機(jī)械加工表面加工質(zhì)量

1、機(jī)械加工表面質(zhì)量宗永遠(yuǎn)2006-6-23Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET零件表面面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀幾何形狀特征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質(zhì)量量的含義義（內(nèi)容容）Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（1）表表面粗糙糙度對零零件耐磨磨性的影影響表面粗糙糙度太大大和太小小都不耐耐磨。如圖4-38所示

2、。表面粗糙糙度太大大，接觸觸表面的的實際壓壓強(qiáng)增大大，粗糙糙不平的的凸峰相相互咬合合、擠裂裂、切斷斷，故磨磨損加劇??；表面粗糙糙度太小小，也會會導(dǎo)致磨磨損加劇劇。因為為表面太太光滑，存不住住潤滑油油，接觸觸面間不不易形成成油膜，容易發(fā)發(fā)生分子子粘結(jié)而而加劇磨磨損。表面粗糙糙度的最最佳值與與機(jī)器零零件的工工作情況況有關(guān)，載荷加大大時，磨磨損曲線線向上、向右移移動，最最佳表面面粗糙度度值也隨隨之右移移。二、表面面質(zhì)量對對零件使使用性能能的影響響1表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響Evaluation Warning : The document was created with Spire.Present

3、ation for .NET圖438表表面面粗糙度度與初期期磨損量量的關(guān)系系Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（2）表表面層的的冷作硬硬化對零零件耐磨磨性的影影響加工表面面的冷作作硬化，一般能能提高零零件的耐耐磨性。因為它使使磨擦副副表面層層金屬的的顯微硬硬度提高高，塑性性降低，減少了了摩擦副副接觸部部分的彈彈性變形形和塑性性變形。并非冷作作硬化程程度越高高，耐磨磨性就越越高。這是因為為過分的的冷作硬硬化，將將引起金金屬組織織過度“疏松”，在相相對運(yùn)動動中可能能會產(chǎn)生生金屬

4、剝剝落，在在接觸面面間形成成小顆粒粒，使零零件加速速磨損。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET2表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表表面粗糙糙度對零零件疲勞勞強(qiáng)度的的影響表面粗糙糙度越大大，抗疲疲勞破壞壞的能力力越差。對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部位容易易引起應(yīng)應(yīng)力集中中，產(chǎn)生生疲勞裂裂紋。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

5、小，其其抗疲勞勞破壞的的能力越越差。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（2）表表面層冷冷作硬化化與殘余余應(yīng)力對對零件疲疲勞強(qiáng)度度的影響響適度的表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)力則能夠部部分地抵抵消工作作載荷施施加的拉拉應(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。Evaluation Warning : The docume

6、nt was created with Spire.Presentation for .NET3.表面面質(zhì)量對對零件工工作精度度的影響響（1）表表面粗糙糙度對零零件配合合精度的的影響表面粗糙糙度較大大，則降降低了配配合精度度。（2）表表面殘余余應(yīng)力對對零件工工作精度度的影響響表面層有有較大的的殘余應(yīng)應(yīng)力，就就會影響響它們精精度的穩(wěn)穩(wěn)定性。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET4表面面質(zhì)量對對零件耐耐腐蝕性性能的影影響（1）表表面粗糙糙度對零零件耐腐腐蝕性能能的影響響零件表面面越

7、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，可以提提高零件件的耐腐腐蝕性能能。（2）表表面殘余余應(yīng)力對對零件耐耐腐蝕性性能的影影響零件表面面殘余壓壓應(yīng)力使使零件表表面緊密密，腐蝕蝕性物質(zhì)質(zhì)不易進(jìn)進(jìn)入，可可增強(qiáng)零零件的耐耐腐蝕性性，而表表面殘余余拉應(yīng)力力則降低低零件耐耐腐蝕性性。表面質(zhì)量量對零件件使用性性能還有有其它方方面的影影響：如減小表表面粗糙糙度可提提高零件件的接觸觸剛度、密封性性和測量量精度；對滑動動零件，可降低低其摩擦擦系數(shù)，從而減減少發(fā)熱熱和功率率損失。Evaluation Warning : The document w

8、as created with Spire.Presentation for .NET表面質(zhì)量量對零件件使用性性能的影影響零件表面面質(zhì)量粗糙度太太大、太太小都不不耐磨適度冷硬硬能提高高耐磨性性對疲勞強(qiáng)強(qiáng)度的影影響對耐磨性性影響對耐腐蝕蝕性能的的影響對工作精精度的影影響粗糙度越越大，疲疲勞強(qiáng)度度越差適度冷硬硬、殘余余壓應(yīng)力力能提高高疲勞強(qiáng)強(qiáng)度粗糙度越越大、工工作精度度降低殘余應(yīng)力力越大，工作精精度降低低粗糙度越越大，耐耐腐蝕性性越差壓應(yīng)力提提高耐腐腐蝕性，拉應(yīng)力力反之則則降低耐耐腐蝕性性Evaluation Warning : The document was created with Spir

