切削加工表面性-文檔

切削加工外表完整性外表粗糙度一般由承受的加工方法和其他因素所形成，加工方法和工件材料不同，被加工外表留下痕跡的深淺、疏密、外形和紋理都有差異[1]。外表粗糙度與機(jī)械零件的協(xié)作性質(zhì)、耐磨性、疲乏強(qiáng)度、接觸剛度、振動(dòng)和噪聲等有親熱關(guān)系，尤其對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命和牢靠性有重要影響。切削加工中影響外表粗糙度的因素切削加工中外表粗糙度的影響因素可歸納為三個(gè)方面：切削過(guò)程中刀刃在工件外表留下的殘留面積；切削過(guò)程中塑性變形及積屑瘤和鱗刺生成的影響；切削過(guò)程中刀與工件相對(duì)位置的微幅振動(dòng)。1加工外表粗糙的緣由〔1〕殘留面積：殘留面積是刀具的主、副切削刃切削后，殘留在已加工外表上的一些尚未被切去的面積。鱗刺：用高速刀具低速或中速切削塑料金屬材料時(shí)，如低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼、鋁合金等，常在已加工外表上產(chǎn)生魚(yú)鱗片狀的毛刺，成為鱗刺。消滅鱗刺會(huì)顯著增大已加工外表的外表粗糙度。如圖2-2鱗刺剖面的顯微圖片所示，鱗刺的外表微觀結(jié)構(gòu)為鱗片狀，有確定高度，鱗片分布近似于整個(gè)刀刃寬度，其寬度近似垂直于切削速度方向。2〕積屑瘤：在切削加工過(guò)程中，如圖圖 2-3刀片積屑瘤形貌所示，當(dāng)產(chǎn)生積屑瘤時(shí)，其突出局部能代替切削刃進(jìn)入攻堅(jiān)，在已經(jīng)加工的外表上畫(huà)出深淺不一的溝紋，當(dāng)積屑瘤脫落時(shí)，局部積屑瘤碎片粘附在已加工的外表上，形成細(xì)小毛刺，造成表面粗糙度增大?！?〕振動(dòng)：在切削加工時(shí)，由于工藝系統(tǒng)產(chǎn)生周期性振動(dòng)，使得已加工外表消滅條痕或波浪痕跡，使外表粗糙度值明顯增大。影響切削外表粗糙度的因素但凡影響殘留面積、積屑瘤、鱗刺、振動(dòng)的因素都影響加工外表的粗糙度。切削用量：進(jìn)給兩對(duì)殘留面積的影響最大，進(jìn)給兩減小，殘留面積減小。切削塑性金屬時(shí)，當(dāng)切削速度很低或很高時(shí)，外表粗糙度值較小，這是由于低俗時(shí)積屑瘤不易產(chǎn)生；切削速度較高時(shí)，塑性變形減小，可消退鱗刺的產(chǎn)生。在切削脆性材料時(shí)，切削速度的影響較小，由于材料變形小，故而外表粗糙度值也減小。刀具幾何參數(shù)：刀具的刀劍圓尖半徑、主偏角和副偏角對(duì)殘留面積和振動(dòng)有較大的影響，一般當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑增大，主偏角和副偏角減小時(shí)，外表粗糙度值小，但假設(shè)機(jī)床剛度低，刀尖圓弧半徑過(guò)大或主偏角過(guò)小，會(huì)由于切削力增大而產(chǎn)生振動(dòng)，使得外表粗糙度值增大。3〕刀具材料：刀具的材料不同，刃口圓弧半徑的大小和保持銳利的時(shí)間是不同的，高速鋼刀具刃可以磨的很銳利，但保持的時(shí)間較短，所以在低速切削時(shí)外表粗糙度值較小。硬質(zhì)合金刀具刃磨后刃口圓弧半徑較大，在高速度下切削外表粗糙度值較小?！?〕工作材料：加工塑性材料時(shí)，工件材料的塑性越低，硬度越高，則消滅積屑瘤、鱗刺。冷硬的現(xiàn)象減小，外表粗糙度值越小。因此高碳鋼、中碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼就愛(ài)工后外表粗糙度值比低碳鋼小，加工鑄鐵時(shí)，由于切屑呈崩碎型，故而在同樣加工條件下，切削鑄鐵的外表粗糙度值比鋼大。