第14-15講第四章-機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械制造工藝學(xué)1 4-4機(jī)械加工工過程中中的振動(dòng)動(dòng) 4-3影響表面面層力學(xué)學(xué)物理性性能的工工藝因素素4-2影響表面面粗糙度度的工藝藝因素4-1加工表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)使用性性能的影影響主要內(nèi)容容2任何機(jī)械械加工所所得到的的零件表表面實(shí)實(shí)際上都都不是完完全理想想的表面面，實(shí)踐踐表明，機(jī)械零件件的破壞壞一般般總是從從表面層層開始的的。這說明明零件的的表面質(zhì)量量是至關(guān)關(guān)重要的的它對(duì)對(duì)產(chǎn)品的的質(zhì)量有有很大影影響。研究加工工表面質(zhì)質(zhì)量的目的，就是要要掌握機(jī)機(jī)械加工工的各種種工藝因因素對(duì)加加工表面面質(zhì)量影響的規(guī)規(guī)律，以便應(yīng)應(yīng)用這些些規(guī)律控控制加工工過程最終達(dá)達(dá)到提高高加工表表面質(zhì)量量、提

2、高產(chǎn)品品使用性性能的目的。第四章機(jī)機(jī)械加工工表面質(zhì)質(zhì)量34-1加工表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)使用性性能的影響一、加工工表面質(zhì)質(zhì)量的概概念加工表面質(zhì)量表面物理理力學(xué)性性能的變變化表面微觀觀幾何形形狀特征征表面粗糙度表面波度表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層金相組織的變化表面波度紋理方向傷痕4 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ1、表面的的幾何形形狀誤差差表面粗糙糙度：加工表表面的微微觀幾何何誤差，波長與與波高比比值小于50（微觀幾何形狀狀誤差：Ra-表面輪廓廓算術(shù)平平均偏差差；Rz-微觀不平平點(diǎn)高度度）。表面波度度：加工表表面不平平度波長長與波高高比值在在501000的幾何形形狀

3、誤差（宏觀幾何形狀狀誤差：圓度誤誤差、圓圓柱度誤誤差)紋理方向向：表面刀刀紋的方向（圖4-2）傷痕：加工表表面?zhèn)€別別位置出出現(xiàn)的缺缺陷一、加工工表面質(zhì)質(zhì)量的概概念5幾何形狀狀誤差刀紋方向向一、加工工表面質(zhì)質(zhì)量的概概念62、表層金金屬的力力學(xué)物理理性能和和化學(xué)性性能。表面層金金屬的冷冷作硬化（一般加加工：0.050.30mm滾壓加工工：幾個(gè)個(gè)毫米）表面層的的殘余應(yīng)力切削力和和切削熱熱綜合作用用下，表表面層金金屬晶格格會(huì)發(fā)生生不同程程度的塑形變形形或產(chǎn)生生金相組組織的變變化，使表層層金屬產(chǎn)產(chǎn)生殘余余應(yīng)力。表面層金金相組織織的變化切削熱引起一、加工工表面質(zhì)質(zhì)量的概概念7二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性

4、能能的影響響1表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零零件耐磨磨性的影影響（1）表面粗粗糙度對(duì)對(duì)零件耐耐磨性的的影響表面粗糙糙度太大大和太小小都不耐耐磨。如圖所所示。8表面粗糙糙度太大大，接觸表表面的實(shí)實(shí)際壓強(qiáng)強(qiáng)增大，粗糙不不平的凸凸峰相互互咬合、擠裂、切斷，故磨損加加??；表面粗糙糙度太小小，也會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致磨損加劇劇。因?yàn)楸肀砻嫣夤饣?，存存不住潤潤滑油，接觸面面間不易易形成油油膜，容容易造成干摩摩擦而加劇磨磨損；表面粗糙糙度太小小，接觸面面間容易易發(fā)生分子粘接接，機(jī)械械咬合作作用增大大。表面粗糙糙度的最最佳值與機(jī)器零零件的工工作情況況有關(guān)，載荷加加大時(shí)，磨損曲曲線向上上、向右右移動(dòng)，最佳表表面粗糙糙度值也也隨之右右移。二