9、e.Presentation for .NET三、影影響加加工表面面粗糙度度的主要要因素及及其控制制機(jī)械加工工中，表表面粗糙糙度形成成的原因因大致可可歸納為為幾何因因素和物物理力學(xué)學(xué)因素兩兩個方面面。（一）切切削加工工表面粗粗糙度1、幾何何因素刀尖圓弧弧半徑r主偏角kr、副偏角角kr進(jìn)給量f（圖440）H=f/(cotr+cotr)(8-1)H=f2/(8r)(8-2)Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖440車車削削、刨削削時殘留留面積高高度Evaluation Warn

10、ing : The document was created with Spire.Presentation for .NET2、物理理力學(xué)因因素（1）工工件材料料的影響響韌性材料料：工件件材料韌韌性愈好好，金屬屬塑性變變形愈大大，加工工表面愈愈粗糙。故對中碳碳鋼和低低碳鋼材材料的工工件，為為改善切切削性能能，減小小表面粗粗糙度，常在粗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：加工工脆性材材料時，其切削削呈碎粒粒狀，由由于切屑屑的崩碎碎而在加加工表面面留下許許多麻點(diǎn)點(diǎn)，使表表面粗糙糙。Evaluation Warning : The document was created w

11、ith Spire.Presentation for .NET（2）切切削速度度的影響響加工塑性性材料時時，切削削速度對對表面粗粗糙度的的影響（對積屑屑瘤和鱗鱗刺的影影響）見見如圖4-41所示。此外，切切削速度度越高，塑性變變形越不不充分，表面粗粗糙度值值越小選擇低速速寬刀精精切和高高速精切切，可以以得到較較小的表表面粗糙糙度。（4）其其它因素素的影響響此外，合合理使用用冷卻潤潤滑液，適當(dāng)增增大刀具具的前角角，提高高刀具的的刃磨質(zhì)質(zhì)量等，均能有有效地減減小表面面粗糙度度值。（3）進(jìn)進(jìn)給量的的影響減小進(jìn)給給量f固固然可以以減小表表面粗糙糙度值，但進(jìn)給量過過小，表表面粗糙糙度會有有增大的的趨勢。E

12、valuation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖441加加工塑性性材料時時切削速速度對表表面粗糙糙度的影影響Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET影響切削削加工表表面粗糙糙度的因因素刀具幾何何形狀刀具材料料、刃磨磨質(zhì)量切削用量量工件材料料殘留面積 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃傾角會影響實際工作前角 v Raf Raap對Ra影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面材料塑性 R

13、a同樣材料晶粒組織大 Ra，常用正火、調(diào)質(zhì)處理刀具材料強(qiáng)度 Ra刃磨質(zhì)量 Ra冷卻、潤滑 Ra影響切削削加工表表面粗糙糙度的因因素Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（二）磨磨削加工工表面粗粗糙度1、磨磨削中影影響粗糙糙度的幾幾何因素素工件的磨磨削表面面是由砂砂輪上大大量磨粒?？虅澇龀鰺o數(shù)極極細(xì)的刻刻痕形成成的，工工件單位位面積上上通過的的砂粒數(shù)數(shù)越多，則刻痕痕越多，刻痕的的等高性性越好，表面粗粗糙度值值越小。磨粒在砂砂輪上的的分布越越均勻、磨粒越越細(xì)，刃刃口的等等高性越越好

14、。則則砂輪單單位面積積上參加加磨削的的磨粒越越多，磨磨削表面面上的刻刻痕就越越細(xì)密均均勻，表表面粗糙糙度值就就越小。（1）砂砂輪的磨磨粒Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET砂輪轉(zhuǎn)速速越高，單位時時間內(nèi)通通過被磨磨表面的的磨粒數(shù)數(shù)越多，表面粗粗糙度值值就越小小。工件轉(zhuǎn)速速對表面面粗糙度度值的影影響剛好好與砂輪輪轉(zhuǎn)速的的影響相相反。工件的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增大大，通過過加工表表面的磨磨粒數(shù)減減少，因因此表面面粗糙度度值增大大。砂輪的縱縱向進(jìn)給給量小于于砂輪的的寬度時時，工件件表面將將被重疊疊

