第八章 機械加工表面質(zhì)量1

1、第八章第八章 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.2 表面粗糙度及其降低的工藝措施8.1 概 述8.3 表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施 8.1 概述概述一、機械加工表面質(zhì)量含義包括：微觀幾何形狀 表層物理力學(xué)性能（一）（一）加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征 表面幾何誤差包括： 形狀誤差： 波長/波幅1000 表面輪廓曲線經(jīng)低通濾波獲得 波紋度： 50波長/波幅1000 表面輪廓曲線經(jīng)帶通濾波獲得 一般與刃口形狀，進(jìn)給，刀瘤等有關(guān)。 表面微觀不平度誤差： 波長/波幅0.15mm時 f Rz f0.15mm時 f Rz f0.02mm時 f Rz （2 2）切削

2、速度的影響）切削速度的影響加工脆性材料時，切削速度對于粗糙度影響不大加工塑性材料時，積屑瘤對粗糙度影響很大。（3）切削深度ap的影響一般切削深度ap對于粗糙度影響不大，但太小時，有可能吃不住刀，摩擦嚴(yán)重。2、工件材質(zhì)的影響工件材質(zhì)韌性、塑性增大，Ra增大工件材質(zhì)晶粒越均勻，顆粒越細(xì)小，Ra減小3、刀具材料的影響刀具越硬，越耐磨，加工Ra越低硬質(zhì)合金刀具加工后的Ra高速鋼加工后的Ra金剛石刀具的性能：金剛石刀具的性能：二、磨削加工二、磨削加工 砂輪上的磨粒因幾何角度，位置不同起三種不同的作用a)鋒利、位置靠前的起切削作用b)較鋒利、位置較靠前的起刻劃作用c)較鈍、位置靠后的起拋光作用磨削表面粗糙

3、度與砂輪、工件材質(zhì)、磨削用量有關(guān)1、砂輪： 砂輪粒度 表面粗糙度Ra * 一般磨料的粒度用粒度號表示，每英寸長度上的網(wǎng)眼個數(shù)為粒度號，例80#，60#； 微粉用最大 顆粒的最大 尺寸的微米 數(shù)表示，例 W28、W14。 2、磨削用量砂輪速度v砂 表面粗糙度Ra 工件速度v工 表面粗糙度Ra 砂輪相對于工件的進(jìn)給量f 表面粗糙度Ra磨削深度ap 表面粗糙度Ra根據(jù)上述實驗關(guān)系，可以得到經(jīng)驗公式：3、砂輪修整砂輪修整質(zhì)量越高，磨削表面質(zhì)量越好。三、超精研、研磨、珩磨、拋光三、超精研、研磨、珩磨、拋光超精研、研磨、珩磨、拋光加工的共同特點是：1、不選擇切削用量，只限定壓強和加工時間2、無需精密機床3

4、、降低表面粗糙度效果明顯，提高精度不明顯4、加工余量小（一）超精研（一）超精研1、工作原理：采用細(xì)粒度的磨條在一定壓力和切削速度下往復(fù)運動，對表面進(jìn)行光整加工。加工運動：A、工件低速回轉(zhuǎn)運動；B、磨條軸向進(jìn)給運動：C、磨條高速往復(fù)振動。2、切削過程：可分為四個階段、切削過程：可分為四個階段（1）強烈切削階段：少數(shù)波峰上壓強很大，切削作用劇烈。（2）正常切削階段：接觸面積增大，接觸壓強減小，切削作用減弱。（3）微弱切削階段：接觸面積進(jìn)一步增大，接觸壓強進(jìn)一步減小，磨條起拋光作用。（4）停止切削階段：工件被研平，接觸壓強很小，磨條與工件之間形成油膜，切削停止。（二）研磨（二）研磨研磨可以達(dá)到很高的

5、精度和表面質(zhì)量?；驹恚和ㄟ^介于工件和硬質(zhì)研具之間的磨料或研磨液的流動產(chǎn)生機械摩擦和化學(xué)作用去除微小加工余量。1、研磨特點：（1）研具較軟，以鑄鐵、塑料、硬木制成。（2）磨料中混有化學(xué)物質(zhì)，機械與化學(xué)作用同時進(jìn)行，磨粒運動軌跡復(fù)雜，保證均勻性。（3）加工表面質(zhì)量高。2、研具：磨具應(yīng)軟硬適當(dāng),組織均勻。 粗研采用銅、鋁，精研采用鑄鐵。3、研磨劑：研磨劑為磨料與油脂的混合劑。 磨料種類：金剛石微粉,碳化硅,氧化鋁等。 油脂起調(diào)和磨料.化學(xué)腐蝕作用。 油脂種類：油酸,凡士林,變壓汽油。4、研磨參數(shù)（1）磨料粒度：粒度，則粗糙度 ， 效率。（2）研磨速度：一般研磨速度0.5m/s， 精研速度0.16

