大多數(shù)磨粒的負(fù)前角切削和很高的磨擦作用，以及大多數(shù)磨粒的負(fù)前角切削和很高的磨 削速度，使削速度，使加工表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到加工表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到 相變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)相變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng) 度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋。度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋。 這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷這種現(xiàn)

38、象稱為磨削燒傷。淬火鋼在磨削時，由于磨。淬火鋼在磨削時，由于磨 削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。 （1）淬火燒傷）淬火燒傷 磨削時，當(dāng)工件表面層溫度超過相變磨削時，當(dāng)工件表面層溫度超過相變 臨界溫度臨界溫度Ac3時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時有充分時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時有充分 的冷卻液，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。的冷卻液，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。 其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，只有幾個微米厚，其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，只有幾個微米厚， 其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層其下為硬

39、度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層 極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為淬火燒傷極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為淬火燒傷。 （2）回火燒傷）回火燒傷 磨削時，如果工件表面層溫度只是超磨削時，如果工件表面層溫度只是超 過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織將產(chǎn)生過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織將產(chǎn)生 回火現(xiàn)象而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或屈氏回火現(xiàn)象而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或屈氏 體），這種現(xiàn)象稱為回火燒傷體），這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。 （3）退火燒傷）退火燒傷 磨削時，當(dāng)工件表面層溫度超過相變磨削時，當(dāng)工件表面層溫度超過相變 臨界溫度臨界

40、溫度Ac3時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時無冷卻時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時無冷卻 液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和 強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。 2. 2. 影響磨削燒傷的因素及改善途徑影響磨削燒傷的因素及改善途徑 （1 1）磨削用量）磨削用量 1 1）徑向進(jìn)給量）徑向進(jìn)給量f fp p 徑向進(jìn)給量 徑向進(jìn)給量增大，工件表面及增大，工件表面及 表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成磨削表面下不同深度的溫度都將提高，容易造成磨削 燒傷。圖燒傷。圖8-88-8（p204)p

41、204)為為徑向進(jìn)給量徑向進(jìn)給量f fp p對磨削溫度對磨削溫度 分布的影響。分布的影響。 2 2）軸向進(jìn)給量）軸向進(jìn)給量f fa a 軸向進(jìn)給量增大，工件表軸向進(jìn)給量增大，工件表 面及表面下不同深度的溫度都將下降，可減輕磨面及表面下不同深度的溫度都將下降，可減輕磨 削燒傷。圖削燒傷。圖8-98-9為軸向進(jìn)給量為軸向進(jìn)給量f fa a對磨削溫度分布的對磨削溫度分布的 影響影響 3 3）工件速度）工件速度v vw w 工件速度增大，磨削區(qū)表面溫工件速度增大，磨削區(qū)表面溫 度會增高，但此時熱源作用時間減少，因而可減度會增高，但此時熱源作用時間減少，因而可減 輕磨削燒傷。輕磨削燒傷。 （2）砂輪與工

42、件材料）砂輪與工件材料 磨削時，砂輪表面上大部分磨粒只是與加工面磨擦磨削時，砂輪表面上大部分磨粒只是與加工面磨擦 而不是切削。加工表面上的金屬是在大量磨粒反復(fù)擠壓而不是切削。加工表面上的金屬是在大量磨粒反復(fù)擠壓 多次，其呈疲勞后才剝落。因此在切削抗力中絕大部分多次，其呈疲勞后才剝落。因此在切削抗力中絕大部分 是摩擦力。如果砂輪表面上磨粒的切削刃口再鋒利些，是摩擦力。如果砂輪表面上磨粒的切削刃口再鋒利些， 磨削力就會下降，動力消耗也會減小，從而磨削區(qū)的溫磨削力就會下降，動力消耗也會減小，從而磨削區(qū)的溫 度會下降。度會下降。 磨削導(dǎo)熱性差的材料（如耐熱鋼、軸承鋼及不銹鋼磨削導(dǎo)熱性差的材料（如耐熱鋼

