高速切削-課件 (6)

1、 第四章第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量4-1 概述概述4-2 表面粗糙度及降低的工藝措施表面粗糙度及降低的工藝措施4-3 表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求1.掌握機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義。掌握機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義。2.弄清機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能和使用弄清機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能和使用壽命的影響。壽命的影響。3.弄清表面粗糙度、加工硬化、殘余應(yīng)力產(chǎn)生原弄清表面粗糙度、加工硬化、殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因及影響因素。因及影響因素。4.了解振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響。了解振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響。本章重點(diǎn)本章重點(diǎn):表面

2、粗糙度對(duì)零件使用性能的影響表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響本章難點(diǎn)本章難點(diǎn): 影響加工表面質(zhì)量的因素分析及相應(yīng)影響加工表面質(zhì)量的因素分析及相應(yīng)的工藝措施。的工藝措施。4-1 概述概述 一一. 機(jī)械加工表面質(zhì)量主要包含如下內(nèi)容：機(jī)械加工表面質(zhì)量主要包含如下內(nèi)容：加工表面的幾何形狀特征和加工表面層的物加工表面的幾何形狀特征和加工表面層的物理力學(xué)性能的變化。理力學(xué)性能的變化。n1）表面粗糙度）表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微觀幾何表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差，其波長(zhǎng)與波高比值一般小于形狀誤差，其波長(zhǎng)與波高比值一般小于50。n2）波度）波度 加工表面不平度中波長(zhǎng)與波高的比值等于加工表面不平

3、度中波長(zhǎng)與波高的比值等于501000的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機(jī)械的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機(jī)械加工中的振動(dòng)引起的。當(dāng)波長(zhǎng)與波高比值大于加工中的振動(dòng)引起的。當(dāng)波長(zhǎng)與波高比值大于1000時(shí)，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤時(shí)，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤差，圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇。差，圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇。n3）紋理方向）紋理方向 紋理方向是指表面刀紋的方向，它取紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過(guò)程中所采用的機(jī)械加工方法。決于表面形成過(guò)程中所采用的機(jī)械加工方法。n4）傷痕）傷痕 傷痕是在加工表面上一些個(gè)別位置上出現(xiàn)傷痕是在加工表面上一些個(gè)別位

4、置上出現(xiàn)的缺陷，例如砂眼、氣孔、裂痕等。的缺陷，例如砂眼、氣孔、裂痕等。加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征圖圖4-1 加工表面形狀誤差、表面波度與粗糙度加工表面形狀誤差、表面波度與粗糙度 加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征n加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注加工紋理方向及其符號(hào)標(biāo)注 圖圖4-2 零件加工表面層沿深度的組成及變化零件加工表面層沿深度的組成及變化（二）（二） 加工表面層的物理、機(jī)械性能的變化，主要加工表面層的物理、機(jī)械性能的變化，主要有以下三方面內(nèi)容：有以下三方面內(nèi)容： （1）加工表面層因塑性變形產(chǎn)生的冷作硬度；）加工表面層因塑性變形產(chǎn)生的冷作硬度； （2）加工表面因切削

5、或磨削熱引起的金相組織）加工表面因切削或磨削熱引起的金相組織 變化；變化； （3）加工表面層因力或熱的作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。）加工表面層因力或熱的作用產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。冷作硬度：表面層的冷作硬化是在切削或磨削加工過(guò)程中，冷作硬度：表面層的冷作硬化是在切削或磨削加工過(guò)程中，若加工若加工表面層產(chǎn)生的塑性變形表面層產(chǎn)生的塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移晶格嚴(yán)使晶體間產(chǎn)生剪切滑移晶格嚴(yán)重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長(zhǎng)，破碎纖維化，引起表面層硬度重扭曲，并產(chǎn)生晶粒的拉長(zhǎng)，破碎纖維化，引起表面層硬度和強(qiáng)度都提高的現(xiàn)象。和強(qiáng)度都提高的現(xiàn)象。金相組織的變化金相組織的變化磨削燒傷現(xiàn)象：磨削燒傷現(xiàn)象：機(jī)加時(shí)，切削所消耗的能量大部