5、、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影響響9（2）紋理對(duì)對(duì)耐磨性性的影響響紋理（有效接接觸面積積，潤滑滑液的存存留）圓弧狀，凹坑狀狀耐磨性好好；尖峰狀耐磨性差差。刀紋方向向與運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向相相同耐磨性好好；垂直時(shí)耐磨性差差。二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影響響10（3）表面層的的冷作硬硬化對(duì)零零件耐磨磨性的影影響加工表面面的冷作硬化化，一般般能提高高零件的的耐磨性性。因?yàn)樗鼓Σ敛粮北砻婷鎸咏饘賹俚娘@微微硬度提提高，塑塑性降低低，減少少了摩擦擦副接觸觸部分的的彈性變變形和塑塑性變形形。并非冷作作硬化程程度越高高，耐磨磨性就越越高。這是因因?yàn)檫^分分的冷作作硬化，將引起起金屬組組織過度度“疏松”

6、，在相相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)中可能能會(huì)產(chǎn)生生金屬剝落，在接觸觸面間形成小小顆粒，使零件件加速磨磨損。二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影響響112表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零零件疲勞勞強(qiáng)度的的影響（1）表面粗粗糙度對(duì)對(duì)零件疲疲勞強(qiáng)度度的影響響表面粗糙糙度越大大，抗疲疲勞破壞壞的能力力越差。對(duì)承受交交變載荷荷零件的的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度影響響很大。在交變變載荷作作用下，表面粗粗糙度的的凹谷部位位容易引引起應(yīng)力力集中，產(chǎn)生疲疲勞裂紋紋。表面粗糙糙度值越越小，表表面缺陷陷越少，工件耐耐疲勞性性越好；反之，加工表表面越粗粗糙，表表面的紋紋痕越深深，紋底底半徑越越小，其其抗疲勞勞破壞的的能力越越差。二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影

7、響響12（2）表面層層冷作硬硬化與殘殘余應(yīng)力力對(duì)零件件疲勞強(qiáng)強(qiáng)度的影影響適度的表面層冷冷作硬化化能提高高零件的的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。殘余應(yīng)力力有拉應(yīng)應(yīng)力和壓壓應(yīng)力之之分，殘余拉應(yīng)應(yīng)力容易使已已加工表表面產(chǎn)生生裂紋并并使其擴(kuò)擴(kuò)展而降低疲勞勞強(qiáng)度。殘余壓應(yīng)應(yīng)力則能夠部分地抵抵消工作作載荷施加的拉拉應(yīng)力，延緩疲疲勞裂紋紋的擴(kuò)展展，從而而提高零件件的疲勞勞強(qiáng)度。二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影響響133表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零零件耐腐腐蝕性能能的影響響（1）表面粗粗糙度對(duì)對(duì)零件耐耐腐蝕性性能的影影響零件表面面越粗糙糙，越容容易積聚聚腐蝕性性物質(zhì)，凹谷越越深，滲滲透與腐腐蝕作用用越強(qiáng)烈烈。因此減小零件件表面粗粗糙度

8、，可以提提高零件件的耐腐腐蝕性能能。（2）表面殘殘余應(yīng)力力對(duì)零件件耐腐蝕蝕性能的的影響零件表面殘余余壓應(yīng)力力使零件件表面緊緊密，腐蝕性性物質(zhì)不不易進(jìn)入入，可增強(qiáng)零零件的耐耐腐蝕性性，而表面面殘余拉拉應(yīng)力則則降低零零件耐腐腐蝕性。二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影響響14（1）表面粗粗糙度對(duì)對(duì)零件配配合精度度的影響響表面粗糙度度較大，則降低低了配合合精度。（2）表面殘殘余應(yīng)力力對(duì)零件件工作精精度的影影響表面層有較大的殘殘余應(yīng)力力，就會(huì)會(huì)影響它它們精度度的穩(wěn)定定性。表面質(zhì)量量對(duì)零件件使用性性能還有有其它方面面的影響：如減小小表面粗粗糙度可可提高零零件的接觸剛度度、密封封性和測測量精度度；對(duì)滑動(dòng)

