機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析第一節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義及其對(duì)零件一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義

圖5-1機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

表面質(zhì)量的含義有兩方面內(nèi)容。1、表面的幾何特征

圖5-2（1）表面粗糙度（2）表面波度（3）紋理方向

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2、表面層物理力學(xué)性能

由于機(jī)械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能發(fā)生一定的變化，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）表面層加工硬化（冷作硬化）。2）表面層金相組織變化。3）表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

1、表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響

零件的磨損可分為三個(gè)階段：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段。

圖5-3圖5-4機(jī)械加工表面質(zhì)量分析圖5-5機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

2、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

在交變載荷作用下，零件表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷最易形成應(yīng)力集中，并發(fā)展成疲勞裂紋，導(dǎo)致零件疲勞破壞。

表面殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響極大。

表面層的加工硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度也有影響。 3、表面質(zhì)量對(duì)零件耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度值。

表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐蝕性也有較大影響。

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

4、表面質(zhì)量對(duì)配合性質(zhì)的影響

相配零件間的配合關(guān)系是用過(guò)盈量或間隙值來(lái)表示的。對(duì)間隙配合而言，表面粗糙度值太大，會(huì)使配合表面很快磨損而增大配合間隙，改變配合性質(zhì)，降低配合精度。對(duì)過(guò)盈配合而言，裝配時(shí)配合表面的波峰被擠平，減小了實(shí)際過(guò)盈量，降低了連接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。所以對(duì)有配合要求的表面都要求有較小的表面粗糙度值。

表面殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件形狀和尺寸發(fā)生變化，因此對(duì)配合性質(zhì)也有一定的影響。

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析三、表面完整性的概念

表面完整性的內(nèi)容主要有：(1)表面形貌

(2)表面缺陷

(3)微觀組織與表面層的冶金化學(xué)特性1)微觀裂紋。2)微觀組織變化，包括晶粒大小和形狀、析出物和再結(jié)晶等的變化。3)晶間腐蝕和化學(xué)成分的優(yōu)先溶解。4)對(duì)于氫氧等元素的化學(xué)吸收作用所引起的脆性等。

(4)表面層物理力學(xué)性能

(5)表面層其他工程技術(shù)特性機(jī)械加工表面質(zhì)量分析第二節(jié)影響表面粗糙度的工藝因素及其改善措施一、切削加工的表面粗糙度 1、幾何因素

圖5-6機(jī)械加工表面質(zhì)量分析 2、物理因素

影響切削加工表面粗糙度的物理因素：（1）工件材料的影響（2）刀具幾何參數(shù)的影響（3）切削用量的影響（4）刀具材料與

刃磨質(zhì)量的影響（5）冷卻潤(rùn)滑

液的影響圖5-7圖5-8機(jī)械加工表面質(zhì)量分析(3)與加工條件有關(guān)的因素

包括磨削用量、冷卻條件及工藝系統(tǒng)的精度與抗振性等。

圖5-11機(jī)械加工表面質(zhì)量分析第三節(jié)影響零件表面層物理力學(xué)性能的因素及其改善措施一、表面層的加工硬化 1、加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標(biāo)

在機(jī)械加工過(guò)程中，工件表面層金屬受切削力的作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至破碎而引起的表面層的強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低，物理性能(如密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等)也有所變化。這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱為冷作硬化或強(qiáng)化。切削熱在一定條件下會(huì)使金屬在塑性變形中產(chǎn)生回復(fù)現(xiàn)象，使金屬失去加工硬化中所得到的物理力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱為弱化。

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衡量加工硬化的指標(biāo)有下列三項(xiàng)：1)表面層的顯微硬度HV。2)硬化層深度〖WT5BX〗h0。3)硬化程度N。 2、影響加工硬化的因素1)切削力越大，塑性變形越大，硬化程度和硬化層深度也越大。2)切削溫度越高，則弱化作用增大，使冷硬作用減小。3)被加工材料的硬度低、塑性好，則切削時(shí)塑性變形越大，冷硬現(xiàn)象就越嚴(yán)重。

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析二、表面層的殘余應(yīng)力 1、表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，主要有以下三種原因:（1）冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)（2）熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力（3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力

2、影響表面層殘余應(yīng)力及磨削裂紋的因素

機(jī)械加工表面質(zhì)量分析圖5-12圖5-13機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著密切的關(guān)系，當(dāng)殘余應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，材料表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。影響產(chǎn)生磨削裂紋的因素很多，主要是圍繞著“熱”。圖5-14機(jī)械加工表面質(zhì)量分析三、表面層金相組織變化與磨削燒傷 1、表面層金相組織變化與磨削燒傷原因

