機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及改善措施

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

4.5

機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素及改善措施Surfacemachiningqualityfactorsandimprovementmeasures第4章機(jī)械加工質(zhì)量MachiningQuality14.5.1切削加工表面的形成過程

O為切削層金屬的分流點(diǎn)24.5.2機(jī)械加工表面粗糙度

橫(平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向)縱(垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向)概述橫向縱向理論粗糙度實(shí)際粗糙度粗糙度理論粗糙度實(shí)際粗糙度3圖4-37車削時(shí)殘留面積的高度直線刃車刀（a）（4-42）圓弧刃車刀（b）（4-43）影響因素：fκrRmaxvfⅠⅡrεb）RmaxⅠⅡfa）vf切削加工表面粗糙度產(chǎn)生的原因及其控制

4.5.2機(jī)械加工表面粗糙度

4切削速度影響最大：v=10～50m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差。其他影響因素：振動(dòng)、刀具幾何角度、磨損、刃磨質(zhì)量，切削液等。切削45鋼時(shí)切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（μm）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度

h（μm）0200400600hKsRz4.5.2機(jī)械加工表面粗糙度

5砂輪速度vc↑，Ra↓

工件速度vw↑，Ra↑

砂輪縱向進(jìn)給f↑，Ra

↑

磨削深度ap↑，Ra

↑磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響vw

=40(m/min)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vc=50(m/s)f=2.36(m/min)ap

=0.01(mm)vc(m/s),vw(m/min)Ra(μm)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(μm)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影響光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(μm)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)光磨次數(shù)↑，Ra↓4.5.2機(jī)械加工表面粗糙度

6砂輪粒度↑，Ra↓；但要適量砂輪硬度適中，Ra↓；常取中軟砂輪組織適中，Ra↓

；常取中等組織采用超硬砂輪材料，Ra

↓

砂輪精細(xì)修整，Ra↓砂輪影響其他影響因素工件材料冷卻潤(rùn)滑液等4.5.2機(jī)械加工表面粗糙度

74.5.3加工表面變質(zhì)層

冷作硬化切削或磨削加工時(shí)，表面層金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長(zhǎng)、扭曲和破碎而得到強(qiáng)化。冷作硬化的特點(diǎn)：變形抵抗力提高（屈服點(diǎn)提高），塑性降低（相對(duì)延伸率降低）。冷硬的指標(biāo):通常用冷硬層的深度h、表面層的顯微硬度H以及硬化程度N來表示，其中N=H/H0，H0為原來的顯微硬度。84.5.3加工表面變質(zhì)層

切削加工

f↑，冷硬程度↑(圖4-64)◆切削用量影響◆刀具影響

rε↑，冷硬程度↑其他幾何參數(shù)影響不明顯后刀面磨損影響顯著00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)后刀面磨損對(duì)冷硬影響◆工件材料材料塑性↑，冷硬傾向↑切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果）切削深度影響不大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：459磨削速度↑→冷硬程度↓（弱化作用加強(qiáng)）工件轉(zhuǎn)速↑→冷硬程度↑縱向進(jìn)給量影響復(fù)雜磨削深度↑→冷硬程度↑◆磨削用量◆砂輪砂輪粒度↑→冷硬程度↓砂輪硬度、組織影響不顯著◆工件材料材料塑性↑→冷硬傾向↑材料導(dǎo)熱性↑→冷硬傾向↓磨削深度對(duì)冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削磨削加工4.5.3加工表面變質(zhì)層

10殘余應(yīng)力4.5.3加工表面變質(zhì)層

在機(jī)械加工中，工件表面層金屬相對(duì)基體金屬發(fā)生形狀、體積的變化或金相組織變化時(shí)，工件表面層中將殘留相互平衡的殘余應(yīng)力。產(chǎn)生表面層殘余應(yīng)力的原因：冷態(tài)塑性變形機(jī)械加工時(shí)，表層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形。沿切削速度方向表面產(chǎn)生拉伸變形，晶粒被拉長(zhǎng)，金屬密度會(huì)下降，即比容增大，而里層材料則阻礙這種變形，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。熱態(tài)塑性變形機(jī)械加工時(shí)，切削或磨削熱使工件表面局部溫升過高，引起高溫塑性變形。11殘余應(yīng)力4.5.3加工表面變質(zhì)層

12

v↑→殘余應(yīng)力↑（熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用，圖4-57）◆切削用量對(duì)殘余應(yīng)力的影響◆刀具對(duì)殘余應(yīng)力的影響前角+→－，殘余拉應(yīng)力↓刀具磨損↑→殘余應(yīng)力↑◆工件材料對(duì)殘余應(yīng)力的影響材料塑性↑→殘余應(yīng)力↑鑄鐵等脆性材料易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力圖4-58f對(duì)殘余應(yīng)力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液殘余應(yīng)力(Gpa)0.2000.200100200300400距離表面深度(μm)f

=0.40mm/rf

=0.25mm/rf

=0.12mm/r

f↑→殘余應(yīng)力↑（圖4-58）切削深度影響不顯著圖4-57vc

對(duì)殘余應(yīng)力的影響γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距離表面深度(μm)殘余應(yīng)力(Gpa)-0.2000.20vc

=213m/minvc

=86m/minvc

=7.7m/min4.5.3加工表面變質(zhì)層

13合理選擇砂輪合理選擇磨削用量改善冷卻條件工件表層溫度達(dá)到或超過金屬材料相變溫度時(shí)，表