9、動(dòng)零件，可降低低其摩擦擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱熱和功率率損失。4.表面質(zhì)量量對(duì)零件配合質(zhì)質(zhì)量的影響二、表面面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件使使用性能能的影響響15表面質(zhì)量量對(duì)零件件使用性性能的影影響小結(jié)：零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐腐蝕性能的影響對(duì)工作精度的影響適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲勞強(qiáng)度粗糙度越大、配合精度降低殘余應(yīng)力越大，加工精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反之則降低耐腐蝕性164-2影響加工工表面粗粗糙度的的工藝因因素及其其改善措施一、切削削加工表表面粗糙糙度切削加工工后表面面粗糙度度的值主主要取決決于切削削殘留面面積

10、的高高度，影影響殘留留面積高高度的因因素有：刀尖圓弧弧半徑r，主偏角kr、副偏角角kr，進(jìn)給量量f。如圖所所示1、刀尖的的幾何因因素的影影響17.圖:理論表面面粗糙度度一、切削削加工表表面粗糙糙度18.如右上圖圖所示，由國家家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定的表面粗糙糙度定義義，輪廓的算算術(shù)平均均偏差：陰影部分分面積/測量長度度同理，如如右下圖圖所示，取測量量長度為為f的一段工工件廓，則理論表面面粗糙度度為：陰影部分分面積/測量長度度=一、切削削加工表表面粗糙糙度19.而三角形形底邊長長度 即：則 而工件外圓圓的輪廓廓的算術(shù)術(shù)平均偏偏差（理理論表面面粗糙度度）為：重要結(jié)論論：刀具具的幾何何形狀影影響工件件的表面面粗

11、糙度度。生產(chǎn)產(chǎn)中，一一般應(yīng)減減小f和來提高表面面粗糙度度。一、切削削加工表表面粗糙糙度20直線刃車車刀（a）圓弧刃車車刀（b）切削殘留留面積的的高度：一、切削削加工表表面粗糙糙度212、物理因因素的影影響（1）工件材材料的影影響韌性材料料：工件材料料韌性愈好好，金屬塑塑性變形形愈大，加工表表面愈粗糙。材料金相相組織：對(duì)同樣的的材料，金相組織織越粗大大，加工工表面粗粗糙度大大，故對(duì)中碳鋼鋼和低碳碳鋼材料料的工件件，為改善善切削性性能，減減小表面面粗糙度度，常在在粗加工或或精加工工前安排排正火或或調(diào)質(zhì)處處理。脆性材料料：加工脆性性材料時(shí)時(shí)，其切切削呈碎碎粒狀，由于切切屑的崩崩碎而在在加工表表面留下

12、下許多麻麻點(diǎn)，使表面粗粗糙。一、切削削加工表表面粗糙糙度22（2）切削速速度的影影響加工塑性性材料時(shí)時(shí)，切削削速度對(duì)對(duì)表面粗粗糙度的的影響隨隨切削速速度的變變化而變變化（對(duì)對(duì)積屑瘤瘤和鱗刺刺的影響響）積屑瘤和和鱗刺對(duì)對(duì)表面粗粗糙度的的影響較較大。鱗刺：工件表表面上微微小的魚魚鱗狀倒倒刺。鱗刺的生生成機(jī)理理：在中低速速切削塑塑性金屬屬材料且且較較大時(shí)，刀屑之之間由于冷焊焊而產(chǎn)生粘結(jié)結(jié)現(xiàn)象，切屑在在前刀面面上流動(dòng)動(dòng)時(shí)周期性地地受阻而而瞬時(shí)停停留，切屑代代替前刀刀面推擠擠切削層層，造成成已加工工表面上上出現(xiàn)拉應(yīng)應(yīng)力而導(dǎo)導(dǎo)裂，生成鱗鱗刺。一、切削削加工表表面粗糙糙度23加工塑性性材料時(shí)時(shí)切削速速度對(duì)表

