第一節(jié)表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量ppt課件

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n第一節(jié)第一節(jié) 表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量的概念n第二節(jié)第二節(jié) 影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素n第三節(jié)第三節(jié) 控制加工表面質(zhì)量的措施控制加工表面質(zhì)量的措施n第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量的概念 指加工表面的微觀幾何形指加工表面的微觀幾何形狀誤差。波長(zhǎng)與波高狀誤差。波長(zhǎng)與波高(L3/H3)的比值小于的比值小于50。 表面粗糙度的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為：表面粗糙度的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T131-93。表示方法：表示方法：Ra、Rz、Ry。 介于形狀誤差與表面粗糙介于形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性形狀誤差

2、。度之間的周期性形狀誤差。波長(zhǎng)與波高波長(zhǎng)與波高(L2/H2)的比值一的比值一般為：般為：501000。 指表面刀紋的方向。它取指表面刀紋的方向。它取決于表面形成所采用的機(jī)械決于表面形成所采用的機(jī)械加工方法。加工方法。表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面為壓應(yīng)力時(shí)，耐磨性高。表面為壓應(yīng)力時(shí)，耐磨性高。表面為壓應(yīng)力時(shí)，耐疲勞性好。表面為壓應(yīng)力時(shí)，耐疲勞性好。冷作硬化程度冷作硬化程度 阻止疲勞裂紋的產(chǎn)生，耐疲勞性阻止疲勞裂紋的產(chǎn)生，耐疲勞性 冷作硬化程度冷作硬化程度 耐疲勞性耐疲勞性 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響Ra值值

3、 耐腐蝕性耐腐蝕性表面壓應(yīng)力表面壓應(yīng)力表面致密表面致密耐腐蝕性耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)研究表明：實(shí)驗(yàn)研究表明：零件尺寸大于零件尺寸大于50mm時(shí)，引薦：時(shí)，引薦：Ra=(0.10.15)T零件尺寸在零件尺寸在1850mm時(shí)，引薦：時(shí)，引薦： Ra=(0.150.20)T零件尺寸小于零件尺寸小于18mm時(shí)，引薦：時(shí)，引薦： Ra=(0.200.25)T一定的精度應(yīng)有相應(yīng)的表面粗糙度！一定的精度應(yīng)有相應(yīng)的表面粗糙度！一定的尺寸公差要有相應(yīng)的表面粗糙度！一定的尺寸公差要有相應(yīng)的表面粗糙度！Ra值值 改變配合性質(zhì)改變配合性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素maxrrctgctgfR rfHR82

4、max,rrf Ra值值 切削加工中影響表面粗糙度的因素切削加工中影響表面粗糙度的因素v Ra 前角前角 Ra值值 Ra值值 40-60粒度號(hào)粒度號(hào) 磨削加工中影響表面粗糙度的因素磨削加工中影響表面粗糙度的因素粒度號(hào)粒度號(hào) Ra值值 硬度硬度 難脫落難脫落Ra值值 硬度硬度易脫落易脫落不易保持形狀不易保持形狀精度精度中軟中軟影響表面層物理力學(xué)性能的因素影響表面層物理力學(xué)性能的因素機(jī)械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，機(jī)械加工中，金屬被加工表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，引起表面層的強(qiáng)度和晶粒間產(chǎn)生滑移剪

5、切，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，引起表面層的強(qiáng)度和硬度提高、塑性下降的現(xiàn)象，稱(chēng)加工硬化。硬度提高、塑性下降的現(xiàn)象，稱(chēng)加工硬化。評(píng)定指標(biāo)：評(píng)定指標(biāo)：表面層的顯微硬度表面層的顯微硬度 HV硬化層深度硬化層深度 h硬化程度硬化程度 N%100HVHVHVN00 影響因素：影響因素：刀具：切削刃鈍圓半徑及磨損刀具：切削刃鈍圓半徑及磨損切削用量：進(jìn)給量和切削速度切削用量：進(jìn)給量和切削速度工件材料：塑性越大，冷硬越嚴(yán)重工件材料：塑性越大，冷硬越嚴(yán)重加工中加工中達(dá)到相變溫度達(dá)到相變溫度產(chǎn)生相變產(chǎn)生相變退火燒傷退火燒傷回火燒傷回火燒傷淬火燒傷淬火燒傷工件表面溫度超過(guò)相變溫度工件表面溫度超過(guò)相變溫度AC3，但無(wú)

