第五章 機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、第五章第五章 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件使用機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件使用 性能的影響性能的影響第二節(jié)第二節(jié) 影響表面粗糙度的工藝因素及其改善措施影響表面粗糙度的工藝因素及其改善措施第三節(jié)第三節(jié) 影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素及其影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素及其 改善措施改善措施第四節(jié)第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的振動(dòng)及其控制措施工藝系統(tǒng)的振動(dòng)及其控制措施第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義圖5-1表面質(zhì)量的含義有兩方面內(nèi)容。1 1、表面的幾何特征、

2、表面的幾何特征圖5-2u（1）表面粗糙度u（2）表面波度u（3）紋理方向2 2、表面層物理力學(xué)性能、表面層物理力學(xué)性能由于機(jī)械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能發(fā)生一定的變化，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：u1）表面層加工硬化（冷作硬化）。u2）表面層金相組織變化。u3）表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 1 1、表面質(zhì)量對(duì)零件、表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性耐磨性的影響的影響零件的磨損可分為三個(gè)階段：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段。圖5-3圖5-4圖5-5 2 2、表面質(zhì)量對(duì)零件、表面質(zhì)量對(duì)零件疲

3、勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度的影響的影響在交變載荷作用下，零件表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷最易形成應(yīng)力集中，并發(fā)展成疲勞裂紋，導(dǎo)致零件疲勞破壞。表面殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響極大。表面層的加工硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度也有影響。3 3、表面質(zhì)量對(duì)零件、表面質(zhì)量對(duì)零件耐蝕性耐蝕性的影響的影響零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度值。表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐蝕性也有較大影響。 4 4、表面質(zhì)量對(duì)、表面質(zhì)量對(duì)配合性質(zhì)配合性質(zhì)的影響的影響相配零件間的配合關(guān)系是用過(guò)盈量或間隙值來(lái)表示的。對(duì)間隙配合而言，表面粗糙度值太大，會(huì)使配合表面很快磨損而增大配合間隙，改變配合性質(zhì)，降低配合精度。對(duì)過(guò)盈配合而言，裝配時(shí)配合表面的波峰被擠平，減小了

4、實(shí)際過(guò)盈量，降低了連接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。所以對(duì)有配合要求的表面都要求有較小的表面粗糙度值。表面殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件形狀和尺寸發(fā)生變化，因此對(duì)配合性質(zhì)也有一定的影響。三、表面完整性的概念三、表面完整性的概念表面完整性的內(nèi)容主要有：u(1)表面形貌u (2)表面缺陷u (3)微觀組織與表面層的冶金化學(xué)特性1)微觀裂紋。2)微觀組織變化，包括晶粒大小和形狀、析出物和 再結(jié)晶等的變化。3)晶間腐蝕和化學(xué)成分的優(yōu)先溶解。4)對(duì)于氫氧等元素的化學(xué)吸收作用所引起的脆性等。u (4)表面層物理力學(xué)性能u (5)表面層其他工程技術(shù)特性第二節(jié)第二節(jié) 影響表面粗糙度的工藝因素及影響表面粗糙度的工藝

5、因素及其改善措施其改善措施一、切削加工的表面粗糙度一、切削加工的表面粗糙度1 1、幾何因素、幾何因素圖5-62 2、物理因素、物理因素影響切削加工表面粗糙度的物理因素：u（1）工件材料的影響u（2）刀具幾何參數(shù)的影響u（3）切削用量的影響u（4）刀具材料與刃磨質(zhì)量的影響u（5）冷卻潤(rùn)滑液的影響圖5-7圖5-8二、磨削加工的表面粗糙度二、磨削加工的表面粗糙度圖5-91)與磨削砂輪有關(guān)的因素主要是砂輪的粒度、硬度以及對(duì)砂輪的修整等。(2)與工件材質(zhì)有關(guān)的因素包括材料的硬度、塑性、導(dǎo)熱性等。圖5-10(3)與加工條件有關(guān)的因素包括磨削用量、冷卻條件及工藝系統(tǒng)的精度與抗振性等。圖5-11第三節(jié)第三節(jié)

6、影響零件表面層物理力學(xué)性能影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素及其改善措施的因素及其改善措施一、表面層的加工硬化一、表面層的加工硬化1 1、加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標(biāo)、加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標(biāo)在機(jī)械加工過(guò)程中，工件表面層金屬受切削力的作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至破碎而引起的表面層的強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低，物理性能(如密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等)也有所變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)為冷作硬化或強(qiáng)化。切削熱在一定條件下會(huì)使金屬在塑性變形中產(chǎn)生回復(fù)現(xiàn)象，使金屬失去加工硬化中所得到的物理力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為弱化。 衡量加工硬化的指標(biāo)有下列三項(xiàng)：u1)表面層的顯微硬度H

7、V。u2)硬化層深度WT5BXh0。u3)硬化程度N。2 2、影響加工硬化的因素、影響加工硬化的因素u1)切削力越大，塑性變形越大，硬化程度和硬化層深度也越大。u2)切削溫度越高，則弱化作用增大，使冷硬作用減小。u3)被加工材料的硬度低、塑性好，則切削時(shí)塑性變形越大，冷硬現(xiàn)象就越嚴(yán)重。%100HVHVHV00N二、表面層的殘余應(yīng)力二、表面層的殘余應(yīng)力1 1、表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因、表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，主要有以下三種原因:u（1）冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)u（2）熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力u（3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力2 2、影響表面層殘余應(yīng)力及磨削裂紋的因素、影響