6、分轉(zhuǎn)化為切削熱，導(dǎo)致加工機(jī)加時(shí)，切削所消耗的能量大部分轉(zhuǎn)化為切削熱，導(dǎo)致加工表面溫度升高。當(dāng)表面溫度超過(guò)金相組織臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)表面溫度升高。當(dāng)表面溫度超過(guò)金相組織臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生金相組織的變化，磨削時(shí)更易產(chǎn)生，此時(shí)材料強(qiáng)度、硬度生金相組織的變化，磨削時(shí)更易產(chǎn)生，此時(shí)材料強(qiáng)度、硬度降低，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋。例如降低，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋。例如 對(duì)一些合金鋼對(duì)一些合金鋼（軸承鋼、高速鋼等）傳熱性能特別差，易產(chǎn)生此現(xiàn)象。（軸承鋼、高速鋼等）傳熱性能特別差，易產(chǎn)生此現(xiàn)象。 二二 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器產(chǎn)品使用性能和機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響使用壽命的影響（一）

7、表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度（一）表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度及其保持性的影響及其保持性的影響零件工作精度的保持性零件工作精度的保持性主要取決主要取決于零件工作表面的耐磨性，于零件工作表面的耐磨性，耐磨耐磨性越高，工作精度保持性越好。性越高，工作精度保持性越好。1.表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響實(shí)驗(yàn)證明：初期磨損量與表面粗實(shí)驗(yàn)證明：初期磨損量與表面粗糙度有關(guān)。糙度有關(guān)。-輕載潤(rùn)滑良好，輕載潤(rùn)滑良好， -重載潤(rùn)滑條件差。重載潤(rùn)滑條件差。2.冷作硬化的影響冷作硬化的影響通常冷作硬化減少摩擦副接觸表面的彈性和通常冷作硬化減少摩擦副接觸表面的彈性和塑性變形，提高耐磨性。但過(guò)渡的冷作硬化塑性變形，

8、提高耐磨性。但過(guò)渡的冷作硬化將引起表面金相組織的過(guò)渡將引起表面金相組織的過(guò)渡“疏松疏松”，甚至，甚至產(chǎn)生微觀裂紋或剝落。產(chǎn)生微觀裂紋或剝落。 3.金相組織的影響金相組織的影響淬火鋼在磨削時(shí)產(chǎn)生表面回火軟化，將使表淬火鋼在磨削時(shí)產(chǎn)生表面回火軟化，將使表面的硬度和耐磨性明顯下降。面的硬度和耐磨性明顯下降。 （二）表面質(zhì)量對(duì)抗腐蝕性的影響（二）表面質(zhì)量對(duì)抗腐蝕性的影響當(dāng)機(jī)器零件在潮濕的空氣或腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí)，當(dāng)機(jī)器零件在潮濕的空氣或腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生腐蝕。會(huì)產(chǎn)生腐蝕。1.電化腐蝕：由于兩個(gè)不同金屬材料表面接觸時(shí)，電化腐蝕：由于兩個(gè)不同金屬材料表面接觸時(shí)，在粗糙度的頂峰產(chǎn)生電化學(xué)作用而被腐蝕

9、的現(xiàn)象。在粗糙度的頂峰產(chǎn)生電化學(xué)作用而被腐蝕的現(xiàn)象。2.化學(xué)腐蝕：在加工表面粗糙度凹處積聚腐蝕性介化學(xué)腐蝕：在加工表面粗糙度凹處積聚腐蝕性介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。腐蝕程度都與表面粗糙度有關(guān)。腐蝕程度都與表面粗糙度有關(guān)。（三）表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（三）表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響1.表面粗糙度的影響：表面粗糙度的影響：表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度越低。表面越粗糙，疲勞強(qiáng)度越低。 2.冷作硬化的影響：可阻礙裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。冷作硬化的影響：可阻礙裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。3.殘余應(yīng)力的影響：壓應(yīng)力可部分抵消交變載荷施殘余應(yīng)力的影響：壓應(yīng)力可部分抵消交變載荷施加的拉應(yīng)力，阻礙和延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生和