15、切削，而被磨磨次數(shù)越越多，工工件表面面粗糙度度值就越越小。（3）磨磨削用量量（2）砂砂輪修整整砂輪修整整除了使使砂輪具具有正確確的幾何何形狀外外，更重重要的是是使砂輪輪工作表表面形成成排列整整齊而又又銳利的的微刃（圖447）。因此此，砂輪輪修整的的質(zhì)量對對磨削表表面的粗粗糙度影影響很大大。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖447砂砂輪上上的磨粒粒Evaluation Warning : The document was created with Spire.Present

16、ation for .NET2、磨磨削中影影響粗糙糙度的物物理因素素磨削速度度比一般般切削速速度高得得多，且且磨粒大大多數(shù)是是負(fù)前角角，切削削刃又不不銳利，大多數(shù)數(shù)磨粒在在磨削過過程中只只是對被被加工表表面擠壓壓，沒有有切削作作用。加加工表面面在多次次擠壓下下出現(xiàn)溝溝槽與隆隆起，又又由于磨磨削時的的高溫更更加劇了了塑性變變形，故故表面粗粗糙度值值增大。（1）磨磨削用量量砂輪的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速材料塑性性變形表面粗糙糙度值；磨削深度度、工件速度度塑性變形形表面粗糙糙度值；為提高磨磨削效率率，通常常在開始始磨削時時采用較較大的徑徑向進(jìn)給給量，而而在磨削削后期采采用較小小的徑向向進(jìn)給量量或無進(jìn)進(jìn)給量磨磨削，以以

17、減小表表面粗糙糙度值。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（2）工工件材料料太硬易使使磨粒磨磨鈍Ra；太軟容易易堵塞砂砂輪Ra；韌性太大大，熱導(dǎo)導(dǎo)率差會會使磨粒粒早期崩崩落Ra 。（2）砂砂輪粒度度與硬度度磨粒太細(xì)細(xì)，砂輪輪易被磨磨屑堵塞塞，使表表面粗糙糙度值增增大，若若導(dǎo)熱情情況不好好，還會會燒傷工工件表面面。砂輪太硬硬，使表表面粗糙糙度增大大；砂輪選得得太軟，使表面面粗糙度度值增大大。Evaluation Warning : The document was create

18、d with Spire.Presentation for .NET影響磨削削加工表表面粗糙糙度的因因素粒度Ra 金剛石筆鋒利，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量 Ra磨粒等高性Ra硬度鈍化磨粒脫落 Ra硬度磨粒脫落Ra硬度合適、自勵性好Ra太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差 Ra影響磨削削加工表表面粗糙糙度的因因素砂輪粒度度工件材料料性質(zhì)砂輪修正正磨削用量量砂輪硬度度砂輪V Raap、工件V 塑變 Ra粗磨ap生產(chǎn)率精磨ap Ra(ap=0光磨) Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET#1BORE

19、#2BOREEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET#4BORE#3BOREEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETMatrix缸體缸孔孔Honing加工表面面發(fā)生的的缺陷分分析(SEM)#1BOREEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETMatrix

20、缸體缸孔孔Honing加工表面面發(fā)生的的缺陷分分析(SEM)#2BOREEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET缸體缸孔孔Honing加工表面面發(fā)生的的缺陷分分析(SEM)#3BOREEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET缸體缸孔孔Honing加工表面面發(fā)生的的缺陷分分析(SEM)#4BOREEvaluation Warning : The document wa

21、s created with Spire.Presentation for .NET四、影影響表表面層物物理力學(xué)學(xué)性能的的主要因素素及其控控制影響表面面層物理理力學(xué)性性能的主主要因素素表面物理理力學(xué)性性能影響金相組織變化因素影響顯微硬度因素影響殘余應(yīng)力因素塑變引起的冷硬金相組織變化引起的硬度變化冷塑性變形熱塑性變形金相組織變化切削熱Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET1.表表面層的的冷作硬硬化（1）表表面層層加工硬硬化的產(chǎn)產(chǎn)生定義：機(jī)械加工工時，工工件表面面層金屬屬受到切切削

22、力的的作用產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈烈的塑性性變形，使晶格格扭曲，晶粒間間產(chǎn)生剪剪切滑移移，晶粒粒被拉長長、纖維維化甚至至碎化，從而使使表面層層的強(qiáng)度度和硬度度增加，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為加工硬硬化，又又稱冷作作硬化和和強(qiáng)化。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（2）衡衡量表表面層加加工硬化化的指標(biāo)標(biāo)衡量表面面層加工工硬化程程度的指指標(biāo)有下下列三項項：1）表面面層的顯顯微硬度度HV；2）硬化化層深度度h；3）硬化化程度NN=(HV-HV0)/HV0100（8-3）式中HV0工件件原表面面層的顯顯微