6、，但無(wú)冷卻液，馬氏體冷卻液，馬氏體奧氏體，工件表面被奧氏體，工件表面被退火。工件干磨時(shí)易發(fā)生這種燒傷。退火。工件干磨時(shí)易發(fā)生這種燒傷。工件表面溫度未達(dá)到相變溫度工件表面溫度未達(dá)到相變溫度AC3，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，工件表層組織為硬度較低的回火屈氏體或?qū)咏M織為硬度較低的回火屈氏體或索氏體。索氏體。工件表面溫度超過(guò)相變溫度工件表面溫度超過(guò)相變溫度AC3，冷卻充分，工件表面被二次淬火。冷卻充分，工件表面被二次淬火。但淬透層很薄，其下層仍為回火屈但淬透層很薄，其下層仍為回火屈氏體或索氏體。氏體或索氏體。aP 工件表層溫度工件表層溫度 燒傷燒傷 V V砂輪砂輪工件表層溫

7、度工件表層溫度 燒傷燒傷 ff工件表層溫度工件表層溫度 燒傷燒傷 V V工件工件工件表層溫度工件表層溫度 熱源作用時(shí)間熱源作用時(shí)間燒傷燒傷 影響表面層物理力學(xué)性能的因素影響表面層物理力學(xué)性能的因素在切削力的作用下，已加工面受后刀面的擠壓，使在切削力的作用下，已加工面受后刀面的擠壓，使晶格扭曲，表層金屬比容積增大，體積膨脹，而內(nèi)晶格扭曲，表層金屬比容積增大，體積膨脹，而內(nèi)層金屬又阻止其伸長(zhǎng)。故加工后表面層殘余應(yīng)力為層金屬又阻止其伸長(zhǎng)。故加工后表面層殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力壓應(yīng)力(-)，里層為拉應(yīng)力，里層為拉應(yīng)力(+)。在切削熱的作用下，已加工面產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)表在切削熱的作用下，已加工面產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)

8、表層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。加工后，表層已產(chǎn)生的熱塑性變層產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。加工后，表層已產(chǎn)生的熱塑性變形收縮受到內(nèi)層金屬的阻礙。故加工后表面層殘余形收縮受到內(nèi)層金屬的阻礙。故加工后表面層殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力應(yīng)力為拉應(yīng)力(+) ，里層為壓應(yīng)力，里層為壓應(yīng)力(-) 。不同的金相組織有不同的密度，如不同的金相組織有不同的密度，如M=7.75g/cm3 A=7.96g/cm3、P=7.78g/cm3、F=7.88g/cm3當(dāng)金相組織變化時(shí)，由于密度不同，體積會(huì)發(fā)生變當(dāng)金相組織變化時(shí)，由于密度不同，體積會(huì)發(fā)生變化。如果表層金屬膨脹則殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力化。如果表層金屬膨脹則殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力(-)，反，反之，如果表層金屬體積

9、縮小則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力之，如果表層金屬體積縮小則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力(+)。例如：淬火鋼表面回火，表層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變成屈氏體或索氏體，密度由例如：淬火鋼表面回火，表層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變成屈氏體或索氏體，密度由7.75變?yōu)樽優(yōu)?.78g/cm378.775.7VVV 78.703.0VV 210129.078.701.0V3VLL )MPa(9 .27010129. 0101 . 2LLE25 拉拉第三節(jié)第三節(jié) 控制加工表面質(zhì)量的措施控制加工表面質(zhì)量的措施第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械加工中的振動(dòng)機(jī)械加工中的振動(dòng)n自由振動(dòng)：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破環(huán)，只靠系統(tǒng)的彈自由振動(dòng)：當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的平衡被破環(huán)，只靠系統(tǒng)的彈性恢復(fù)力來(lái)

10、維持的振動(dòng)。性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)。 有阻尼自由振動(dòng)有阻尼自由振動(dòng): : 系統(tǒng)的頻率只與振動(dòng)系統(tǒng)的剛度系統(tǒng)的頻率只與振動(dòng)系統(tǒng)的剛度k k和質(zhì)量和質(zhì)量m m有有關(guān)，而與振動(dòng)的初始條件無(wú)關(guān)，也和振幅的關(guān)，而與振動(dòng)的初始條件無(wú)關(guān)，也和振幅的大小無(wú)關(guān)大小無(wú)關(guān), ,稱(chēng)為系統(tǒng)的固有圓頻率。稱(chēng)為系統(tǒng)的固有圓頻率。 因?yàn)榇嬖谧枘?，自由振?dòng)振幅因?yàn)榇嬖谧枘?，自由振?dòng)振幅 逐漸衰減的，最后振動(dòng)停止。逐漸衰減的，最后振動(dòng)停止。振動(dòng)：物體在某一位置附近做來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)：物體在某一位置附近做來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（一振動(dòng)的分類(lèi)（一振動(dòng)的分類(lèi)一、機(jī)械加工中的振動(dòng)及分類(lèi)一、機(jī)械加工中的振動(dòng)及分類(lèi)mk n強(qiáng)迫振動(dòng)：由于外界周期性激