6、m/s。（3）研磨余量：手工研磨余量10m， 機械研磨余量（0.250.3）倍的金屬熔化溫度時， 變形金相組織會有所恢復(fù)，冷作硬化。（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、刀具：刀刃鈍圓半徑，冷作硬化； 后刀面磨損，冷作硬化。2、切削用量：切削速度，切削溫度，則 冷作硬化； 進(jìn)給量，冷作硬化。3、被加工材料：硬度，冷作硬化； 塑性，冷作硬化。（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、合理選擇刀具幾何參數(shù) 前角，冷作硬化； 后角，冷作硬化； 鈍圓半徑 ，冷作硬化。2、限制后刀面磨損3、合理選擇切削用量 切削速度，冷作硬化； 進(jìn)給量 ，冷作硬化 。二、

7、表面層的金相組織變化二、表面層的金相組織變化切削一般不會導(dǎo)致金相組織變化，磨削因單位切削截面消耗的功率較大，常常導(dǎo)致金相組織變化。磨削淬火鋼時容易出現(xiàn)的燒傷：回火燒傷：磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度， 而未達(dá)相變溫度，產(chǎn)生回火組織 （索氏體或屈氏體）。淬火燒傷：磨削區(qū)溫度超過相變溫度，由于冷 卻液急冷，表層出現(xiàn)二次淬火馬氏 體。退火燒傷：磨削區(qū)溫度超過相變溫度，不用冷 卻液，工件緩慢冷卻，發(fā)生退火。表面顏色與燒傷之間的關(guān)系： 黑 青 淡青 米黃 淡黃三、表面層殘余應(yīng)力定義：去除外力和熱源作用后,零件內(nèi)部自身 平衡的應(yīng)力，稱殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的成因：（一）局部溫升過高引起的熱應(yīng)力*材料在高溫下，處

8、于塑性狀態(tài)，因溫度升高 體積膨脹而發(fā)生塑性流動；*材料在低溫下，處于彈性狀態(tài)，因溫度降低體積減小而發(fā)生收縮，受下層材料的限制， 發(fā)生彈性變形，形成殘余應(yīng)力。設(shè)材料從20C升至800C，然后回到20C，這層金屬長度l的相對伸長量為：所產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力為：（二）局部金相組織變化引起的相變應(yīng)力殘余奧氏體回火馬氏體：體積膨脹，表層為 殘余壓應(yīng)力；馬氏體屈（索）氏體：體積收縮，表層為 殘余拉應(yīng)力。（三）表面局部冷塑變形引起的塑變應(yīng)力在切削方向上存在拉應(yīng)力，與其垂直的方向上存在壓應(yīng)力。（四）金屬冷塑變形，比容積增大導(dǎo)致的表面 殘余應(yīng)力金屬發(fā)生冷塑變形，比重下降，體積增大，使：表層存在壓應(yīng)力 下層存在拉應(yīng)力四、減小殘余拉應(yīng)力、防止表面燒傷和裂紋 的工藝措施（一）合理選擇磨削用量磨削傳熱分析模型：*磨削區(qū)溫度與磨削用量之間的關(guān)系為：磨削深度，磨削溫度 ；砂輪速度，磨削溫度 ； 工件速度，磨削溫度 ； 進(jìn)給量，磨削溫度。*磨削區(qū)溫度剃度分布規(guī)律：工件速度，溫度剃度 ，高溫層厚度；可以同時提高砂輪和工件速度，既減小高溫層厚度，又控制表面粗糙度。較薄的燒傷層可在清磨時去掉。磨削18CrNiWA鋼時的無燒傷臨界比值曲線：（二）提高冷卻效果1、采用高壓大流量冷卻，沖刷砂輪，加強冷卻；2、在砂輪上安裝空氣擋板，消除附著氣 流；3、利用砂輪孔隙實現(xiàn)內(nèi)冷卻