13、表面粗糙糙度的影影響切削速度度越高，塑性變變形越不不充分，表面粗粗糙度值值越小：選擇低速寬刀刀精切和和高速精精切，可以得得到較小的表面粗粗糙度。切削速度度對(duì)脆性性材料的的影響不不大。一、切削削加工表表面粗糙糙度24（3）進(jìn)給量量的影響響減小進(jìn)給給量f固然可以以減小表表面粗糙糙度值，但進(jìn)給給量過小小，表面面粗糙度度會(huì)有增增大的趨趨勢，效效率降低。（4）其它因因素的影影響此外，合合理使用用冷卻潤滑滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀刀具的刃磨質(zhì)量量等，均能能有效地地減小表表面粗糙糙度值。一、切削削加工表表面粗糙糙度251.幾何因素素單位面積積上刻痕越多多，即單位位面積的的磨粒數(shù)數(shù)越多，刻痕的的等高性性

14、越好，則磨削表面面的粗糙糙度值越越小。（1）磨削用用量對(duì)表表面粗糙糙度的影影響V砂輪增大-Ra小縱向進(jìn)給給量小-Ra小V工件增大-Ra大（2）砂輪粒粒度和砂砂輪修整整對(duì)表面面粗糙度度的影響響磨粒粒度度號(hào)大（磨粒細(xì)細(xì)）-Ra小磨粒間距距小-Ra小二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度262、物理因因素對(duì)Ra的影響熱多-塑變?cè)黾蛹?晶粒拉長長、裂紋紋、堆積積（1）磨削用用量V砂輪增大-塑變小-Ra小V工件增大-塑變?cè)龃蟠?Ra大磨深增大大-塑變?cè)龃蟠?Ra大二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度272.砂輪的選選擇粒度大-Ra小（4660號(hào)）砂輪硬度度-硬度大，磨粒不不易脫落落，自銳銳性差，塑變大大砂輪組

15、織織磨粒、結(jié)結(jié)合劑、氣孔的的比例砂輪材料料氧化物（剛玉）-磨削鋼類類件碳化物（碳化硅硅，碳化化硼）-鑄鐵，硬硬質(zhì)合金金高硬（人人造金剛剛石，立立方氮化化硼）-極小Ra二、磨削削加工后后的表面面粗糙度度284-3影響表面層層力學(xué)物物理性能能的工藝藝因素及其改進(jìn)措施一.加工表面面層的冷冷作硬化化機(jī)械加工工時(shí)，工件表面面層金屬屬受到切削削力的作作用產(chǎn)生強(qiáng)烈烈的塑性性變形，使晶格扭曲曲，晶粒粒間產(chǎn)生生剪切滑滑移，晶晶粒被拉拉長、纖纖維化甚甚至碎化化，從而使表表面層的的強(qiáng)度和和硬度增增加，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為加工工硬化，又稱冷冷作硬化化和強(qiáng)化化。1、定義292、影響表面面冷作硬硬化的因因素以切削加加工為例例：

16、切削用量量影響f切削力塑變變冷冷硬切削速度度影響復(fù)復(fù)雜：（力與熱綜綜合作用用結(jié)果） f 和 v 對(duì)冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45一方面：切削速度度v塑變冷硬另一方面面：切削熱作作用時(shí)間間短，使冷硬程程度有所所增加切削深度度影響不大一.加工表面面層的冷冷作硬化化3000.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)刀具后刀面磨損對(duì)冷