10、擴(kuò)大。加的拉應(yīng)力，阻礙和延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)大。（四）表面質(zhì)量對(duì)零件之間配合性質(zhì)的影響（四）表面質(zhì)量對(duì)零件之間配合性質(zhì)的影響表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響小結(jié)小結(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響影響（一）表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度及其保持性的影響（一）表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度及其保持性的影響（二）表面質(zhì)量對(duì)抗腐蝕性的影響（二）表面質(zhì)量對(duì)抗腐蝕性的影響（三）表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（三）表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（四）表面質(zhì)量對(duì)零件之間配合性質(zhì)的影響（四）表面質(zhì)量對(duì)零件之間配合性質(zhì)的影響4-2 表面粗糙度及降低的工藝措施表面粗糙

11、度及降低的工藝措施 一一.切削加工中切削加工中 影響表面粗糙度的主要因素：影響表面粗糙度的主要因素：切削時(shí)造成加工表面粗糙度的因素有：切削時(shí)造成加工表面粗糙度的因素有：幾何因素、物理因素、幾何因素、物理因素、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。（一）幾何因素：（一）幾何因素：kr、kr 、f、r從公式中發(fā)現(xiàn)：表面粗糙度與刀具的幾何角度、進(jìn)給量從公式中發(fā)現(xiàn)：表面粗糙度與刀具的幾何角度、進(jìn)給量有關(guān)。（圖有關(guān)。（圖5-6）措施：選擇合理的刀具的幾何角度、減小進(jìn)給量。措施：選擇合理的刀具的幾何角度、減小進(jìn)給量。 （二）（二） 物理因素（以車削為例）物理因素（以車削為例）1. 切削用量：切削用量：f0.

12、15mm/r時(shí)，時(shí)，f增大，增大，Rz增大，增大， f0.15mm/r時(shí)，時(shí)，f對(duì)對(duì)Rz影響小。影響小。 對(duì)塑性材料對(duì)塑性材料 v增大，增大，Rz減小，（見(jiàn)圖減小，（見(jiàn)圖5-7） 對(duì)脆性材料對(duì)脆性材料 v對(duì)對(duì)Rz影響小。影響小。2. 工件材料的韌性和塑性變形傾向越大，切削加工工件材料的韌性和塑性變形傾向越大，切削加工后表面粗糙度越高。低碳鋼高于中碳鋼。后表面粗糙度越高。低碳鋼高于中碳鋼。3. 刀具材料的影響：硬質(zhì)合金刀具高于高速鋼，金刀具材料的影響：硬質(zhì)合金刀具高于高速鋼，金剛石刀具高于硬質(zhì)合金刀具。剛石刀具高于硬質(zhì)合金刀具。（三）工藝系統(tǒng)的振動(dòng)（三）工藝系統(tǒng)的振動(dòng) 低頻振動(dòng)產(chǎn)生波度，高頻振動(dòng)

13、對(duì)已加工表面產(chǎn)低頻振動(dòng)產(chǎn)生波度，高頻振動(dòng)對(duì)已加工表面產(chǎn)生粗糙度。生粗糙度。注意：注意：影響粗糙度的因素較多，加工中考慮主要因素的影響粗糙度的因素較多，加工中考慮主要因素的影響：影響：加工脆性材料主要考慮幾何因素的影響。加工脆性材料主要考慮幾何因素的影響。加工塑性材料主要考慮物理因素的影響。加工塑性材料主要考慮物理因素的影響。二二. 在磨削加工中影響表面粗糙度的主要因在磨削加工中影響表面粗糙度的主要因素：素：包括：幾何因素和物理因素的影響。包括：幾何因素和物理因素的影響。如：如：砂輪磨料粒度號(hào)砂輪磨料粒度號(hào)越大，砂輪速度越大，砂輪速度v砂砂越高越高，工件速度工件速度v工工越低越低，砂輪相對(duì)工件的