43、、軸承鋼及不銹鋼 等），容易產(chǎn)生磨削燒傷，應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)等），容易產(chǎn)生磨削燒傷，應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié) 合劑和組織。如選擇較軟的砂輪，使砂輪鈍化后容易脫合劑和組織。如選擇較軟的砂輪，使砂輪鈍化后容易脫 落；選擇橡膠、樹脂等具有一定彈性的結(jié)合劑等，都有落；選擇橡膠、樹脂等具有一定彈性的結(jié)合劑等，都有 利于避免產(chǎn)生燒傷。此外在砂輪的孔隙內(nèi)浸入石蠟之類利于避免產(chǎn)生燒傷。此外在砂輪的孔隙內(nèi)浸入石蠟之類 的潤滑物質(zhì)，可減少砂輪與工件之間的摩擦熱，對降低的潤滑物質(zhì)，可減少砂輪與工件之間的摩擦熱，對降低 磨削區(qū)的溫度、防止工件燒傷也有一定效果。磨削區(qū)的溫度、防止工件燒傷也有一定效果。 （3）改善

44、冷卻條件）改善冷卻條件 現(xiàn)有冷卻方法往往效果很差，由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生現(xiàn)有冷卻方法往往效果很差，由于旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生 強(qiáng)大氣流層，使真正進(jìn)入磨削區(qū)的磨削液較少，大量的磨削液強(qiáng)大氣流層，使真正進(jìn)入磨削區(qū)的磨削液較少，大量的磨削液 噴注在已經(jīng)離開磨削區(qū)的已加工表面上，而此時磨削熱量已進(jìn)噴注在已經(jīng)離開磨削區(qū)的已加工表面上，而此時磨削熱量已進(jìn) 入工件表面造成了熱損傷。入工件表面造成了熱損傷。 內(nèi)冷卻是一種較為有效的冷卻方法。如圖內(nèi)冷卻是一種較為有效的冷卻方法。如圖8-10所示，砂輪所示，砂輪 是多孔隙能滲水的，冷卻液進(jìn)入砂輪中孔后，靠離心力的作用是多孔隙能滲水的，冷卻液進(jìn)入砂輪中孔后，靠離心力

45、的作用 甩出并直接冷卻磨削區(qū)，起到有效的冷卻作用。由于冷卻時有甩出并直接冷卻磨削區(qū)，起到有效的冷卻作用。由于冷卻時有 大量的噴霧，機(jī)床應(yīng)加防護(hù)罩。切削液必須仔細(xì)過濾，防止堵大量的噴霧，機(jī)床應(yīng)加防護(hù)罩。切削液必須仔細(xì)過濾，防止堵 塞砂輪孔隙。這一方法的缺點是操作者看不到磨削區(qū)的火花，塞砂輪孔隙。這一方法的缺點是操作者看不到磨削區(qū)的火花， 在精密磨削時無法通過觀察火花試磨對刀。在精密磨削時無法通過觀察火花試磨對刀。 （4）采用開槽砂輪）采用開槽砂輪 如圖如圖8-11所示，在砂輪的圓周上開一所示，在砂輪的圓周上開一 些橫槽，能使砂輪將冷卻液帶入磨削區(qū)，可有效改善冷卻條件。些橫槽，能使砂輪將冷卻液帶入

46、磨削區(qū)，可有效改善冷卻條件。 同時砂輪間斷磨削，工件受熱時間短，金相組織來不及轉(zhuǎn)變，同時砂輪間斷磨削，工件受熱時間短，金相組織來不及轉(zhuǎn)變， 可有效地防止燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生?？捎行У胤乐篃齻F(xiàn)象的產(chǎn)生。 第四節(jié)第四節(jié) 提高表面層物理力學(xué)性能的提高表面層物理力學(xué)性能的 加工方法加工方法 對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以 采用滾壓、噴丸等強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生采用滾壓、噴丸等強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生 殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并減小表面粗糙度殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并減小表面粗糙度。 殘余壓應(yīng)力可抵消磨削等工序的殘余拉應(yīng)殘余壓應(yīng)力可抵消磨削等工序的殘余拉應(yīng) 力，因此可以大大提高疲勞強(qiáng)