23、硬度度。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（3）影影響表面面層加工工硬化的的因素刀具幾幾何形狀狀的影響響切削刃 r、前角、后面磨損量VB 表層金屬的塑變加劇冷硬切削用用量的影影響 切削速度v塑變冷硬 f切削力塑變冷硬工件材材料性能能的影響響 材料塑性冷硬Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET2.表表面層層殘余應(yīng)應(yīng)力定義：機(jī)械加工工中工件件表面層層組織發(fā)發(fā)生變

24、化化時，在在表面層層及其與與基體材材料的交交界處會會產(chǎn)生互互相平衡衡的彈性性力。這這種應(yīng)力力即為表表面層的的殘余應(yīng)應(yīng)力。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（1）表表面層殘殘余應(yīng)力力的產(chǎn)生生1）冷態(tài)塑變變 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。2）熱熱態(tài)態(tài)塑變 表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力(其原理見圖)3）金金相組織織變化 比容大的組織比容小的組織體積收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力，反之，產(chǎn)生壓

25、應(yīng)力。（密度小，比容大）Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖切切削熱熱在表層層金屬產(chǎn)產(chǎn)生殘余余拉應(yīng)力力的示意意圖Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET機(jī)械加工工后工件件表面層層的殘余余應(yīng)力是是冷態(tài)塑性性變形、熱態(tài)態(tài)塑塑性變形形和金相相組織變變化的綜綜合結(jié)果果。切削加工工時起主主要作用用的往往往是冷態(tài)態(tài)塑性變變形，表表面層常常產(chǎn)生殘殘余壓縮縮應(yīng)力。磨削加工工時

26、起主主要作用用的通常常是熱態(tài)態(tài)塑性變變形或金金相組織織變化引引起的體體積變化化，表面面層常產(chǎn)產(chǎn)生殘余余拉伸應(yīng)應(yīng)力。（2）磨磨削裂紋紋的產(chǎn)生生磨削裂紋紋和殘余余應(yīng)力有有著十分分密切的的關(guān)系。在磨削削過程中中，當(dāng)工工件表面面層產(chǎn)生生的殘余余應(yīng)力超超過工件件材料的的強(qiáng)度極極限時，工件表表面就會會產(chǎn)生裂裂紋。磨磨削裂紋紋常與燒燒傷同時時出現(xiàn)。（3）影影響表面面殘余應(yīng)應(yīng)力的主主要因素素Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET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

27、近區(qū)域域產(chǎn)生了了一定的的溫升。定義：磨削加工工時，表表面層有有很高的的溫度，當(dāng)溫度度達(dá)到相相變臨界界點(diǎn)時，表層金金屬就發(fā)發(fā)生金相相組織變變化，強(qiáng)強(qiáng)度和硬硬度降低低、產(chǎn)生生殘余應(yīng)應(yīng)力、甚甚至出現(xiàn)現(xiàn)微觀裂裂紋。這這種現(xiàn)象象稱為磨磨削燒傷傷。淬火鋼在在磨削時時，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。三、表面面層金相相組織變變化與磨磨削燒傷傷1.表面面層金相相組織變變化與磨磨削燒傷傷的產(chǎn)生生Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET淬火燒傷傷回火燒傷傷退火燒傷傷磨削時工

28、工件表面面溫度超超過相變變臨界溫度Ac3時，則馬氏氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W氏氏體。在在冷卻液作作用下，工件最最外層金金屬會出出現(xiàn)二次淬火馬馬氏體組組織。其其硬度比比原來的的回火馬氏體高高，但很很薄，其其下為硬硬度較低低的回火索氏體體和屈氏氏體。由由于二次次淬火層層極薄，表面層總總的硬度度是降低低的，這這種現(xiàn)象象稱為淬火燒傷傷。磨削時，如果工工件表面面層溫度度只是超過原原來的回回火溫度度，則表表層原來來的回火馬馬氏體組組織將產(chǎn)產(chǎn)生回火火現(xiàn)象而而轉(zhuǎn)變?yōu)橛灿捕容^低低的回火火組織（索氏體體或屈氏體體），這這種現(xiàn)象象稱為回回火燒傷傷。磨削時，當(dāng)工件件表面層層溫度超超過相變臨界界溫度Ac3時時，則馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W

29、氏體體。若此此時無冷冷卻液，表層金金屬空冷冷冷卻比較較緩慢而而形成退退火組織織。硬度和強(qiáng)強(qiáng)度均大大幅度下下降。這這種現(xiàn)象象稱為退火火燒傷。2.磨磨削燒傷傷的三種種形式Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET磨削用量量砂輪與工工件材料料改善冷卻卻條件1）砂輪輪轉(zhuǎn)速 磨削燒傷傷2）徑向進(jìn)給給量fp磨削燒傷傷3）軸向進(jìn)給給量fa磨削燒傷傷4）工件件速度vw磨削燒傷傷1)磨削削時，砂砂輪表面面上磨粒粒的切削削刃口鋒利磨削削力磨削區(qū)區(qū)的溫度度2)磨削削導(dǎo)熱性性差的材材料(耐耐熱鋼、軸承鋼、