外表粗糙度的評(píng)定外表粗糙度的測(cè)試方法主要是承受中線評(píng)價(jià)法。工程應(yīng)用中外表粗糙度參數(shù)主要從以下三項(xiàng)中選取?！?〕輪廓算數(shù)平均偏差Ra在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，沿測(cè)量方向〔y方向〕的輪廓線上的點(diǎn)與基準(zhǔn)線l之間距離確定值的算術(shù)平均值：〔3〕輪廓最大高度Ry在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓最頂峰頂線和最低谷底線之間的距離。為爭(zhēng)論外表粗糙度對(duì)零件性能的影響和度量外表微觀不平度的需要，從20世紀(jì)20年月末到30年月，德國(guó)、美國(guó)和英國(guó)等國(guó)的一些專(zhuān)家設(shè)計(jì)制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時(shí)研制出了光切式顯微鏡和干預(yù)顯微鏡等用光學(xué)方法來(lái)測(cè)量外表微觀不平度的儀器，為從數(shù)值上定量評(píng)定外表粗糙度制造力條件[2]。選取基準(zhǔn)線是測(cè)量粗糙度的爭(zhēng)論，基準(zhǔn)線是用以評(píng)定外表粗糙度參數(shù)給定的先，它是外表粗糙度二維評(píng)定的基準(zhǔn)。基準(zhǔn)線有以下兩種：一是輪廓的最小二乘中線。具有幾何輪廓外形并劃分輪廓的基準(zhǔn)線，在取樣長(zhǎng)度內(nèi)使輪廓線上各點(diǎn)的輪廓偏距的平方和為最小。二是輪廓的算術(shù)平均中線。具有幾何輪廓外形在取樣長(zhǎng)度內(nèi)與輪廓走向全都的基準(zhǔn)線。在高度特性參數(shù)常用的參數(shù)值范圍內(nèi)〔Ra為0.025a m-6.3卩m,Rz為0.125卩m〕優(yōu)先選用Ra。外表粗糙度的測(cè)試外表粗糙度測(cè)試方法較多，工程中應(yīng)用較多的主要是比較法、光切法、觸針?lè)ê透深A(yù)法?？茖W(xué)爭(zhēng)論中，除了可以承受輪廓儀外，還可以承受原子力顯微鏡分析和掃描電子顯微鏡分析等方法來(lái)測(cè)定外表粗糙度形貌。比較法比較法是將被測(cè)量外表與標(biāo)有確定數(shù)值的粗糙度樣塊進(jìn)展比較，來(lái)確定被測(cè)外表的粗糙度數(shù)值的方法。將外表粗糙度比較樣塊依據(jù)視覺(jué)和觸覺(jué)與被測(cè)外表比較，推斷被測(cè)外表粗糙度相當(dāng)于哪一種數(shù)值，或測(cè)量其反射光變化來(lái)評(píng)定外表粗糙度。樣塊是一套具有平面或圓柱外表的金屬塊，外表經(jīng)過(guò)磨、車(chē)、鏜、銑、刨等切削加工，電鑄或其他鑄造工藝等加工而具有不同的外表粗糙度?，F(xiàn)在已經(jīng)有多種加工狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)比較樣塊的組合，如圖2-4所示。利用樣塊依據(jù)視覺(jué)和觸覺(jué)評(píng)定外表粗糙度的方法雖然簡(jiǎn)便，但不精準(zhǔn)，需要確定的閱歷度才能做出較好的推斷。比較法要求樣板的加工方法、加工紋理、加工方向、材料與被測(cè)零件外表相同。比較法特點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)便，可直接使用于車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，常常用于中等或較粗糙外表的測(cè)量。