机械加工表面质量正式PPT学习教案

1、会计学1机械加工表面质量正式机械加工表面质量正式2第1页/共38页3 尺寸精度形状精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力图1 加工质量包含的内容第2页/共38页4 表面质量：机器零件加工后表面层的状态。它分为两个部分: 表面层的几何形状，包括零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 图8-2 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ第3页/共38页5第4页/共38页6Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷图8-2表面粗糙

2、度与初始磨损量表面粗糙度值 耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性表面粗糙度值 配合质量表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（图8-2）纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好 见书p217图8-3适当硬化可提高耐磨性第5页/共38页7第6页/共38页8图8-4 车削时残留面积的高度（8-1）maxrrfRctgctg2max8fRr（8-2）,rrrkkf刀尖圆弧半径主偏角副偏角进给量frRm axvfrb）Rmaxfa）vfrr形成原因：几何因素形成原因：几何因素 、物理因素、工艺系统的振动、物理因素、工艺系统的振动第7页/共38页9图8-5 切削45钢时切削速

3、度与粗糙度关系1 001 20v（m/min）0204060801 40表面粗糙度Rz（m）481216202428收缩系数Ks1.52.02.53.0积屑瘤高度 h（m） 02 004 006 00hKsRz第8页/共38页10磨削机理磨削机理: 磨削的切削刃由无数砂粒组成，分布不均匀；磨削的切削刃由无数砂粒组成，分布不均匀； 大多数砂粒为负前角切削；大多数砂粒为负前角切削； 砂粒三种切削状态砂粒三种切削状态: 弹性变形不形成切削屑弹性变形不形成切削屑 钝化砂粒钝化砂粒 塑性变形形成沟槽不形成切削屑塑性变形形成沟槽不形成切削屑 较钝砂粒较钝砂粒 塑性变形强烈形成切屑塑性变形强烈形成切屑 锋利

4、的砂粒锋利的砂粒 单位面积上的刻痕数愈多，刻痕的等高性好则粗糙度也愈小。单位面积上的刻痕数愈多，刻痕的等高性好则粗糙度也愈小。影响表面粗糙度的三个因素： 几何因素几何因素 物理因素物理因素 工艺系统的振动工艺系统的振动第9页/共38页11v 砂轮速度v，Rav 工件速度vw，Ra v 砂轮纵向进给f，Ra v 磨削深度ap，Ra 图8-6 磨削用量对表面粗糙度的影响vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.

5、51.0a）ap(mm)00 . 010.40.8Ra(m)00.20.60 . 020 . 030 . 04b） 图8-7 光磨次数-Ra关系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)v光磨次数，Ra第10页/共38页12v 砂轮粒度，Ra；但要适量v 砂轮硬度适中， Ra ；常取中软v 砂轮组织适中，Ra ；常取中等组织v 采用超硬砂轮材料，Ra v 砂轮精细修整， Ra v 工件材料v 冷却润滑液等第11页/共38页13第12页/共38页14切削或磨削加工时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格发生拉长

6、，扭曲和破碎而得到强化。评价指标：冷硬层的深度h和表面层的显微硬度H,硬化程度N.取决因素：产生塑性变形的力，变形速度，变形时的温度。完全强化与不完全强化；机械加工时的表面层的冷作硬化是强化作用和回复作用的综合结果。0HNH 第13页/共38页15切削用量影响刀具影响00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)1 001 802 603 40硬度(HV)50钢，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)图8-8 后刀面磨损对冷硬影响工件材料图8-7 f 和 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/

7、min)100(m/min )50(m/min)1 002 003 004 00工件材料：45第14页/共38页16磨削用量砂轮工件材料图8-9 磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00 . 253 003 504 505 004 000 . 500 . 75普通磨削高速磨削第15页/共38页17加工表面层的金相组织变化加工表面层的金相组织变化 热变质层热变质层 切削加工中由于切削热的作用，加工表面层会产生金相组织变化。金相组织变化原因：加工区温升达到一定值，出现金相组织变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂纹，既产生烧伤现象。切削加工中由于切削热的作用，加工表面层会产生金相组

