機(jī)械加工表面質(zhì)量綜述

1、第五章 機(jī)械加工表面質(zhì)量5-1 概述一、機(jī)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）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50 表面輪廓曲線經(jīng)高通濾波獲得 一般與工藝系統(tǒng)的振動(dòng)有關(guān)。（二）加工表面層的物理力學(xué)性能變化 受加工中力、熱等因素的作用，表面金屬力學(xué)性能將發(fā)生變化：1、表層因塑性變形而產(chǎn)生的冷作硬化2、表層因受熱而發(fā)生金相組織變化3、表層因力，熱等作用而產(chǎn)生殘余應(yīng)力表面完整性包

2、括：微觀幾何不平度、力學(xué)性能 變化、摩擦反射性能等二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對(duì)工作精度及其保持性的影響零件的工作精度主要與微觀幾何不平度有關(guān)精度保持性主要與表面耐磨性有關(guān)耐磨性則與表面幾何質(zhì)量、表面力學(xué)性能有關(guān)一般的磨損過程分為三個(gè)階段：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段初期磨損階段結(jié)束時(shí)的磨損量稱為初期磨損量。初期磨損量與表面幾何質(zhì)量有關(guān)，一定載荷、潤滑條件下初期磨損量與表面粗糙度之間的關(guān)系如下圖所示：當(dāng)載荷增大、潤滑條件惡化時(shí)，曲線向右上方移動(dòng)，即：載荷增大、潤滑條件惡化時(shí)，最佳粗糙度增大。（二）表面質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性的影響表面質(zhì)量越差，存在裂紋時(shí)，耐腐蝕性降低（三）

3、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面缺陷會(huì)引起應(yīng)力集中，降低疲勞強(qiáng)度。若表面存在殘余壓應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度將會(huì)提高。（四）表面質(zhì)量對(duì)零件配合性質(zhì)的影響表面比較粗糙時(shí)，輪廓峰在工作中被逐漸磨掉，零件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響到配合性質(zhì)。一般來說，表面粗糙度應(yīng)與加工精度相適應(yīng)：5-2 表面粗糙度及其降低的工藝措施一、切削加工（一）幾何因素1、刀尖半徑較小時(shí)理論粗糙度的計(jì)算平行四邊形為切削層理論橫截面三角形為殘留面積H為理論粗糙度 f為進(jìn)給量r為主偏角 r為副偏角則： f=Hctg r+ Hctg r得：H=f/(ctg r+ ctg r )2、刀尖半徑較大時(shí)理論粗糙度的計(jì)算(二）物理因素 加工表面實(shí)際廓形與理論

4、廓形差別較大，原因是加工中存在積屑瘤鱗刺，振動(dòng)等物理現(xiàn)象。1、切削用量的影響（1）進(jìn)給量f的影響當(dāng)：時(shí) f Rz 時(shí) f Rz 時(shí) f Rz （2）切削速度的影響加工脆性材料時(shí)，切削速度對(duì)于粗糙度影響不大加工塑性材料時(shí)，積屑瘤對(duì)粗糙度影響很大。（3）切削深度ap的影響一般切削深度ap對(duì)于粗糙度影響不大，但太小時(shí)，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：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

5、鋒利、位置靠前的起切削作用較鋒利、位置較靠前的起刻劃作用較鈍、位置靠后的起拋光作用磨削表面粗糙度與砂輪、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(hào)表示，每英寸長度上的網(wǎng)眼個(gè)數(shù)為粒度號(hào)，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(duì)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(shí)驗(yàn)關(guān)系，可以得到經(jīng)驗(yàn)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、拋光超精研、研磨、珩磨、拋光加工的共同特點(diǎn)是：1、不

6、選擇切削用量，只限定壓強(qiáng)和加工時(shí)間2、無需精密機(jī)床3、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┏?、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(yùn)動(dòng)，對(duì)表面進(jìn)行光整加工。加工運(yùn)動(dòng)：A、工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；B、磨條軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：C、磨條高速往復(fù)振動(dòng)。2、切削過程：可分為四個(gè)階段（1）強(qiáng)烈切削階段：少數(shù)波峰上壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)很小，磨條與工件之間形成油膜，切削停止。（二）研磨研磨可以達(dá)到很

7、高的精度和表面質(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(dòng)產(chǎn)生機(jī)械摩擦和化學(xué)作用去除微小加工余量。1、研磨特點(diǎn)：（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(jī)械與化學(xué)作用同時(shí)進(jìn)行，磨粒運(yùn)動(dòng)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， 精研速度。（3）研磨余量

8、：手工研磨余量10m， 機(jī)械研磨余量（）倍的金屬熔化溫度時(shí)， 變形金相組織會(huì)有所恢復(fù)，冷作硬化。（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、表面層的金相組織變化切削一般不會(huì)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

9、組織變化。磨削淬火鋼時(shí)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，處于塑性狀態(tài)，因溫度升高 體積膨脹而發(fā)生塑性流動(dòng)；*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

10、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(duì)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(shí)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(shí)去掉。磨削18CrNiWA鋼時(shí)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(qiáng)冷卻；2、在砂輪上