14、進(jìn)給量，砂輪相對(duì)工件的進(jìn)給量f、背吃刀量越小，加工后的表面粗糙度越、背吃刀量越小，加工后的表面粗糙度越低。低。（圖（圖5-8、圖、圖5-9、圖、圖5-10）此外，砂輪的修整、冷卻液的成分與潔凈程此外，砂輪的修整、冷卻液的成分與潔凈程度等對(duì)磨削質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響。度等對(duì)磨削質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響。7.248.066.08.0砂工vfvCRap圖圖5-8砂輪速度高、工件速度低對(duì)降低加工表面粗糙度有砂輪速度高、工件速度低對(duì)降低加工表面粗糙度有利，但如圖利，但如圖5-19 曲線的右下方容易出現(xiàn)磨削燒傷，曲線的右下方容易出現(xiàn)磨削燒傷，曲線的左上方為安全區(qū)。實(shí)踐證明，同時(shí)提高砂輪曲線的左上方為安全區(qū)。實(shí)踐證明，同

15、時(shí)提高砂輪速度和工件速度可以避免磨削燒傷，所以工件的速速度和工件速度可以避免磨削燒傷，所以工件的速度不宜過(guò)低。度不宜過(guò)低。在切削加工中：在切削加工中：（一）合理選擇刀具材料和刀具幾何參數(shù)；（一）合理選擇刀具材料和刀具幾何參數(shù)；（二）提高刀具刃磨質(zhì)量；（二）提高刀具刃磨質(zhì)量；（三）改善工件切削性能；（三）改善工件切削性能；（四）合理選擇切削用量等。（四）合理選擇切削用量等。在磨削加工中：在磨削加工中：砂輪砂輪磨料粒度號(hào)磨料粒度號(hào)越大，砂輪速度越大，砂輪速度v砂越高，工砂越高，工件速度件速度v工越低，砂輪相對(duì)工件的進(jìn)給量工越低，砂輪相對(duì)工件的進(jìn)給量f、背、背吃刀量越小，加工后的表面粗糙度越低。吃刀

16、量越小，加工后的表面粗糙度越低。 三三 降低表面粗糙度的工藝措施降低表面粗糙度的工藝措施小結(jié)小結(jié)1.切削時(shí)造成加工表面粗糙度的因素有：切削時(shí)造成加工表面粗糙度的因素有：幾何因素、物理因素、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。幾何因素、物理因素、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。2.降低表面粗糙度的工藝措施降低表面粗糙度的工藝措施4-3 表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施一一 冷作硬化冷作硬化h 硬化層深度硬化層深度HV 表面層顯微硬度表面層顯微硬度Z 距表層深度距表層深度N 硬化程度硬化程度（一）影響表面層冷作硬化的因素（一）影響表面層冷作硬化的因素1.切削用量：切削用量：v增大，硬化

17、程度減?。辉龃螅不潭葴p?。?f增大，硬化程度增大。增大，硬化程度增大。2.刀具：刃口圓角和后刀面的磨損量越大，硬化刀具：刃口圓角和后刀面的磨損量越大，硬化程度越大。程度越大。3.被加工材料：硬度越低、塑性越大，硬化程度被加工材料：硬度越低、塑性越大，硬化程度越嚴(yán)重。越嚴(yán)重。4.產(chǎn)生塑變的力產(chǎn)生塑變的力5.變形溫度。變形溫度。 （二）減少表面層冷作硬化的措施（二）減少表面層冷作硬化的措施1.合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大前角、后合理選擇刀具的幾何形狀，采用較大前角、后角，并在刃磨時(shí)盡量減小其切削刃的刀口半徑。角，并在刃磨時(shí)盡量減小其切削刃的刀口半徑。2.使用刀具時(shí)，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損