30、不銹銹鋼)磨削削燒傷3)應(yīng)合合理選擇擇砂輪的的硬度、結(jié)合劑劑和組織磨磨削燒傷傷采用內(nèi)冷冷卻法磨削燒燒傷圖3.影響響磨削燒燒傷的因因素及改改善途徑徑采用開槽槽砂輪間斷磨削削受熱熱磨削燒燒傷圖Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖內(nèi)內(nèi)冷卻卻裝置1錐形形蓋2通通道孔3砂輪中中心孔4有徑徑向小孔孔的薄壁壁套Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖開開槽砂砂輪a）槽均勻

31、分分布b）槽均勻分分布Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET第四節(jié)提提高高表面層層物理力力學(xué)性能能的加工工方法1滾壓壓加工滾壓加工工是利用用經(jīng)過淬淬火和精精細(xì)研磨磨過的滾滾輪或滾滾珠，在在常溫狀狀態(tài)下對對金屬表表面進(jìn)行行擠壓，使受壓壓點(diǎn)產(chǎn)生生彈性和和塑性變變形，表表層的凸凸起部分分向下壓壓，凹下下部分向向上擠，逐漸將將前工序序留下的的波峰壓壓平，降降低了表表面粗糙糙度；同同時它還還能使工工件表面面產(chǎn)生硬硬化層和和殘余壓壓應(yīng)力。因此提提高了零零件的承承載能力力和疲勞勞強(qiáng)度。滾壓加

32、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)塔塔車床或或自動車車床上進(jìn)進(jìn)行。如如圖為典型的的滾壓加加工示意意圖。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖滾滾壓壓加工原原理Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET2.噴噴丸強(qiáng)化化噴丸強(qiáng)化化是利用用大量快快速運(yùn)動動的珠丸丸打擊被被加工工工件表面面，使工工件表面面產(chǎn)生冷冷硬層和和壓縮殘殘余應(yīng)力力

33、，如圖圖8-13所示示為珠丸丸擠壓工工件表面面的狀態(tài)態(tài),可可顯著提提高零件件的疲勞勞強(qiáng)度。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（使使用一段段時間后后，自然然變成球球狀）。對于鋁鋁質(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，對于于尺寸較較小、表表面粗糙糙度值較較小的工工件，采采用直徑徑較小的的珠丸。噴丸強(qiáng)化化主要用用于強(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，如板彈彈簧、螺螺旋彈簧簧、連桿桿、齒輪輪、焊縫縫等。經(jīng)經(jīng)噴丸加加工后的的表面，硬化層層深度可可達(dá)0.7mm，零件件表面粗粗糙度值值可由Ra

34、52.5m減減小到到Ra0.630.32m，可幾倍倍甚至幾幾十倍地地提高零零件的使使用壽命命。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET第五節(jié)機(jī)機(jī)械械加工中中的振動動振動會在在工件加加工表面面出現(xiàn)振振紋，降降低了工工件的加加工精度度和表面面質(zhì)量；振動會引引起刀具具崩刃打打刀現(xiàn)象象并加速速刀具或或砂輪的的磨損；振動使機(jī)機(jī)床連接接部分松松動，影影響運(yùn)動動副的工工作性能能，并導(dǎo)導(dǎo)致機(jī)床床喪失精精度；強(qiáng)烈的振振動及伴伴隨而來來的噪聲聲，還會會污染環(huán)環(huán)境，危危害操作作者的身身心健康康。為減減

35、小加工工過程中中的振動動，有時時不得不不降低切切削用量量，使機(jī)機(jī)械加工工生產(chǎn)率率降低。一、機(jī)械械加工中中的振動動現(xiàn)象1、振動動對機(jī)械械加工的的影響Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET機(jī)械加工工中振動動的種類類及其主主要特點(diǎn)點(diǎn)機(jī)械加工工振動自激振動自由振動強(qiáng)迫振動當(dāng)系統(tǒng)受受到初始始干擾力力激勵破破壞了其平平衡狀態(tài)態(tài)后，系系統(tǒng)僅靠靠彈性恢復(fù)復(fù)力來維維持的振振動稱為為自由振動動。由于于總存在在阻尼，自由振動動將逐漸漸衰減，如圖8-14a所示。(占5%)系統(tǒng)在周周期性激激振力(干擾力