11、振力引起強(qiáng)迫振動(dòng)：由于外界周期性激振力引起和維持的振動(dòng)；危害大。和維持的振動(dòng)；危害大。n振動(dòng)頻率：外界激振力的頻率振動(dòng)頻率：外界激振力的頻率 n自激振動(dòng)：由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的自激振動(dòng)：由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期振動(dòng)，危害大。在一定條件下，由于周期振動(dòng)，危害大。在一定條件下，由于振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)。一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)。n振動(dòng)頻率：近似或等于固有頻率振動(dòng)頻率：近似或等于固有頻率n影響零件的表面質(zhì)量：低頻：波度；高頻：增影響零件的表面質(zhì)量：低頻：波度；高頻：增大微觀不平度大微觀不平度n影響生產(chǎn)率：剛度不足，切削用量、生

12、產(chǎn)率下影響生產(chǎn)率：剛度不足，切削用量、生產(chǎn)率下降降n影響機(jī)床、夾具、刀具的壽命：影響機(jī)床、夾具、刀具的壽命：n 刀具增加附加動(dòng)載荷刀具增加附加動(dòng)載荷-刀具磨損刀具磨損-崩刃崩刃n增大機(jī)床、夾具的間隙：剛度、精度、壽命下增大機(jī)床、夾具的間隙：剛度、精度、壽命下降降n振動(dòng)的噪聲污染工作環(huán)境振動(dòng)的噪聲污染工作環(huán)境n振動(dòng)的利用：振動(dòng)磨削、振動(dòng)研拋、超聲波加振動(dòng)的利用：振動(dòng)磨削、振動(dòng)研拋、超聲波加工工-提高表面質(zhì)量提高表面質(zhì)量（二機(jī)械振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響（二機(jī)械振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響n(yōu)強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因n系統(tǒng)外部的周期性干擾力：機(jī)床附近的振源系統(tǒng)外部的周期性干擾力：機(jī)床附近的振源-地基地

13、基-系統(tǒng)系統(tǒng) 所以隔振地基所以隔振地基n高速回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量不平衡：形狀不對(duì)稱(chēng)，材質(zhì)不均勻，加高速回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量不平衡：形狀不對(duì)稱(chēng)，材質(zhì)不均勻，加工、裝配誤差工、裝配誤差偏心偏心n vFj vFj砂輪、齒輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子、帶輪砂輪、齒輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子、帶輪n往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力：牛頭刨、平面磨往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力：牛頭刨、平面磨n傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷：齒輪的嚙合沖擊、帶的接頭不良、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷：齒輪的嚙合沖擊、帶的接頭不良、V V帶的厚帶的厚度不均、軸承滾動(dòng)體大小不一。鏈條運(yùn)動(dòng)的不均勻等度不均、軸承滾動(dòng)體大小不一。鏈條運(yùn)動(dòng)的不均勻等n切削過(guò)程的間歇性：銑削、拉削：切入和切出的沖擊切削過(guò)程的間歇性：銑削、拉削：切入和

14、切出的沖擊n液壓系統(tǒng)中的沖擊現(xiàn)象：脈動(dòng)液壓油液壓系統(tǒng)中的沖擊現(xiàn)象：脈動(dòng)液壓油RvmF2j 二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)n強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述物體受力分析：外力：物體受力分析：外力：Px=Po sintPx=Po sint 彈性力：彈性力：kx kx 阻尼力：阻尼力：cxcxn強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述其中第一項(xiàng)為齊次方程的通解，代表有其中第一項(xiàng)為齊次方程的通解，代表有阻尼自由振動(dòng)，振幅衰減，為一瞬態(tài)阻尼自由振動(dòng)，振幅衰減，為一瞬態(tài)過(guò)程；過(guò)程；第二項(xiàng)代表非齊次方程的特解，是等幅第二項(xiàng)代表非齊次方程的特解