18、限度。使用刀具時(shí)，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損限度。3.合理選擇刀具的切削用量，采用較高切削速度合理選擇刀具的切削用量，采用較高切削速度和較小進(jìn)給量。和較小進(jìn)給量。4.加工時(shí)采取有效的冷卻潤(rùn)滑液。加工時(shí)采取有效的冷卻潤(rùn)滑液。 二二 表面層的金相組織的變化表面層的金相組織的變化（一）磨削燒傷現(xiàn)象：機(jī)加時(shí)一）磨削燒傷現(xiàn)象：機(jī)加時(shí),切削所消耗的能量大切削所消耗的能量大部分轉(zhuǎn)化為切削熱部分轉(zhuǎn)化為切削熱,導(dǎo)致加工表面溫度升高。當(dāng)表導(dǎo)致加工表面溫度升高。當(dāng)表面溫度超過(guò)金相組織臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生金相組面溫度超過(guò)金相組織臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生金相組織的變化，磨削時(shí)更易產(chǎn)生，此時(shí)材料強(qiáng)度、硬織的變化，磨削時(shí)更易產(chǎn)生，此

19、時(shí)材料強(qiáng)度、硬度降低，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋。度降低，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂紋。例如：對(duì)一些高合金鋼（軸承鋼、高速鋼等）傳熱例如：對(duì)一些高合金鋼（軸承鋼、高速鋼等）傳熱性能特別差，易產(chǎn)生此現(xiàn)象。性能特別差，易產(chǎn)生此現(xiàn)象。（二）減輕燒傷的工藝措施主要有：（二）減輕燒傷的工藝措施主要有： 正確選用砂輪；合理選擇磨削用量；正確選用砂輪；合理選擇磨削用量； 改善冷卻條改善冷卻條件；件； 采用低應(yīng)力磨削工藝等。采用低應(yīng)力磨削工藝等。1 局部溫升過(guò)高，引起的表面層殘余應(yīng)力。局部溫升過(guò)高，引起的表面層殘余應(yīng)力。（以磨削為例產(chǎn)生拉應(yīng)力）；（以磨削為例產(chǎn)生拉應(yīng)力）；2 局部金相組織變化引起的表面殘余應(yīng)力（

20、以淬火鋼局部金相組織變化引起的表面殘余應(yīng)力（以淬火鋼磨削為例：組織不同磨削為例：組織不同-比重不同比重不同-比容積不同比容積不同-產(chǎn)生拉、產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力）；壓應(yīng)力）；3 表面層局部冷態(tài)塑性變形所引起的殘應(yīng)力（普遍存表面層局部冷態(tài)塑性變形所引起的殘應(yīng)力（普遍存在于切削過(guò)程中，一般產(chǎn)生拉應(yīng)力、刀具前角為負(fù)在于切削過(guò)程中，一般產(chǎn)生拉應(yīng)力、刀具前角為負(fù)值時(shí)產(chǎn)生壓應(yīng)力）；值時(shí)產(chǎn)生壓應(yīng)力）；4 表層金屬冷態(tài)塑性變形后，金屬比重下降，由比容表層金屬冷態(tài)塑性變形后，金屬比重下降，由比容積大導(dǎo)致的表面殘余應(yīng)力。（晶格被扭曲，金屬比積大導(dǎo)致的表面殘余應(yīng)力。（晶格被扭曲，金屬比重下降，比容積增大，產(chǎn)生壓應(yīng)力）。重下

21、降，比容積增大，產(chǎn)生壓應(yīng)力）。 三三 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力1 局部溫升過(guò)高，引起的表面層殘余應(yīng)力（以磨局部溫升過(guò)高，引起的表面層殘余應(yīng)力（以磨削為例削為例-產(chǎn)生拉應(yīng)力）產(chǎn)生拉應(yīng)力） 金屬材料的線膨脹系數(shù)金屬材料的線膨脹系數(shù)1 加工時(shí)曾出現(xiàn)的高溫加工時(shí)曾出現(xiàn)的高溫0 室溫室溫表面層從表面層從800冷卻到室溫冷卻到室溫20時(shí)就要收縮時(shí)就要收縮L。196610936. 0101 . 225llE拉MPa拉應(yīng)力的值拉應(yīng)力的值相當(dāng)大，高相當(dāng)大，高溫磨削中產(chǎn)溫磨削中產(chǎn)生的殘余應(yīng)生的殘余應(yīng)力可使加工力可使加工表面產(chǎn)生裂表面產(chǎn)生裂紋。紋。2 局部金相組織變化引起的表面殘余應(yīng)力局部金相組織變化引起的表面

