第八章 機械加工表面質量1

1、第八章第八章 機械加工表面質量機械加工表面質量主要內容主要內容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、機械加工表面質量含義包括：微觀幾何形狀 表層物理力學性能（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 表面輪廓曲線經低通濾波獲得 波紋度： 50波長/波幅1000 表面輪廓曲線經帶通濾波獲得 一般與刃口形狀，進給，刀瘤等有關。 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，摩擦嚴重。2、工件材質的影響工件材質韌性、塑性增大，Ra增大工件材質晶粒越均勻，顆粒越細小，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、磨削用量有關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)上述實驗關系，可以得到經驗公式：3、砂輪修整砂輪修整質量越高，磨削表面質量越好。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?。ㄒ唬┏校ㄒ唬┏?、工作原理：采用細粒度的磨條在一定壓力和切削速度下往復運動，對表面進行光整加工。加工運動：A、工件低速回轉運動；B、磨條軸向進給運動：C、磨條高速往復振動。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：接觸面積進一步增大，接觸壓強進一步減小，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）研磨研磨可以達到很高的

5、精度和表面質量?；驹恚和ㄟ^介于工件和硬質研具之間的磨料或研磨液的流動產生機械摩擦和化學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）磨料中混有化學物質，機械與化學作用同時進行，磨粒運動軌跡復雜，保證均勻性。（3）加工表面質量高。2、研具：磨具應軟硬適當,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。 油脂起調和磨料.化學腐蝕作用。 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，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)溫度超過馬氏體轉變溫度， 而未達相變溫度，產生回火組織 （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系： 黑 青 淡青 米黃 淡黃三、表面層殘余應力定義：去除外力和熱源作用后,零件內部自身 平衡的應力，稱殘余應力。殘余應力的成因：（一）局部溫升過高引起的熱應力*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，形成殘余應力。設材料從20C升至800C，然后回到20C，這層金屬長度l的相對伸長量為：所產生的殘余拉應力為：（二）局部金相組織變化引起的相變應力殘余奧氏體回火馬氏體：體積膨脹，表層為 殘余壓應力；馬氏體屈（索）氏體：體積收縮，表層為 殘余拉應力。（三）表面局部冷塑變形引起的塑變應力在切削方向上存在拉應力，與其垂直的方向上存在壓應力。（四）金屬冷塑變形，比容積增大導致的表面 殘余應力金屬發(fā)生冷塑變形，比重下降，體積增大，使：表層存在壓應力 下層存在拉應力四、減小殘余拉應力、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)內冷卻