36、力)持續(xù)作用下下產(chǎn)生的的振動，稱為強(qiáng)強(qiáng)迫振動。強(qiáng)強(qiáng)迫振動動的穩(wěn)態(tài)態(tài)過程是是諧振動，只只要有激激振力存存在振動動系統(tǒng)就不會會被阻尼尼衰減掉掉。如圖8-14b所示。(占35%)在沒有周周期性干干擾力作作用的情情況下，由由振動系系統(tǒng)本身身產(chǎn)生的的交變力所所激發(fā)和和維持的的振動，稱為自激激振動。切削過過程中產(chǎn)產(chǎn)生的自激激振動也也稱為顫顫振。(占65%)Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETEvaluation Warning : The document was created wit

37、h Spire.Presentation for .NET一）強(qiáng)迫振動的振源系統(tǒng)外部部的周期期性干擾擾力旋轉(zhuǎn)零件件的質(zhì)量量偏心傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)的缺陷陷切削過程程的間隙隙特性二、機(jī)械械加工中中的強(qiáng)迫迫振動與與控制Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET二）強(qiáng)迫振動的數(shù)學(xué)描述及特性1、動力學(xué)模型的建立幾點(diǎn)假設(shè)設(shè)：1）（a）只有質(zhì)量量、沒有有彈性的的集中質(zhì)質(zhì)量，（b）只有彈性性、沒有有質(zhì)量的的集中彈彈簧；2）阻尼力在在線性范范圍內(nèi)，即：3）系統(tǒng)統(tǒng)在平衡衡位置附附近作微微小的振振動（圖1示）E

38、valuation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖1內(nèi)內(nèi)圓磨磨削振動動系統(tǒng)a)模型示意意圖b）動力學(xué)模模型c）受力圖Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET根據(jù)牛頓頓運(yùn)動規(guī)規(guī)律建立立微分方方程：式中衰減系數(shù)數(shù)，0系統(tǒng)無阻阻尼振動動時的固固有頻率率，激振力頻頻率該式是一一個二階階常系數(shù)數(shù)線性非非齊次微微分方程程。根據(jù)據(jù)微分方程理論論，當(dāng)系系統(tǒng)為小小阻尼時時，它的的解由令令而得到

39、的的齊次方程程的通解解和非齊齊次方程程的一個個特解組組成：Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETa）有阻尼的的自由振振動b）強(qiáng)迫振動動c）有阻尼的的自由振振動和強(qiáng)迫振振動的合合成Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET進(jìn)入穩(wěn)態(tài)態(tài)后的振振動方程程為：式中A強(qiáng)迫振動動的幅值值；振動體位位移相對對于激振振力的相相位角；t時間其中強(qiáng)迫迫振動的的振幅為為：相位角為為：Eva

40、luation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET式中ff=F/m；A0系統(tǒng)在靜靜力F作用下的的靜位移移（m)k系統(tǒng)的靜靜剛度（N/m）；頻率比，/0阻尼比，c臨界阻尼尼系數(shù)，Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET1）強(qiáng)迫迫振動是是由周期期性激振振力引起起的，不不會被阻阻尼衰減減掉，振振動本身身也不能能使激振振力變化化。2）強(qiáng)迫迫振動的的振動頻頻率與外外界激振振力的頻頻率相同同，

41、而與與系統(tǒng)的的固有頻頻率無關(guān)關(guān)。3）強(qiáng)迫迫振動的的幅值既既與激振振力的幅幅值有關(guān)關(guān)，又與與工藝系系統(tǒng)的特特性有關(guān)關(guān)。 激振振力的影響。A0=F/k2、強(qiáng)迫振動的特征Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET）當(dāng)0時時，1，0.60.7，準(zhǔn)準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)區(qū)，在該該區(qū)增加加系統(tǒng)靜靜剛度，可減小小振動。）當(dāng) 1時，會急劇增增大，此此現(xiàn)象稱稱為共振振，0.71.4的區(qū)域域稱為共共振區(qū)，在該區(qū)區(qū)增大阻阻尼共共振）當(dāng) 1時時，0， 1.4區(qū)域域稱為慣慣性區(qū)，在該區(qū)區(qū)增加振振動體的的質(zhì)量，可減小小振動

42、振振幅。 頻率率比的的影響（圖示）Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NETEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET三、 減小強(qiáng)迫振動的措施減小激振振力調(diào)整振源源頻率提高工藝藝系統(tǒng)的的剛度和阻尼采取隔振振措施采用減振振裝置。3、振動系統(tǒng)的動剛度當(dāng)系統(tǒng)在在周期性性動載荷荷作用下下，交變變力的幅幅值與振振幅（動動態(tài)位移移）之比比稱為系系統(tǒng)的動動剛度。即：靜剛度k=F/A0