22、殘余應(yīng)力78. 775. 7VVV78. 703. 011VV78. 703. 0VV不同的金相組織具有不同的比重，即比容積不同。不同的金相組織具有不同的比重，即比容積不同。表層與基體組織的不同產(chǎn)生殘余應(yīng)力。表層與基體組織的不同產(chǎn)生殘余應(yīng)力。例如：磨削淬火鋼，表面由馬氏體變?yōu)榍象w。例如：磨削淬火鋼，表面由馬氏體變?yōu)榍象w。比重從比重從7.75 增至增至7.78 ，此時(shí)比容積，此時(shí)比容積縮小?？s小。3/cmg3/cmg2 局部金相組織變化引起的表面殘余應(yīng)力局部金相組織變化引起的表面殘余應(yīng)力78. 703. 0VVVVllMPallE270910129. 0101 . 225拉1210129.

23、078. 701. 03VVll體膨脹系數(shù)體膨脹系數(shù) 是線膨脹系數(shù)線是線膨脹系數(shù)線 的三倍，故的三倍，故3 表層金屬局部冷態(tài)塑性變形所引起的表面殘余應(yīng)力。表層金屬局部冷態(tài)塑性變形所引起的表面殘余應(yīng)力。 切屑離開(kāi)加工表面時(shí)，其根部金屬因塑變要收縮，切屑離開(kāi)加工表面時(shí)，其根部金屬因塑變要收縮，基體金屬阻礙其收縮，從而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。基體金屬阻礙其收縮，從而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 4 表層金屬冷態(tài)塑性變形（冷拔、滾壓等）后，晶格表層金屬冷態(tài)塑性變形（冷拔、滾壓等）后，晶格被扭曲，金屬比重下降，由比容積增大，導(dǎo)致的表被扭曲，金屬比重下降，由比容積增大，導(dǎo)致的表面硬度提高并產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。面硬度提高并產(chǎn)生殘余

24、壓應(yīng)力。注意：注意： 切削加工中，切削熱不多時(shí)，表層以冷態(tài)塑性變形切削加工中，切削熱不多時(shí)，表層以冷態(tài)塑性變形為主，產(chǎn)生壓應(yīng)力；為主，產(chǎn)生壓應(yīng)力；切削熱多時(shí)，表層以冷態(tài)塑性切削熱多時(shí)，表層以冷態(tài)塑性變形產(chǎn)生的壓應(yīng)力與局部溫升過(guò)高產(chǎn)生的拉應(yīng)力部變形產(chǎn)生的壓應(yīng)力與局部溫升過(guò)高產(chǎn)生的拉應(yīng)力部分相互抵消，壓力的類型看實(shí)際情況。磨削時(shí)，切分相互抵消，壓力的類型看實(shí)際情況。磨削時(shí)，切削熱多產(chǎn)生拉應(yīng)力。削熱多產(chǎn)生拉應(yīng)力。 四四 減少殘余應(yīng)力、防止表面燒傷和裂紋的工藝措施減少殘余應(yīng)力、防止表面燒傷和裂紋的工藝措施 （時(shí)效處理可減少或消除殘余應(yīng)力）（時(shí)效處理可減少或消除殘余應(yīng)力）（一）合理選擇磨削用量（一）合理

25、選擇磨削用量 提高工件速度，提高工件速度，可減輕磨削燒傷又可提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，可減輕磨削燒傷又可提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，但粗糙度增大。但粗糙度增大。 實(shí)踐證明：可同時(shí)提高工件速度和砂輪速度可避免磨實(shí)踐證明：可同時(shí)提高工件速度和砂輪速度可避免磨削燒傷。削燒傷。見(jiàn)圖見(jiàn)圖5-19 ；（二）提高冷卻效果：可采用高壓大流量冷卻。（二）提高冷卻效果：可采用高壓大流量冷卻。（三）提高砂輪的磨削性能（提高磨粒強(qiáng)度、硬度，刀（三）提高砂輪的磨削性能（提高磨粒強(qiáng)度、硬度，刀尖鋒利，改善了切削條件）尖鋒利，改善了切削條件）5 表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝1.噴丸強(qiáng)化：噴丸強(qiáng)化： 利用壓縮空氣噴丸裝置，將珠丸以利用壓縮空氣噴丸裝置