8、表面層殘余應(yīng)力及磨削裂紋的因素圖5-12圖5-13磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著密切的關(guān)系，當(dāng)殘余應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，材料表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。影響產(chǎn)生磨削裂紋的因素很多，主要是圍繞著“熱”。圖5-14三、表面層金相組織變化與磨削燒傷三、表面層金相組織變化與磨削燒傷1 1、表面層金相組織變化與磨削燒傷原因、表面層金相組織變化與磨削燒傷原因磨淬火鋼時(shí)，在工件表面層上形成的瞬時(shí)高溫將使表面金屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：u1)如果工件表面層溫度未超過(guò)相變溫度Ac3(一般中碳鋼為720)，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(一般中碳鋼為300)，這時(shí)馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火托氏體或索氏體，這稱(chēng)為回火燒傷。u2)當(dāng)工件

9、表面層溫度超過(guò)相變溫度Ac3，如果這時(shí)有充分的切削液，則表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，但很薄，只有幾微米厚，其下為硬度較低的回火索氏體和托氏體，導(dǎo)致表面層總的硬度降低，這稱(chēng)為淬火燒傷。u3)當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度Ac3，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果這時(shí)無(wú)切削液，則表面硬度急劇下降，工件表層被退火，這種現(xiàn)象稱(chēng)為退火燒傷。2 2、影響磨削燒傷的因素影響磨削燒傷的因素及其及其改善措施改善措施磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷可有兩個(gè)途徑：一是盡可能減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件?，F(xiàn)將有關(guān)問(wèn)題分述如下：u(1)合理選擇磨削用量u(2)工

10、件材料u(3)砂輪的選擇u(4)改善冷卻條件圖5-15圖5-16圖5-17圖5-18四、提高和改善零件表面層的物理力學(xué)性能的措施四、提高和改善零件表面層的物理力學(xué)性能的措施 ( (一一) )零件破壞形式和最終工序的選擇零件破壞形式和最終工序的選擇1 1、疲勞破壞、疲勞破壞2 2、滑動(dòng)磨損、滑動(dòng)磨損3 3、滾動(dòng)磨損、滾動(dòng)磨損圖5-19 ( (二二) )表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝：表面強(qiáng)化工藝是指在常溫下通過(guò)冷加工方法使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以減小表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 1 1、噴丸強(qiáng)化、噴丸強(qiáng)化2 2、滾壓加工、滾壓加工3 3、液體磨料

11、強(qiáng)化、液體磨料強(qiáng)化圖5-20第四節(jié)第四節(jié) 工藝系統(tǒng)的振動(dòng)及其控制措施工藝系統(tǒng)的振動(dòng)及其控制措施一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象( (一一) )機(jī)械振動(dòng)的分類(lèi)機(jī)械振動(dòng)的分類(lèi)1、自由振動(dòng)2、強(qiáng)迫振動(dòng)3、自激振動(dòng)( (二二) )振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響主要表現(xiàn)在：u(1)影響零件的表面質(zhì)量u(2)影響生產(chǎn)率u(3)影響機(jī)床、夾具和刀具壽命u(4)振動(dòng)噪聲污染工作環(huán)境二、強(qiáng)迫振動(dòng)二、強(qiáng)迫振動(dòng) 1 1、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因u(1)系統(tǒng)外部的周期性激振力u(2)高速回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)u(3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)u(4)

12、切削過(guò)程的間歇性2 2、強(qiáng)迫振動(dòng)的、強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特性數(shù)學(xué)描述及特性圖5-21圖5-22強(qiáng)迫振動(dòng)的特性是：強(qiáng)迫振動(dòng)的特性是：u(1)強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，振動(dòng)本身也不能使激振力變化。u(2)強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。u(3)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。圖5-23三、自激振動(dòng)三、自激振動(dòng)自激振動(dòng)自激振動(dòng): :切削加工時(shí)，在沒(méi)有周期性外力作用的情況下，有時(shí)刀具與工件之間也可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，并在工件的加工表面上殘留下明顯的、有規(guī)律的振紋。這種由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的振動(dòng)稱(chēng)

13、為自激振動(dòng)，通常也稱(chēng)為顫振。( (一一) )自激振動(dòng)的產(chǎn)生條件和特性自激振動(dòng)的產(chǎn)生條件和特性通常將自激振動(dòng)看成是由振動(dòng)系統(tǒng)(工藝系統(tǒng))和調(diào)節(jié)系統(tǒng)(切削過(guò)程)兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。圖5-24( (二二) )自激振動(dòng)的激振學(xué)說(shuō)自激振動(dòng)的激振學(xué)說(shuō)1 1、負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō)、負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō)圖5-252 2、再生顫振學(xué)說(shuō)、再生顫振學(xué)說(shuō)圖5-26圖5-273 3、坐標(biāo)聯(lián)系學(xué)說(shuō)、坐標(biāo)聯(lián)系學(xué)說(shuō)圖5-28圖5-29四、機(jī)械加工中振動(dòng)的診斷方法四、機(jī)械加工中振動(dòng)的診斷方法一般診斷步驟如下：u1）拾取診斷信號(hào)，作機(jī)床工作時(shí)的頻譜圖。u2）做環(huán)境試驗(yàn)，查找機(jī)外振源。u3）做空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，查找機(jī)內(nèi)振源。五、機(jī)械加工中振動(dòng)的控制五、機(jī)械加工中振動(dòng)的控制機(jī)械加工中控制振動(dòng)的途徑有三個(gè)方面：消除或減弱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的條件；改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性；采取各種消振減振裝置。( (一一) )消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件u1)減小激振力u2)調(diào)整振源頻率u3)采取隔振措施( (二二) )消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件1 1、合理選擇切削用量、合理選擇切削用量圖5-30圖5-31圖5-322 2、合理選擇刀具