17、硬影響工件材料料材料塑性性，冷冷硬傾向向刀具幾何何形狀的的影響切削刃鈍鈍圓半徑徑r，冷硬程程度（其他幾幾何參數(shù)影影響不明明顯）刀具磨損損影響顯顯著（力和熱熱互相作作用）一.加工表面面層的冷冷作硬化化31二.表層金屬屬的金相相組織的的變化1.表面層金金相組織織變化與與磨削燒燒傷的產(chǎn)產(chǎn)生切削加工工中，由由于切削削熱的作作用，在在工件的的加工區(qū)區(qū)及其鄰鄰近區(qū)域域產(chǎn)生了了一定的的溫升。產(chǎn)生磨磨削燒傷傷現(xiàn)象。磨削燒傷傷：磨削加工工時(shí)，表表面層有有很高的的溫度，當(dāng)溫度達(dá)達(dá)到相變變臨界點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，表表層金屬屬就發(fā)生生金相組組織變化化，強(qiáng)度度和硬度度降低、產(chǎn)生殘余余應(yīng)力、甚至出出現(xiàn)微觀觀裂紋。同時(shí)出出現(xiàn)彩色色氧化

18、膜膜這種現(xiàn)象象稱為磨削削燒傷。淬火鋼在在磨削時(shí)時(shí)，由于于磨削條條件不同同，產(chǎn)生生的磨削削燒傷有有三種形形式。322.磨削燒傷傷的三種種形式淬火燒傷傷：磨削時(shí)工工件表面面溫度超超過相變變臨界溫溫度（碳碳鋼為720）時(shí)，則則馬氏體體轉(zhuǎn)變?yōu)闉閵W氏體體。在冷卻液液作用下下，工件件最外層層金屬會(huì)會(huì)出現(xiàn)二二次淬火火馬氏體體組織。其硬度度比原來來的回火火馬氏體體高，但很薄，其下為為硬度較較低的回回火索氏氏體和屈屈氏體。由于二次淬火火層極薄薄，表面層總總的硬度度是降低低的，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為淬火燒燒傷。二.表層金屬屬的金相相組織的的變化33回火燒傷傷磨削時(shí)，如果工件表面面層溫度度只是超超過原來來的回火火溫度，則

19、表層層原來的的回火馬馬氏體組組織將產(chǎn)生回回火現(xiàn)象象而轉(zhuǎn)變?yōu)闉橛捕容^較低的回回火組織織（索氏氏體或托氏體），這這種現(xiàn)象象稱為回回火燒傷。退火燒傷傷磨削時(shí)，當(dāng)工件表表面層溫溫度超過過相變臨臨界溫度度時(shí)，則馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體。若此時(shí)無無冷卻液液，表層金金屬空氣冷卻卻比較緩慢慢而形成退火火組織。硬度和和強(qiáng)度均均大幅度度下降。這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為退火燒燒傷。二.表層金屬屬的金相相組織的的變化343.影響磨削削燒傷的的因素及及改善途途徑1）砂輪與與工件材材料（1)磨削時(shí)，砂輪表表面上磨磨粒的切切削刃口口鋒利磨削削力磨削區(qū)區(qū)的溫度度（2)磨削導(dǎo)熱熱性差的的材料(耐熱鋼、軸承鋼鋼、不銹銹鋼)磨削燒傷傷（3)