47、度及抗應(yīng)力力，因此可以大大提高疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力 腐蝕能力。但是采用強(qiáng)化工藝時應(yīng)注意不腐蝕能力。但是采用強(qiáng)化工藝時應(yīng)注意不 要造成過度硬化，過度硬化的結(jié)果會使表要造成過度硬化，過度硬化的結(jié)果會使表 面層完全失去塑性性質(zhì)甚至引起顯微裂紋面層完全失去塑性性質(zhì)甚至引起顯微裂紋 和材料剝落，帶來不良后果。和材料剝落，帶來不良后果。 1滾壓加工滾壓加工 滾壓加工是利用經(jīng)過淬火和精細(xì)研磨過的滾壓加工是利用經(jīng)過淬火和精細(xì)研磨過的 滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對金屬表面進(jìn)行擠滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對金屬表面進(jìn)行擠 壓，使受壓點產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸壓，使受壓點產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸 起部分向下壓，凹下

48、部分向上擠，逐漸將前工起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工 序留下的波峰壓平，降低了表面粗糙度；同時序留下的波峰壓平，降低了表面粗糙度；同時 它還能使工件表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應(yīng)力。它還能使工件表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應(yīng)力。 因此提高了零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。因此提高了零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。 滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型 表面，通常在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動車床表面，通常在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動車床 上進(jìn)行。如圖上進(jìn)行。如圖8-12為典型的滾壓加工示意圖。為典型的滾壓加工示意圖。 2. 噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化 噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運動的珠丸打擊

49、被加工工件表噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運動的珠丸打擊被加工工件表 面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，如圖面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，如圖8-13所示所示 為珠丸擠壓工件表面的狀態(tài)為珠丸擠壓工件表面的狀態(tài), 可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一 段時間后，自然變成球狀）。對于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘段時間后，自然變成球狀）。對于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘 留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的 直徑一般為直徑一般

50、為0.24mm，對于尺寸較小、表面粗糙度值較小的對于尺寸較小、表面粗糙度值較小的 工件，采用直徑較小的珠丸。工件，采用直徑較小的珠丸。 噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化 的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴 丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)0.7mm，零件表面粗糙度零件表面粗糙度 值可由值可由Ra52.5m 減小到減小到Ra0.630.32m ，可幾倍甚至幾十可幾倍甚至幾十 倍地提高零件的使用壽命。倍地提高零件的使用壽命。 第五節(jié)第五節(jié)

51、 機(jī)械加工中的振動機(jī)械加工中的振動 一、機(jī)械加工中的振動現(xiàn)象一、機(jī)械加工中的振動現(xiàn)象 1振動對機(jī)械加工的影響振動對機(jī)械加工的影響 機(jī)械加工過程中，刀具和工件之間常常產(chǎn)生振動，機(jī)械加工過程中，刀具和工件之間常常產(chǎn)生振動， 它使正常的切削過程受到干擾和破壞，會在工件加工表它使正常的切削過程受到干擾和破壞，會在工件加工表 面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量。強(qiáng)烈面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量。強(qiáng)烈 的振動會使切削過程無法進(jìn)行，甚至?xí)鸬毒弑廊写虻恼駝訒骨邢鬟^程無法進(jìn)行，甚至?xí)鸬毒弑廊写?刀現(xiàn)象。振動的產(chǎn)生加速了刀具或砂輪的磨損，使機(jī)床刀現(xiàn)象。振動的產(chǎn)生加速了刀具或砂輪的磨