43、是工藝系系統(tǒng)本身身的屬性性，在線線性范圍圍內(nèi)，可可以認(rèn)為為它與外外載荷無無關(guān)，動動剛度kd除與k成正比外外，還與與系統(tǒng)阻阻尼、頻頻率比有關(guān)。靜靜剛度影影響工件件的幾何何形狀及及尺寸精精度，動動剛度影影響工件件的表面面粗糙度度。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET三、機(jī)械械加工中中的自激激振動與與控制1自激振動的產(chǎn)生及特征在實際加加工過程程中，由由于偶然然的外界界干擾（如工件件材料硬硬度不均均、加工工余量有有變化等等），會會使切削削力發(fā)生生變化，從而使使工藝系系統(tǒng)產(chǎn)生生自由振振

44、動。系系統(tǒng)的振振動必然然會引起起工件、刀具間間的相對對位置發(fā)發(fā)生周期期性變化化，這一一變化若若又引起起切削力力的波動動，則使使工藝系系統(tǒng)產(chǎn)生生振動。因此通通常將自自激振動動看成是是由振動動系統(tǒng)（工藝系系統(tǒng)）和和調(diào)節(jié)系系統(tǒng)（切切削過程程）兩個個環(huán)節(jié)組組成的一一個閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)，如圖所示。激勵工藝藝系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生振動動運(yùn)動的的交變力力是由切削過程程本身產(chǎn)生的，而切削削過程同同時又受受工藝系系統(tǒng)的振振動的控控制，工工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動動一旦停停止，動動態(tài)切削削力也就就隨之消消失。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentati

45、on for .NET圖自自激振動動系統(tǒng)的的組成Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（2）自自激振動動的特征征自激振動動特點(diǎn)不衰減的振動它由振動動過程本本身引起起切削力周周期性變變化，從從不具備交交變特性性的能源源中周期獲獲得能量量，使振振動得以維維持。自激振動動由振動動系統(tǒng)本本身參數(shù)決決定，與與強(qiáng)迫振振動顯著不不同。自由振動動受阻尼作作用將迅迅速衰減減，而自激振振動不會會因阻尼尼存在而衰衰減。自激振動動的頻率率接近于于系統(tǒng)的固有頻頻率，即即顫振頻頻率取決于振動動系統(tǒng)的的固有

46、特特性。這與自由由振動相相似，而而與強(qiáng)迫振動根根本不同同E A1 A0 A2 AE-E+f自=f固取決于一周期獲得的能量取決于切削過程本身Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET如圖2a所示為單單自由度度機(jī)械加加工振動動模型。設(shè)工件件系統(tǒng)為為絕對剛剛體，振振動系統(tǒng)統(tǒng)與刀架架相連，且只在在y方向向作單自自由度振振動。在背向力力Fp作用下，刀具作作切入、切出運(yùn)運(yùn)動（振振動）。刀架振動動系統(tǒng)同同時還有有F彈作用在它它上面。y越大大，F(xiàn)彈也越大，當(dāng)Fp=F彈時，刀架架的振動動停止。對上述

47、振振動系統(tǒng)統(tǒng)而言，背向力Fp是外力，F(xiàn)p對振動系系統(tǒng)作功功如圖2b所示。刀具切入入，其運(yùn)運(yùn)動方向向與背向向力方向向相反，作負(fù)功功；即振振動系統(tǒng)統(tǒng)要消耗耗能量W振入；刀具切出出，其運(yùn)運(yùn)動方向向與背向向力方向向相同，作正功功；即振振動系統(tǒng)統(tǒng)要吸收收能量W振出；2產(chǎn)生生自激振振動的條條件Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖2單單自由度度機(jī)械加加工振動動模型a）振動模型型b）力與位移移的關(guān)系系圖Evaluation Warning : The document was create

48、d with Spire.Presentation for .NET（1）當(dāng)W振出W振入時，刀架振動動系統(tǒng)將將有持續(xù)續(xù)的自激激振動產(chǎn)產(chǎn)生。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET三種情況況：W振出=W振入+ W摩阻（振振入）時，系統(tǒng)統(tǒng)有穩(wěn)幅幅的自激激振動；W振出W振入+ W摩阻（振振入）時，系統(tǒng)統(tǒng)為振幅幅遞增的的自激振動，至至一定程程度，系系統(tǒng)有穩(wěn)穩(wěn)幅的自自激振動動；W振出W振入+ W摩阻（振振入）時，系統(tǒng)統(tǒng)為振幅幅遞減的的自激振動，至至一定程程度，系系統(tǒng)有穩(wěn)穩(wěn)幅的自自激振動動；