20、應(yīng)合理選選擇砂輪輪的硬度度、結(jié)合合劑和組組織磨削燒燒傷二.表層金屬屬的金相相組織的的變化352）磨削用用量（1）砂輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速磨削燒傷（2）徑向進(jìn)進(jìn)給量ap磨削燒傷傷（3）軸向向進(jìn)給量量fa磨削燒傷傷（4）工件速速度vw磨削燒傷傷3）改善冷冷卻條件件采用內(nèi)冷冷卻法磨削燒燒傷內(nèi)冷卻裝裝置1錐形蓋蓋2通道孔孔3中心孔4有徑向向小孔的的薄壁套套4）開槽砂砂輪二.表層金屬屬的金相相組織的的變化36三.表層金屬屬的殘余余應(yīng)力機(jī)械加工中中工件表面面層組織織發(fā)生變變化時(shí)，在表面面層及其其與基體體材料的的交界處處會(huì)產(chǎn)生生互相平平衡的彈彈性力。這種應(yīng)應(yīng)力即為為表面層層的殘余余應(yīng)力。1、表面層層金屬產(chǎn)產(chǎn)生殘余余應(yīng)力的

21、的原因工件表面面受到擠擠壓與摩摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑性性變形，基體仍仍處于彈彈性變形形狀態(tài)。切削后后，表層產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力，而在里里層產(chǎn)生生殘余拉伸伸應(yīng)力。1）冷態(tài)塑性性變形372）熱態(tài)塑塑性變形形表層產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力切削熱在在表層金金屬產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力的的示意圖圖三.表層金屬屬的殘余余應(yīng)力38工件表面在切削熱熱的作用用下，產(chǎn)生熱膨膨脹，此時(shí)基體體溫度較較低，因此表面面層熱膨膨脹受基體的限制制產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)表面層層的熱膨脹程程度超過材料料的彈性性變形范范圍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱塑塑性變形形。當(dāng)切削削結(jié)束，表層溫溫度下降降到與基基體溫度度一致時(shí)時(shí)，因?yàn)闉楸砻鎸右岩旬a(chǎn)生熱熱塑

22、性變變形而不不能彈性性恢復(fù)，表面層收收縮時(shí)受彈性變變形基體體的限制制產(chǎn)生了殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力，里層產(chǎn)生生壓應(yīng)力力。三.表層金屬屬的殘余余應(yīng)力393） 表面面層金相相組織變變化磨削淬火火鋼時(shí)，工件表表層金屬屬溫度極極高，表表層金屬屬出現(xiàn)回回火或退退火，工工件表層層金屬的的金相組組織發(fā)生生變化（馬氏體體向奧氏氏體或回回火馬氏氏體轉(zhuǎn)化化），相變的金金屬體積積收縮，但受到到未相變變的內(nèi)層層金屬的的牽制，故工件件表面產(chǎn)生殘余余拉應(yīng)力力。三.表層金屬屬的殘余余應(yīng)力402、由于刀具鈍圓圓刃切削時(shí)的的金屬塑塑性變形形所產(chǎn)生生的殘余余應(yīng)力的的機(jī)理。如上右圖圖所示，具有鈍鈍圓刃的的刀具切切削工件件時(shí)，有有一厚度度為的

23、的薄層金金屬無法法被鈍圓圓刃切離離工件而而被強(qiáng)烈烈擠壓成成為已加加工表面面。三.表層金屬屬的殘余余應(yīng)力41機(jī)理：工件已加加工表面面的表層層金屬受受刀具鈍鈍圓刃的的強(qiáng)烈擠擠壓和摩摩擦，產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)嚴(yán)重塑性性變形而而不能彈彈性恢復(fù)復(fù)，當(dāng)內(nèi)內(nèi)層金屬屬彈性恢恢復(fù)時(shí)受受到表層層金屬的的牽制，故工件件表層金金屬產(chǎn)生生產(chǎn)生殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力。三.表層金屬屬的殘余余應(yīng)力42四.表面強(qiáng)化化工藝表面強(qiáng)化化工藝是指通過過冷壓加加工方法法使表面面層金屬屬發(fā)生冷冷態(tài)塑性性變形，以降低低表面粗粗糙度值值，提高高表面硬硬度，并并在表面面層產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力的的表面強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝。常見的冷冷壓加工工方法有有：噴丸強(qiáng)化化，滾壓壓加工等。