52、損，使機(jī)床 連接部分松動，影響運動副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪連接部分松動，影響運動副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪 失精度。此外，強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污失精度。此外，強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污 染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過程中的染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過程中的 振動，有時不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降振動，有時不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降 低。低。 2機(jī)械加工中振動的種類及其主要特點機(jī)械加工中振動的種類及其主要特點 機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動，按其產(chǎn)生的原因可分為機(jī)械加工中產(chǎn)生的振動，按其產(chǎn)生的原因可分為自由振自由振 動、強(qiáng)迫振動和自激振

53、動動、強(qiáng)迫振動和自激振動三種類型。三種類型。 （1）自由振動）自由振動 當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破壞了其平衡狀當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破壞了其平衡狀 態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。由態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。由 于系統(tǒng)中總存在有阻尼，自由振動將逐漸衰減，如圖于系統(tǒng)中總存在有阻尼，自由振動將逐漸衰減，如圖8-14a所所 示。示。 （2）強(qiáng)迫振動）強(qiáng)迫振動 系統(tǒng)在周期性變化的激振力（干擾力）持續(xù)系統(tǒng)在周期性變化的激振力（干擾力）持續(xù) 作用下所產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動。強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)過程作用下所產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動。強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)過程 是簡諧振動，只要

54、有激振力存在振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減是簡諧振動，只要有激振力存在振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減 掉。如圖掉。如圖8-14b所示。所示。 （3）自激振動）自激振動 在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動 系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振動。系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振動。 切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。 自激振動也屬于不衰減的振動，對機(jī)械加工的影響較大。自激振動也屬于不衰減的振動，對機(jī)械加工的影響較大。 二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與控制二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動與控制 1 強(qiáng)迫振動的產(chǎn)生

55、原因強(qiáng)迫振動的產(chǎn)生原因 （1）系統(tǒng)外部的周期性干擾力）系統(tǒng)外部的周期性干擾力 工作機(jī)床附近其它機(jī)器工作機(jī)床附近其它機(jī)器 的工作振動經(jīng)過地基傳入正在進(jìn)行加工的機(jī)床。的工作振動經(jīng)過地基傳入正在進(jìn)行加工的機(jī)床。 （2）旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心）旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心 工藝系統(tǒng)中的高速旋轉(zhuǎn)零件，工藝系統(tǒng)中的高速旋轉(zhuǎn)零件， 如電動機(jī)轉(zhuǎn)子、帶輪、工件、卡盤、飛輪、砂輪、聯(lián)軸器等，如電動機(jī)轉(zhuǎn)子、帶輪、工件、卡盤、飛輪、砂輪、聯(lián)軸器等， 它們在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心慣性力也是引起系統(tǒng)振動的外它們在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心慣性力也是引起系統(tǒng)振動的外 界激振力。界激振力。 （3）傳動機(jī)構(gòu)的缺陷）傳動機(jī)構(gòu)的缺陷 齒輪的齒距誤差會使

56、齒輪傳動時齒輪的齒距誤差會使齒輪傳動時 齒與齒發(fā)生沖擊，而引起強(qiáng)迫振動。平帶傳動中，帶厚不均齒與齒發(fā)生沖擊，而引起強(qiáng)迫振動。平帶傳動中，帶厚不均 勻或接口處的突變，會引起帶張力的周期性變化，產(chǎn)生干擾勻或接口處的突變，會引起帶張力的周期性變化，產(chǎn)生干擾 力，引起強(qiáng)迫振動。力，引起強(qiáng)迫振動。 （4）切削過程的間隙特性）切削過程的間隙特性 常見的銑、拉、滾齒等加工，常見的銑、拉、滾齒等加工， 由于切削的不連續(xù)，導(dǎo)致切削力的周期性改變而產(chǎn)生強(qiáng)迫振由于切削的不連續(xù)，導(dǎo)致切削力的周期性改變而產(chǎn)生強(qiáng)迫振 動。動。 2.強(qiáng)迫振動的特征強(qiáng)迫振動的特征 （1）強(qiáng)迫振動的振動頻率與干擾力的頻率）強(qiáng)迫振動的振動頻率與