49、故振動系系統(tǒng)產(chǎn)生生自激振振動的基基本條件件是：W振出W振入或FP振出FP振入Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET2產(chǎn)生生自激振振動的學(xué)學(xué)說（1） 再生顫振1）再生生顫振原原理如圖3a)所示，車刀只只做橫向向進(jìn)給。在穩(wěn)定的的切削過過程中，刀架系系統(tǒng)因材材料的硬硬點(diǎn)，加加工余量量不均勻勻，或其其它原因因的沖擊擊等，受受到偶然然的擾動動。刀架架系統(tǒng)因因此產(chǎn)生生了一次次自由振振動，并并在被加加工表面面留下相相應(yīng)的振振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后，刀刀具要在在留有振振紋的表表面上切切削，因

50、因切削厚厚度發(fā)生生了變化化，所以以引起了了切削力力周期性性的變化化。產(chǎn)生生動態(tài)切切削力。將這種由由于切削削厚度的的變化而而引起的的自激振振動，稱稱為“再生顫顫振”。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖3自自由由正交切切削時再再生顫振振的產(chǎn)生生Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET2）再生生顫振產(chǎn)產(chǎn)生的條條件圖4表示了四四種情況況。圖中中實線表表示前一一轉(zhuǎn)切削

51、削的工件件表面振振紋，虛虛線表示示后一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)切削的的表面。結(jié)論：在在再生顫顫振中，只有當(dāng)當(dāng)后一轉(zhuǎn)的的振紋的的相位滯滯后于前前一轉(zhuǎn)振振紋時才有可能能產(chǎn)生再再生顫振振。a）前后兩轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的振紋紋沒有相相位差（=0）圖4ab）前后后兩轉(zhuǎn)的的振紋相相位差為為=圖4bc）后一一轉(zhuǎn)的振振紋相位位超前，0 -圖4dEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖4再再生生顫振時時振紋相相位角與與平均切切削厚度度的關(guān)系系a）=0b）=c）0-Evaluation Warning : The document

52、 was created with Spire.Presentation for .NET一般01，徑徑向切入入=1（切切槽、鉆鉆、端銑銑等）橫向切削削01車方牙螺螺紋，=0，無無重迭切切削，不不可能發(fā)發(fā)生再生生顫振。2）重迭迭系數(shù)對對再生顫顫振的影影響重 迭系系數(shù)數(shù)前一次切切削工件件表面形形成的波波紋面寬寬度在相相繼的后后一次切切削的有有效寬度度中所占占的比例例，用表示。=（B-f） /BB切削寬度度，f進(jìn)給量。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET（2） 振型耦合顫振1）振

53、型型耦合原原理當(dāng)縱車方方牙螺紋紋的外圓圓表面如如圖5所示，刀刀具并未未發(fā)生重重疊切削削，若按按再生顫顫振原理理，則不不應(yīng)該產(chǎn)產(chǎn)生顫振振。但在在實際加加工中，當(dāng)切削削深度達(dá)達(dá)到一定定值時，仍會發(fā)發(fā)生顫振振，這可可以用振振型耦合合原理來來解釋。圖6是兩個自自由度振振型耦合合顫振動動力學(xué)模模型刀具等效效質(zhì)量為為 m，相互垂直直的等效效剛度系系數(shù)分別別為k1、k2（設(shè)k1 k2）剛度低低的方向向振型為為x1，剛度高高的方向向振型為為x2。Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖5縱縱車

54、方牙牙螺紋外外表面Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET圖6兩兩個自由由度的耦耦合振動動模型a）切削模型型b）動力學(xué)模模型Evaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET當(dāng)?shù)都芟迪到y(tǒng)以的頻率率振動時時，質(zhì)量量m在x1、x2兩個個方向上上以不同同的振幅幅和相位位進(jìn)行振振動，其其合成運(yùn)運(yùn)動軌跡跡近似橢橢圓E。若ABC切入；CDA切出由于切切出時的的平均切切削厚度度大于切切入時

55、的的平均切切削厚度度，正功功大于負(fù)負(fù)功，在在一個振振動周期期內(nèi)，有有多余的的能量輸輸入振動動系統(tǒng)。因此，振動得得以維持持。反之之，則不不能維持持。ACBDEEvaluation Warning : The document was created with Spire.Presentation for .NET4控制制自激振振動的途途徑抑制自激激振動途途徑V=3070m/min自振f自自振；保證Ra時f提高機(jī)床床抗振性性提高刀具具抗振性性（采用消消振刀具具）提高工件件安裝剛剛性根據(jù)振型型耦合原原理，工工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動還還受到各各振型的的剛度比比及其組合合的影響響。合理理調(diào)整它它們之間的的關(guān)系，就可以以有效地地提高系統(tǒng)統(tǒng)的抗振振性，抑抑制自激激振動。（削扁鏜桿桿試驗）提高工藝系統(tǒng)抗振性合理選擇切削用量合理選擇刀具參數(shù)采用變速切削采用