ch07機械加工表面質(zhì)量

機械加工表面質(zhì)量普通高等教育機電類“十三五”規(guī)劃教材機械制造工藝與裝備第七章01機械加工表面質(zhì)量的概念表面層的幾何形貌主要包括表面粗糙度、波度、紋理方向和表面缺陷四個方面。表面缺陷是指加工表面上出現(xiàn)的各種缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕等。機械加工表面質(zhì)量的概念機械加工表面質(zhì)量的概念根據(jù)加工表面輪廓的特征（波長L與波高丑的比值），可將表面輪廓分為以下三種（見圖7-1）。機械加工表面質(zhì)量的概念紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的加工方法。圖7-2給出了各種加工紋理方向及其符號標注。機械加工過程中，由于切削變形和切削熱等因素作用在工件表面層材料而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，稱為表面層殘余應(yīng)力。表面層的殘余應(yīng)力機械加工過程中，在工件的加工區(qū)域，溫度會急劇升高，當溫度升高到超過工件材料金相組織變化的臨界點時，就會發(fā)生金相組織變化。表面層的金相組織變化機械加工表面質(zhì)量的概念機械加工過程中表面層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長，這些都會使表面層金屬的硬度增加、塑性減小。表面層的冷作硬化02機械加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響表面冷作硬化對耐磨性的影響。表面紋理對耐磨性的影響。機械加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響表面粗糙度對耐磨性的影響。表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響表面粗糙度對零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)疲勞裂紋，加速疲勞破壞。機械加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響表面質(zhì)量對抗腐蝕性能的影響零件在潮濕的空氣中或在腐蝕性介質(zhì)中工作時，會發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響對于間隙配合，配合零件表面越粗糙，磨損越大，使配合間隙增大，降低配合精度；對于過盈配合，兩零件粗糙表面相配時凸峰被擠平，使有效過盈量減小，將降低過盈配合的連接強度。機械加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響03影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制工件表面殘留面積的高度（參見圖7-4）。影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制加工塑性材料時，切削速度對加工表面粗糙度的影響如圖7-5所示。砂輪的粒度越細，單位面積上參與磨削的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值越小。砂輪的影響被加工材料的硬度、塑性和導(dǎo)熱性對表面粗糙度都有顯著影響。工件材料性質(zhì)的影響影響加工表面粗糙度的工藝因素及其控制砂輪轉(zhuǎn)速v越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。磨削用量的影響04影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝刀具的影響、切削用量的影響、加工材料的影響。影響冷作硬化的工藝因素影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝冷作硬化的程度取決于材料塑性變形的程度。冷作硬化及其評定參數(shù)如果磨削區(qū)溫度已超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(中碳鋼為300℃)而未超過相變溫度(碳鋼的相變溫度為723℃），則這時工件表面層金屬由原來的馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織(索氏體或托氏體)，這種燒傷稱為回火燒傷。如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上切削液的急冷作用，則會使表面層金屬發(fā)生二次淬火。若工件表面層溫度超過相變溫度，而磨削區(qū)又沒有冷卻液，則表面層金屬將產(chǎn)生退火組織，硬度將急劇下降，稱為退火燒傷。影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝表面層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因1）冷塑性變形引起表面層材料的比容增大2）切削熱的影響3）金相組織的變化影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝影響表面層殘余應(yīng)力的工藝因素1）切削速度與被加工材料的影響2）前角的影響零件主要工作表面最終工序加工方法的選擇1）疲勞破壞2）滑動磨損3）滾動磨損影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝滾壓加工見圖7-10。影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝擠壓加工見圖7-12。噴丸強化噴丸強化利用壓縮空氣或離心力，將大量直徑為0.4~2mm的珠丸高速運動打擊工件被加工表面，使表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，可以顯著提高零件的疲勞強度。珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時間后，自然變成球狀）。對于鋁工件，為了避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，珠丸宜采用鋁丸或玻璃丸。影響加工表面物理機械性能的工藝因素及表面強化工藝05機械加工過程中的振動及其控制機械加工過程中的振動有兩類：強迫振動和自激振動。機械加工過程中的強迫振動是指在外界周期性干擾力的持續(xù)作用下，振動系統(tǒng)受迫產(chǎn)生的振動。強迫振動的振源有來自機床內(nèi)部的機內(nèi)振源來自機床外部的機外振源。機械加工中的自激振動是指在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）干擾下產(chǎn)生的振動運動。機械加工過程中的振動及其控制刀具相對于工件振動，切削截面、切削角度等將隨之發(fā)生周期性變化，工藝系統(tǒng)將承受動態(tài)載荷的作用，刀具易于磨損，機床的連接特性會受到破壞，嚴重時甚至使切削加工無法進行。為了避免發(fā)生振動或減小振動，有時不得不降低切削用量，致使機床、刀具的工作性能得不到充分發(fā)揮，限制了生產(chǎn)效率的提高。機械加工過程中的振動及其控制刀具相對于工件振動會使加工表面產(chǎn)生波紋，這將嚴重影響零件的使用性能。消除或減弱強迫振動1）強迫振動的診斷方法2）消除或減弱產(chǎn)生強迫振動的條件機械加工過程中的振動及其控制消除或減弱產(chǎn)生自激振動的條件1）合理選擇切削用量2）合理選擇刀具幾何參數(shù)3）增大切削阻尼機械加工過程中的振動及其控制增強工藝系統(tǒng)抗振性和穩(wěn)定性的措施1）提高工藝系統(tǒng)的剛度2）增大系統(tǒng)的阻尼其他消振、減振措施如果不能從根本上消除產(chǎn)生機械