24、43利用大量量快速運(yùn)運(yùn)動(dòng)珠丸丸打擊工工件表面面,使工件表面面產(chǎn)生冷冷硬層和和壓應(yīng)力力,疲勞強(qiáng)度。1、噴丸強(qiáng)強(qiáng)化用于強(qiáng)化化形狀復(fù)復(fù)雜或不不宜用其其它方法法強(qiáng)化的的工件，例如板板彈簧、螺旋彈彈簧、齒齒輪、焊焊縫等。珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力 壓縮拉伸塑性變形區(qū)域珠丸可以以是鑄鐵鐵的，也也可以是是切成小小段的鋼鋼絲（使使用一段段時(shí)間后后，自然然變成球球狀）。對(duì)于鋁鋁質(zhì)工件件，為避避免表面面殘留鐵鐵質(zhì)微粒粒而引起起電解腐腐蝕，宜宜采用鋁鋁丸或玻玻璃丸。珠丸的的直徑一一般為0.24mm，對(duì)于尺尺寸較小小、表面面粗糙度度值較小小的工件件，采用用直徑較較小的珠珠丸。442、滾壓加加工利用淬硬硬和精細(xì)細(xì)研磨過過的滾

25、輪輪或滾珠珠，在常常溫狀態(tài)態(tài)擠壓金金屬表面面，將凸凸起部分分下壓下下，凹下下部分上上凸，修修正工件件表面的的微觀幾幾何形狀狀,形成壓縮縮殘余應(yīng)應(yīng)力，提提高耐疲疲勞強(qiáng)度度。滾壓加工工可以加加工外圓圓、孔、平面及及成型表表面，通通常在普普通車床床、轉(zhuǎn)塔塔車床或或自動(dòng)車車床上進(jìn)進(jìn)行滾壓加工原理圖4546第四節(jié)機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動(dòng)振動(dòng)振痕（刀刀具與工工件相對(duì)對(duì)位移）表面質(zhì)量量，影響響使用性性能工藝系統(tǒng)統(tǒng)受動(dòng)態(tài)態(tài)交變載載荷刀具加劇劇磨損、崩刃、機(jī)床連連接特性性破壞噪聲危害操作作者的身身體健康康主要有強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)和自激激振動(dòng)47強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)由于外界界周期性性干擾力力的作用用而引起起的振動(dòng)動(dòng)（影響響精

26、密加加工質(zhì)量量、生產(chǎn)產(chǎn)率的關(guān)關(guān)鍵問題題）。1.強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生的的原因機(jī)內(nèi)振源源機(jī)床旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件的不不平衡機(jī)床傳動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)的的缺陷往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)部件的的慣性力力切削過程程中的沖沖擊等機(jī)外振源源地基傳給給機(jī)床（隔振地地基）一、機(jī)械械加工過過程中的的強(qiáng)迫振振動(dòng)482.強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的特征征（頻率率特征、幅頻相相應(yīng)特征征）頻率特征征振動(dòng)頻率率與干擾擾力的頻頻率相同同或是干干擾力的的整數(shù)倍倍幅頻影響響特征干擾力的的幅值大大，強(qiáng)迫迫振動(dòng)幅幅值大。工藝系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)態(tài)特性如干擾力力的頻率率遠(yuǎn)離工工藝系統(tǒng)統(tǒng)各階模模態(tài)的固固有頻率率，振動(dòng)動(dòng)幅值很很?。◤?qiáng)迫振振動(dòng)響應(yīng)應(yīng)將處于于機(jī)床動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)應(yīng)的衰減減區(qū)）如干擾力力的頻率率接近工