8、织变化。金相组织变化原因：加工区温升达到一定值，出现金相组织变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂纹，既产生烧伤现象。第16页/共38页18磨削烧伤色磨削烧伤色 磨削烧伤后由于表层的氧化膜磨削烧伤后由于表层的氧化膜 按烧伤程度按烧伤程度颜色由浅到深颜色由浅到深黄黄褐褐紫紫青青浅黄浅黄退火烧伤退火烧伤：干磨削时，磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，因工件冷却缓慢，则表层硬度急剧下降，工件表层被退火。：干磨削时，磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，因工件冷却缓慢，则表层硬度急剧下降，工件表层被退火。第17页/共38页19（1）冷态塑性变形）冷态塑性变形（2）热态塑性变形）热

9、态塑性变形 （3）金相组织变化）金相组织变化第18页/共38页20产生残余应力的原因：产生残余应力的原因：冷塑性变形影响冷塑性变形影响表层压应力、里层拉应力表层压应力、里层拉应力切削力切削力受拉应力表层产生塑性变形伸长表层面积增大里层弹性伸长受拉应力表层产生塑性变形伸长表层面积增大里层弹性伸长切削结束里层弹性变形要恢复受阻外层塑性变形区切削结束里层弹性变形要恢复受阻外层塑性变形区工件工件工件工件+-+o ooo加工时加工时加工后加工后由冷塑性变形产生的残余应力由冷塑性变形产生的残余应力里表第19页/共38页21热塑性变形热塑性变形表层受拉应力、里层受压应力表层受拉应力、里层受压应力切削温度高切

10、削温度高表层体积膨胀受阻基体，产生压缩应力，产生热塑性变形表层体积膨胀受阻基体，产生压缩应力，产生热塑性变形切削结束温度下降表层要收缩受里层阻止切削结束温度下降表层要收缩受里层阻止工件工件工件工件-+o o+oo-加工时加工时加工后加工后由热塑性变形产生的残余应力由热塑性变形产生的残余应力第20页/共38页22机械加工以冷塑性变形为主机械加工以冷塑性变形为主 压应力压应力切削加工切削加工(温度高温度高)以热塑性变形为主以热塑性变形为主 拉应力拉应力磨削加工磨削加工热塑性为主热塑性为主 拉应力拉应力机械加工后是这三方面原因综合作用的结果：机械加工后是这三方面原因综合作用的结果：人们希望获得表面人

11、们希望获得表面残余残余压应力压应力，往往进行表面，往往进行表面强化处理。强化处理。第21页/共38页23切削用量刀具工件材料图8-11 f 对残余应力的影响工件：45，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 残余应力(Gpa)0.2000 . 2001 002 003004 00距离表面深度(m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r仅讨论切削加工图8-10 vc 对残余应力的影响0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削条件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液0501 001 50200距离表面深度(m)残

12、余应力(Gpa)-0.2000 . 20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min第22页/共38页24磨削表面残余拉应力达到材料强度极限，在表层或表面层下产生微裂纹。裂纹方向常与磨削方向垂直或呈网状，常与烧伤同时出现 图8-12 带空气挡板冷却喷嘴第23页/共38页258.4 8.4 控制加工表面质量的工艺控制加工表面质量的工艺途径途径第24页/共38页26第25页/共38页27图8-14 滚压加工原理图图8-13 珠丸挤压引起残余应力 压缩拉伸塑性变形区域第26页/共38页28第27页/共38页29v 影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度v 影响生产效率

13、 v 加速刀具磨损，易引起崩刃v 影响机床、夹具的使用寿命v 产生噪声污染，危害操作者健康v 工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。v 由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。自由振动强迫振动自激振动第28页/共38页30v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起v 强迫振动振源：机外机内。机外振源均通过地基把振动传给机床。机内： 1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数v 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干扰力频率

14、接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振v 相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。第29页/共38页31第30页/共38页32第31页/共38页33图8-16 自激振动系统能量关系A B C能量EQEE0振幅电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)图8-15 自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程）第32页/共38页34调整振动系统小刚度主轴的位置（图8-19）式中 f 和 fn 分别为振源频率和系统固有频率x2x2x1x1x1x1x2x2图8-19 两种尾座结构0.25nfff（7-33）第33页/共38页35减小切削或磨削时的重叠系数（图8-20）图8-20 重叠系数apfaB振动方向XDfbbda）切削b）磨削rr，式中 bd 等效切削宽度，即本次切削实际切到上次切削残留振纹 在垂直于振动方向投影宽度； b 本次切削在垂直于振动方向上的切削宽度； B , fa 砂轮宽度与轴向进给量。 dabBfbB（切削）（磨削）（8-3）第34页/共38页36v 减小重叠系数方法