26、，將珠丸以高速（高速（3050m/s）打擊零件表）打擊零件表面，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)面，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力。此時(shí)由于金屬晶粒的形狀方向力。此時(shí)由于金屬晶粒的形狀方向發(fā)生改變，可提高零件的疲勞強(qiáng)度發(fā)生改變，可提高零件的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。和使用壽命。適用范圍：用于強(qiáng)化形狀比較復(fù)雜不適用范圍：用于強(qiáng)化形狀比較復(fù)雜不宜用其他方法強(qiáng)化的零件。如板彈宜用其他方法強(qiáng)化的零件。如板彈簧、齒輪曲軸等?；伞X輪曲軸等。2.滾柱滾壓強(qiáng)化：滾柱滾壓強(qiáng)化：通過(guò)淬火鋼滾柱在零件表面上進(jìn)行滾壓，使表面通過(guò)淬火鋼滾柱在零件表面上進(jìn)行滾壓，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，從而提高零件的承產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，

27、從而提高零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。載能力和疲勞強(qiáng)度。習(xí)題習(xí)題 1.刨削加工一塊鋼板，在切削力作用下，被加刨削加工一塊鋼板，在切削力作用下，被加工表面上產(chǎn)生了塑性變形，其比重從工表面上產(chǎn)生了塑性變形，其比重從7.87 增至增至7.78 ，判斷應(yīng)力的類型并計(jì)算應(yīng)，判斷應(yīng)力的類型并計(jì)算應(yīng)力的大小。力的大小。 已知：已知：3/cmg3/cmg3/mN11101 . 2E2.在外圓磨床上磨削一根剛度較大已淬火的在外圓磨床上磨削一根剛度較大已淬火的65號(hào)鋼光軸，磨削時(shí)工件的表面溫度高達(dá)號(hào)鋼光軸，磨削時(shí)工件的表面溫度高達(dá)800，磨削時(shí)因使用冷卻液產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，磨削時(shí)因使用冷卻液產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，表面密度由表面密

28、度由7.75 增至增至7.78 。試。試問(wèn)表面層的殘余應(yīng)力有多大？問(wèn)表面層的殘余應(yīng)力有多大？已知：已知：（1）表面由熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力。）表面由熱產(chǎn)生的拉應(yīng)力。（2）表面由金相組織的變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力。）表面由金相組織的變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力。3/cmg3/cmg）（/11012611101 . 2E3/mN六.機(jī)械加工中的振動(dòng)（一）振動(dòng)的危害：（一）振動(dòng)的危害： 1. 振動(dòng)會(huì)使工藝系統(tǒng)的正常切削過(guò)程受到干擾振動(dòng)會(huì)使工藝系統(tǒng)的正常切削過(guò)程受到干擾和破壞，從而使零件加工表面出現(xiàn)振紋，降低和破壞，從而使零件加工表面出現(xiàn)振紋，降低零件的加工精度和表面質(zhì)量。零件的加工精度和表面質(zhì)量。2.強(qiáng)烈的振動(dòng)甚至使刀具強(qiáng)烈的

29、振動(dòng)甚至使刀具“崩刀崩刀”，振動(dòng)會(huì)使刀，振動(dòng)會(huì)使刀具的耐用度和使用壽命降低。具的耐用度和使用壽命降低。3.產(chǎn)生刺耳的噪音，惡化工作環(huán)境，影響工人的產(chǎn)生刺耳的噪音，惡化工作環(huán)境，影響工人的健康。健康。 （二）振動(dòng)的分類：（見(jiàn)波形圖）（二）振動(dòng)的分類：（見(jiàn)波形圖）1. 自由振動(dòng)：往往由于切削力的突然變化或外界沖擊自由振動(dòng)：往往由于切削力的突然變化或外界沖擊等原因引起的，可以迅速衰減，對(duì)機(jī)械加工過(guò)程影響等原因引起的，可以迅速衰減，對(duì)機(jī)械加工過(guò)程影響較小。（占較小。（占5%）2.強(qiáng)迫振動(dòng)：在外界周期性干擾力作用下產(chǎn)生，但振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)：在外界周期性干擾力作用下產(chǎn)生，但振動(dòng)本身并不能引起干擾力的變化。（占