4.2光切法測(cè)外表粗糙度光切法是讓光線通過(guò)狹縫投射到被測(cè)外表上并與外表形成輪廓曲線，測(cè)量曲線可測(cè)得外表粗糙度〔如圖2-5〕，光經(jīng)過(guò)聚光鏡、狹縫、右邊的物鏡1后，以45°的角度經(jīng)過(guò)狹縫投射到被測(cè)外表，形成被測(cè)外表的截面輪廓圖形，通過(guò)左邊的物鏡2將圖形放大后投射到測(cè)量板上。利用測(cè)微目鏡和讀數(shù)鼓輪顯讀出hH值。RzRy0.5100m的外表粗糙度，需要人工取點(diǎn)，測(cè)量效率低。4.3觸針?lè)y(cè)外表粗糙度觸針?lè)ㄖ?，通常利用針尖曲率半徑?2卩m左右〔可換直徑不同的觸針〕的金剛石觸針[3]沿著被測(cè)外表緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)果放大、濾波和計(jì)算，通過(guò)記錄器將被測(cè)外表輪廓曲線記錄下來(lái)或者從顯示儀器中讀取外表粗糙度額值。僅僅能顯示外表粗糙度數(shù)值的測(cè)量?jī)x叫做外表粗糙度測(cè)量?jī)x，如圖2-6所示。這兩種測(cè)量工具一般可計(jì)算輪廓算術(shù)平均偏差 Ra,微觀不RzRy和其他多種評(píng)定參數(shù)，測(cè)量效率高，一般可測(cè)量的外表粗糙度算術(shù)平均偏差范圍為6.3卩m。4.4干預(yù)法測(cè)外表粗糙度

0.025干預(yù)法利用光波干預(yù)原理將被測(cè)外表的不平坦形成干預(yù)條紋通過(guò)儀器顯示并放大后測(cè)量，可得到被測(cè)外表粗糙度。這種測(cè)量方法用的儀器叫干預(yù)顯微鏡。這種方法可測(cè)量的外表粗糙度為RzRy約0.0250.8m目前已研發(fā)出的白光干預(yù)三維形貌儀，是依據(jù)光學(xué)干預(yù)原理研制開(kāi)發(fā)的超周密外表輪廓測(cè)量?jī)x器。照明光束經(jīng)半反半透分光鏡分為兩束光，分別投射到樣品外表和參考鏡外表。從兩個(gè)外表反射的兩束光經(jīng)過(guò)分光鏡后合成一束光，并由成像系統(tǒng)在相機(jī)感光面形成兩個(gè)疊加的像。兩束光相互干預(yù)會(huì)導(dǎo)致相機(jī)感光面觀看到明暗間隔的干預(yù)條紋，依據(jù)干預(yù)條紋明暗度以及干預(yù)條紋消滅的位置解析出被測(cè)樣品的高度，換算成外表粗糙度。比照這幾類(lèi)光學(xué)分析法，總結(jié)出以下特點(diǎn)：1、掃描電子顯微鏡分析方法只能獲得二維形貌，原子力顯微分析可以獲得二維和三維形貌；2、原子力顯微分析除了獲得外表形貌外還可獲得原子排列信息；3、掃描電子顯微鏡分析方法除了獲得外表形貌信息外，在帶有能譜儀配件下還能做化學(xué)成分定量分析。改善加工措施切削加工外表粗糙度的影響因素主要可以分為三個(gè)方面：一是切削刀具參數(shù)的影響因素，即刀具與被切材料之間的摩擦等留下不平坦；二是工件材料的物理性質(zhì)影響，主要有切削加工過(guò)程時(shí)由于材料的特征性質(zhì)和切削參數(shù)的選擇會(huì)導(dǎo)致在工件已加工外表產(chǎn)生一些如積屑瘤、鱗刺和振動(dòng)等導(dǎo)致外表不平坦的因素；三是工藝、切削參數(shù)、切削液的選用也對(duì)粗糙度有很大影響。依據(jù)材料切削加工中三類(lèi)外表粗糙度影響因素，提出以下的改善措施：恰當(dāng)調(diào)整刀具的幾何參數(shù)，合理調(diào)整刀具的刃傾角度、主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑。選擇合理的切削用量、進(jìn)給量，適宜的切削深度和速度。選擇適宜的切削液，切削液的潤(rùn)滑作用可以降低外表粗糙度值。刀具的選擇對(duì)工件材料外表粗糙度影響也很大。一樣的切削條件，高速刀和硬質(zhì)合金刀具切削加工外表粗糙度不同。提高切削加工系統(tǒng)的剛度可