磨淬火鋼時(shí)，在工件表面層上形成的瞬時(shí)高溫將使表面金屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：1)如果工件表面層溫度未超過(guò)相變溫度Ac3(一般中碳鋼為720℃)，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(一般中碳鋼為300℃)，這時(shí)馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火托氏體或索氏體，這稱為回火燒傷。2)當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度Ac3，如果這時(shí)有充分的切削液，則表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，但很薄，只有幾微米厚，其下為硬度較低的回火索氏體和托氏體，導(dǎo)致表面層總的硬度降低，這稱為淬火燒傷。機(jī)械加工表面質(zhì)量分析3)當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度Ac3，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果這時(shí)無(wú)切削液，則表面硬度急劇下降，工件表層被退火，這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。

2、影響磨削燒傷的因素及其改善措施

磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷可有兩個(gè)途徑：一是盡可能減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。現(xiàn)將有關(guān)問(wèn)題分述如下：(1)合理選擇磨削用量(2)工件材料機(jī)械加工表面質(zhì)量分析(3)砂輪的選擇(4)改善冷卻條件圖5-15圖5-16機(jī)械加工表面質(zhì)量分析圖5-17圖5-18機(jī)械加工表面質(zhì)量分析四、提高和改善零件表面層的物理力學(xué)性能的措施

(一)零件破壞形式和最終工序的選擇

1、疲勞破壞 2、滑動(dòng)磨損 3、滾動(dòng)磨損圖5-19機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

(二)表面強(qiáng)化工藝

表面強(qiáng)化工藝：表面強(qiáng)化工藝是指在常溫下通過(guò)冷加工方法使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以減小表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 1、噴丸強(qiáng)化

2、滾壓加工 3、液體磨料強(qiáng)化圖5-20機(jī)械加工表面質(zhì)量分析第四節(jié)工藝系統(tǒng)的振動(dòng)及其控制措施一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象

(一)機(jī)械振動(dòng)的分類 1、自由振動(dòng) 2、強(qiáng)迫振動(dòng) 3、自激振動(dòng) (二)振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響

主要表現(xiàn)在：(1)影響零件的表面質(zhì)量(2)影響生產(chǎn)率(3)影響機(jī)床、夾具和刀具壽命(4)振動(dòng)噪聲污染工作環(huán)境機(jī)械加工表面質(zhì)量分析二、強(qiáng)迫振動(dòng)

1、強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因(1)系統(tǒng)外部的周期性激振力(2)高速回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)(3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)(4)切削過(guò)程

的間歇性 2、強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特性圖5-21機(jī)械加工表面質(zhì)量分析圖5-22機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

強(qiáng)迫振動(dòng)的特性是：(1)強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，振動(dòng)本身也不能使激振力變化。(2)強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率

與外界激振力的頻率相

同，而與系統(tǒng)的固有頻

率無(wú)關(guān)。(3)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與

激振力的幅值有關(guān)，又

與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。圖5-23機(jī)械加工表面質(zhì)量分析三、自激振動(dòng)

自激振動(dòng):切削加工時(shí)，在沒(méi)有周期性外力作用的情況下，有時(shí)刀具與工件之間也可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，并在工件的加工表面上殘留下明顯的、有規(guī)律的振紋。這種由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維持的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)，通常也稱為顫振。(一)自激振動(dòng)的產(chǎn)生條件和特性

通常將自激振動(dòng)看成是由振動(dòng)系統(tǒng)(工藝系統(tǒng))和調(diào)節(jié)系統(tǒng)(切削過(guò)程)兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。機(jī)械加工表面質(zhì)量分析圖5-24機(jī)械加工表面質(zhì)量分析(二)自激振動(dòng)的激振學(xué)說(shuō)

1、負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō)圖5-25機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

2、再生顫振學(xué)說(shuō)圖5-26圖5-27機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

3、坐標(biāo)聯(lián)系學(xué)說(shuō)圖5-28圖5-29機(jī)械加工表面質(zhì)量分析四、機(jī)械加工中振動(dòng)的診斷方法

一般診斷步驟如下：1）拾取診斷信號(hào)，作機(jī)床工作時(shí)的頻譜圖。2）做環(huán)境試驗(yàn)，查找機(jī)外振源。3）做空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，查找機(jī)內(nèi)振源。機(jī)械加工表面質(zhì)量分析五、機(jī)械加工中振動(dòng)的控制

機(jī)械加工中控制振動(dòng)的途徑有三個(gè)方面：消除或減弱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的條件；改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性；采取各種消振減振裝置。(一)消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件1)減小激振力2)調(diào)整振源頻率3)采取隔振措施(二)消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件

1、合理選擇切削用量

圖5-30機(jī)械加工表面質(zhì)量分析圖5-31圖5-32機(jī)械加工表面質(zhì)量分析

2、合理選擇刀具幾何參數(shù)

圖5-33圖5-33圖5-34機(jī)械加工表面