30、本身并不能引起干擾力的變化。（占30%）產(chǎn)生周期性干擾力的振源：產(chǎn)生周期性干擾力的振源：（1）機(jī)外（）機(jī)外（2）機(jī)內(nèi)：電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、齒輪嚙合時(shí)的）機(jī)內(nèi)：電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、齒輪嚙合時(shí)的沖擊、切削時(shí)的沖擊力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力等。沖擊、切削時(shí)的沖擊力、往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力等。振動(dòng)的主要類型振動(dòng)的主要類型自激振動(dòng)（自激振動(dòng)（65%）3.強(qiáng)迫振動(dòng)的特征強(qiáng)迫振動(dòng)的特征 在機(jī)械加工中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，在機(jī)械加工中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與干擾力其振動(dòng)頻率與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍。的頻率相同，或是干擾力頻率的整數(shù)倍。此種頻率對(duì)此種頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系是診斷機(jī)械加工中所產(chǎn)生的振動(dòng)是否為強(qiáng)迫振應(yīng)關(guān)系是診

31、斷機(jī)械加工中所產(chǎn)生的振動(dòng)是否為強(qiáng)迫振動(dòng)的主要依據(jù)，并可利用上述頻率特征去分析、查找動(dòng)的主要依據(jù)，并可利用上述頻率特征去分析、查找強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。 強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與干擾力的幅值有關(guān)，又與工藝系強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與干擾力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，在干擾力源頻率不變統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，在干擾力源頻率不變的情況下，干擾力的幅值越大，強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值將隨的情況下，干擾力的幅值越大，強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值將隨之增大。工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值影響之增大。工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值影響極大。極大。 4.自激振動(dòng)自激振動(dòng)n機(jī)械加工過(guò)程中，在沒(méi)有周期性外力作

32、用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激機(jī)械加工過(guò)程中，在沒(méi)有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)，簡(jiǎn)稱為顫振。發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)，簡(jiǎn)稱為顫振。n維持自激振動(dòng)的能量來(lái)自電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)動(dòng)態(tài)切削過(guò)程維持自激振動(dòng)的能量來(lái)自電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)動(dòng)態(tài)切削過(guò)程把能量輸給振動(dòng)系統(tǒng)，以維持振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。把能量輸給振動(dòng)系統(tǒng)，以維持振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 n與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：n機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在沒(méi)有外力在沒(méi)有外力(相對(duì)于切削過(guò)程而言相對(duì)于切削過(guò)程而言)干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，干擾下所產(chǎn)生的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這與強(qiáng)迫振動(dòng)有本質(zhì)的區(qū)別；自這與強(qiáng)迫振動(dòng)有本質(zhì)的區(qū)別；自激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，這就是說(shuō)顫振頻率取激振動(dòng)的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，這就是說(shuō)顫振頻率取決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動(dòng)相似決于振動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動(dòng)相似(但不相同但不相同)，而與強(qiáng)迫振動(dòng)根本不同。自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而與強(qiáng)迫振動(dòng)根本不同。自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動(dòng)卻不因有阻尼存在而衰減。而自激振動(dòng)卻不因有阻尼存在而衰減。5. 機(jī)械加工振動(dòng)的控制機(jī)械加工振動(dòng)的控制1）增大工藝系統(tǒng)的阻尼。）增大工藝系統(tǒng)的阻尼。工藝系統(tǒng)的阻尼主工藝系統(tǒng)的阻尼主要來(lái)自零部件材料的內(nèi)阻尼、結(jié)合面上的摩要