57、干擾力的頻率 相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍。相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍。 （2）強(qiáng)迫振動的振幅主要取決于干擾力的）強(qiáng)迫振動的振幅主要取決于干擾力的 幅值、頻率幅值、頻率和阻尼比和阻尼比。 當(dāng)系統(tǒng)受周期性動載荷作用時，產(chǎn)生單當(dāng)系統(tǒng)受周期性動載荷作用時，產(chǎn)生單 位振幅所需要激振力的大小稱為動剛度位振幅所需要激振力的大小稱為動剛度 kd。 kd=Fp/A。 詳細(xì)內(nèi)容參見詳細(xì)內(nèi)容參見p209。 3減小強(qiáng)迫振動的途徑減小強(qiáng)迫振動的途徑 強(qiáng)迫振動是由周期性變化的激振力所引起的，其振動頻率強(qiáng)迫振動是由周期性變化的激振力所引起的，其振動頻率 等于激振力的頻率，可根據(jù)振動頻率找出振源，并采取適當(dāng)措等于激振力的

58、頻率，可根據(jù)振動頻率找出振源，并采取適當(dāng)措 施加以消除。施加以消除。 （1）減小激振力）減小激振力 工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零部件，由于質(zhì)量不平工藝系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)零部件，由于質(zhì)量不平 衡，當(dāng)其高速旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生離心力（即激振力），引起系統(tǒng)衡，當(dāng)其高速旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生離心力（即激振力），引起系統(tǒng) 振動。對這類振源，主要是通過靜平衡或動平衡加以消除。振動。對這類振源，主要是通過靜平衡或動平衡加以消除。 傳動機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運動機(jī)構(gòu)的慣性沖擊也是使系統(tǒng)產(chǎn)傳動機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運動機(jī)構(gòu)的慣性沖擊也是使系統(tǒng)產(chǎn) 生振動的重要原因之一。因此應(yīng)提高傳動元件的制造和裝配精生振動的重要原因之一。因此應(yīng)提高傳動元件的制造和裝配精

59、 度。度。 （2）調(diào)整振源頻率）調(diào)整振源頻率 由強(qiáng)迫振動的特性可知，當(dāng)激振力的頻由強(qiáng)迫振動的特性可知，當(dāng)激振力的頻 率接近系統(tǒng)固有頻率時，會發(fā)生共振。因此，可通過改變電機(jī)率接近系統(tǒng)固有頻率時，會發(fā)生共振。因此，可通過改變電機(jī) 轉(zhuǎn)速或傳動比，使激振力的頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有頻率，避免共振。轉(zhuǎn)速或傳動比，使激振力的頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)固有頻率，避免共振。 （3）提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼）提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼 提高剛度、增大阻尼是增提高剛度、增大阻尼是增 強(qiáng)系統(tǒng)抗振能力的基本措施。強(qiáng)系統(tǒng)抗振能力的基本措施。 （4）采取隔振措施。）采取隔振措施。 （5）采用減振裝置。）采用減振裝置。 三、機(jī)械加工中的自激振動與

60、控制三、機(jī)械加工中的自激振動與控制 1自激振動的產(chǎn)生及特征自激振動的產(chǎn)生及特征 （1）自激振動的產(chǎn)生）自激振動的產(chǎn)生 既然沒有周期性外力的作用，那么激既然沒有周期性外力的作用，那么激 發(fā)自激振動的交變力是怎樣產(chǎn)生的呢？用傳遞函數(shù)的概念來分發(fā)自激振動的交變力是怎樣產(chǎn)生的呢？用傳遞函數(shù)的概念來分 析，機(jī)械加工系統(tǒng)是一個由振動系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成的閉環(huán)系析，機(jī)械加工系統(tǒng)是一個由振動系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成的閉環(huán)系 統(tǒng)，如圖統(tǒng)，如圖8-18(p210)所示。所示。激勵工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運動的交變力激勵工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運動的交變力 是由切削過程產(chǎn)生的，而切削過程同時又受工藝系統(tǒng)的振動的是由切削過程產(chǎn)生的，而切削過