15、，是等幅強(qiáng)迫振動(dòng)，為一穩(wěn)態(tài)過(guò)程。強(qiáng)迫振動(dòng)，為一穩(wěn)態(tài)過(guò)程。n強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述由外界激振力引起的，不因阻尼的存在而衰減由外界激振力引起的，不因阻尼的存在而衰減的等幅周期振動(dòng)，除非外界激振力消失，振動(dòng)的等幅周期振動(dòng)，除非外界激振力消失，振動(dòng)才停止；才停止；振動(dòng)頻率與干擾力頻率相等；振動(dòng)頻率與干擾力頻率相等；振幅：主要取決于激振力的大小及頻率比和阻振幅：主要取決于激振力的大小及頻率比和阻尼比，而與初始條件無(wú)關(guān)。尼比，而與初始條件無(wú)關(guān)。動(dòng)態(tài)放大系數(shù)動(dòng)態(tài)放大系數(shù)=A/A2=A/A2=準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)、共振區(qū)和慣性區(qū)準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)、共振區(qū)和慣性區(qū)振幅與各參數(shù)之間的關(guān)系：振幅與各參數(shù)之間的關(guān)系： 干擾力

16、幅值干擾力幅值PoA2 PoA2 系統(tǒng)剛度系統(tǒng)剛度k A2 k A2 阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)c A2 c A2 n強(qiáng)迫振動(dòng)的特征強(qiáng)迫振動(dòng)的特征減小減小PoPo，消除振源激振力，消除振源激振力隔振，尤其是外界振源隔振，尤其是外界振源提高阻尼系數(shù)提高阻尼系數(shù)c c，變化頻率比，變化頻率比，使其遠(yuǎn)離使其遠(yuǎn)離1 1。n消除強(qiáng)迫振動(dòng)的措施：消除強(qiáng)迫振動(dòng)的措施：222)2()1 (1 自激振動(dòng)系統(tǒng)包含四個(gè)環(huán)節(jié)：自激振動(dòng)系統(tǒng)包含四個(gè)環(huán)節(jié)：不變非振的能源機(jī)構(gòu)；不變非振的能源機(jī)構(gòu)；控制進(jìn)入振動(dòng)系統(tǒng)能量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；控制進(jìn)入振動(dòng)系統(tǒng)能量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)；振動(dòng)系統(tǒng)；振動(dòng)系統(tǒng)；振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋，控制進(jìn)入系統(tǒng)能量的大小。振

17、動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋，控制進(jìn)入系統(tǒng)能量的大小。n機(jī)械加工中的自激振動(dòng)機(jī)械加工中的自激振動(dòng)自激振動(dòng)的產(chǎn)生：自激振動(dòng)的產(chǎn)生： 無(wú)周期外力，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期振動(dòng)，其振動(dòng)無(wú)周期外力，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與系統(tǒng)固有頻率接近。只開(kāi)機(jī)不切削，工藝系統(tǒng)無(wú)自激振動(dòng)。頻率與系統(tǒng)固有頻率接近。只開(kāi)機(jī)不切削，工藝系統(tǒng)無(wú)自激振動(dòng)。 自激振動(dòng)為不衰減的振動(dòng)，外部干擾只起初自激振動(dòng)為不衰減的振動(dòng)，外部干擾只起初始作用；始作用； 自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)固有頻率；自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)固有頻率； 自激振動(dòng)能否產(chǎn)生、振動(dòng)大小，取決于每一自激振動(dòng)能否產(chǎn)生、振動(dòng)大小，取決于每一

18、振動(dòng)周期內(nèi)輸入與消耗能量的對(duì)比情況。振動(dòng)周期內(nèi)輸入與消耗能量的對(duì)比情況。n自激振動(dòng)的特點(diǎn)自激振動(dòng)的特點(diǎn)負(fù)摩擦自振原理負(fù)摩擦自振原理負(fù)摩擦特性：徑向切削分力負(fù)摩擦特性：徑向切削分力Fy隨切削速度的增大先增后減，隨切削速度的增大先增后減，在曲線(xiàn)下降區(qū)域容易出現(xiàn)自激振動(dòng)。在曲線(xiàn)下降區(qū)域容易出現(xiàn)自激振動(dòng)。n產(chǎn)生自激振動(dòng)的幾種學(xué)說(shuō)產(chǎn)生自激振動(dòng)的幾種學(xué)說(shuō)外圓磨削：砂輪寬度外圓磨削：砂輪寬度B B，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f f，重疊系數(shù)定義為：，重疊系數(shù)定義為：=（B-fB-f）/B 0 1/B 0 1再生顫振學(xué)說(shuō)再生顫振學(xué)說(shuō)縱車(chē)縱磨時(shí)縱車(chē)縱磨時(shí) 11切槽、切斷、橫磨、鉆切槽、切斷、橫磨、鉆削等削等 =1=1一般情況下一般情況下 0101重疊系數(shù)越大，越容易重疊系數(shù)越大，越容易產(chǎn)生自激振動(dòng)。產(chǎn)生自激振動(dòng)。再生顫振學(xué)說(shuō)再生顫振學(xué)說(shuō)在偶然干擾力作用下，