27、工藝系統(tǒng)統(tǒng)某一固固有頻率率時(shí)，振振動(dòng)幅值值明顯增增大如干擾力力的頻率率與工藝藝系統(tǒng)某某一固有有頻率相相同，共共振（阻阻尼小，振幅十十分大）一、機(jī)械械加工過過程中的的強(qiáng)迫振振動(dòng)49減小強(qiáng)迫迫振動(dòng)幅幅值改變運(yùn)動(dòng)動(dòng)參數(shù)改變工藝藝系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)一、機(jī)械械加工過過程中的的強(qiáng)迫振振動(dòng)501.概述定義（自自激振動(dòng)動(dòng)；顫振振）由系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部激發(fā)發(fā)反饋產(chǎn)產(chǎn)生的周周期性振振動(dòng)自激振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)二、機(jī)械械加工中中的自激激振動(dòng)51自激振動(dòng)動(dòng)特征無外力干干擾自激振動(dòng)動(dòng)頻率接接近與系系統(tǒng)固有有頻率自激振動(dòng)動(dòng)不因阻阻尼而衰衰減二、機(jī)械械加工中中的自激激振動(dòng)522.產(chǎn)生自激激振動(dòng)的的條件（工藝系系統(tǒng)存在在自激振振動(dòng)的條條件）自激振動(dòng)

28、動(dòng)實(shí)例（單自由由度機(jī)械械加工振振動(dòng)模型型） 刀架振出出：切削力對(duì)對(duì)振動(dòng)系系統(tǒng)作功功，振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)則則從切削削過程中中吸收一一部分能能量（W振出=W12345），儲(chǔ)存存在系統(tǒng)統(tǒng)中刀架的振振入： 在彈彈性恢復(fù)復(fù)力作用用下，振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)切削削過程作作功，振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)消耗能能W振入=W54621二、機(jī)械械加工中中的自激激振動(dòng)53當(dāng)W振出W振入時(shí)，切削削力Fy對(duì)振動(dòng)系系統(tǒng)作功功大于振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)切削削過程作作功，加加工系統(tǒng)統(tǒng)有持續(xù)續(xù)的自激激振動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生，加加工系統(tǒng)統(tǒng)處于不不穩(wěn)定狀狀態(tài)。W振出=W振入+W摩阻， 加工工系統(tǒng)有有穩(wěn)幅自自激振動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生W振出W振入+W摩阻， 加工工統(tǒng)系將將出現(xiàn)振振幅遞增增的自激激

29、振動(dòng)W振出 F振入yi二、機(jī)械械加工中中的自激激振動(dòng)54二、機(jī)械械加工中中的自激激振動(dòng)551.再生原理理再生型顫顫振由于切削削厚度變變化效應(yīng)應(yīng)引起的的自激振振動(dòng)再生型顫顫振產(chǎn)生生的條件件本次切削削振紋與與前次振振紋的同同步程度度（相位位差）三、自激激振動(dòng)的的激振機(jī)機(jī)理562.振型耦合合原理（多自由由度系統(tǒng)統(tǒng)）例如：一一個(gè)二自自由度振振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)，如因因偶然干干擾使刀刀架系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)生角角頻率為為的振動(dòng)，刀架將將沿兩X1、X2兩剛度主主軸同時(shí)時(shí)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程程:y=Aysintz=Azsin(t+)式中Ay-y向振幅Az-z向振幅-z向相對(duì)于于y向在主振振頻率上的相位位差。不同，刀刀尖振動(dòng)動(dòng)軌跡不不同三、自激激振動(dòng)的的激振機(jī)機(jī)理57如果：是某值時(shí)時(shí)，刀尖尖振動(dòng)軌軌跡為沿沿橢圓曲曲線順時(shí)時(shí)針方向向。刀具：振振入運(yùn)動(dòng)動(dòng)ACB，切削厚厚度較薄薄切削力力小。振出運(yùn)動(dòng)動(dòng)BDA，切削厚厚度較大大，切削削力大。W振出W振入振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)在各主主振模態(tài)態(tài)間互相相耦