表面质量与加工精度（53页)ppt课件

1、第三讲：机械加工外表质量 零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且包括加工外表质量。 机械加工后的零件外表实践上不是理想的光滑外表，它存在着不同程度的外表粗糙度、冷硬、裂纹等外表缺陷。影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的运用性能和寿命。一、 概 述.零件外表质量外表粗糙度外表波度外表物理力学性能的变化外表微观几何外形特征外表层冷作硬化外表层剩余应力外表层金相组织的变化 外表质量的含义内容.外表质量对零件运用性能的影响零件外表质量粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能的影响对任务精度的影响粗糙度越大，疲劳强度越差

2、适度冷硬、剩余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、任务精度降低剩余应力越大，任务精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之那么降低耐腐蚀性. 1外表粗糙度对零件耐磨性的影响 外表粗糙度太大和太小都不耐磨。太大，接触外表的实践压强增大，凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；太小，存不住光滑油。外表粗糙度的最正确值与机器零件的任务情况有关。二、外表质量对零件运用性能的影响1外表质量对零件耐磨性的影响 外表粗糙度与初期磨损量的关系.2外表层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工外表的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性。 冷作硬化使磨擦副外表层金属的显微硬度提高，减少变形.并非冷作硬化程度越高

3、，耐磨性就越高。 由于过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松，导致金属剥落和构成小颗粒。连杆小头拉应力 径向压应力 .2外表质量对零件疲劳强度的影响1外表粗糙度对零件疲劳强度的影响 外表粗糙度值越小，外表缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，缺陷多，抗疲劳破坏的才干差。特别是接受交变载荷的零件，凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。2外表层冷作硬化与剩余应力对零件疲劳强度的影响适度的外表层冷作硬化能提高零件的抗疲劳强度。剩余拉应力使加工外表产生裂纹并扩展而降低疲劳强度剩余压应力能部分抵消任务载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。.3.外表质量对零件任务精度的影响1外表粗

4、糙度对零件配合精度的影响 外表粗糙度较大，那么降低了配合精度。2外表剩余应力对零件任务精度的影响 外表层有较大的剩余应力，就会影响它们精度的稳定性。.4外表质量对零件耐腐蚀性能的影响1外表粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件外表越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，浸透与腐蚀作用越剧烈。2外表剩余应力对零件耐腐蚀性能的影响 剩余压应力使零件外表严密，腐蚀性物质不易进入，可加强零件的耐腐蚀性。 剩余拉应力那么降低零件耐腐蚀性。 .三、 影响加工外表粗糙度的主要要素及其控制一切削加工外表粗糙度构成的缘由1、几何要素刀尖圆弧半径r主偏角kr、副偏角kr进给量f车削、刨削时残留面积高度 进给量f、刀具

5、主偏角K、副偏角K、刀尖角半径r都直接影响外表粗糙度。.2切削速度的影响 加工塑性资料时，切削速度对外表粗糙度的影响对积屑瘤和鳞刺的影响见如下图。 此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，外表粗糙度值越小 选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的外表粗糙度。 4其它要素的影响 此外，合理运用冷却光滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小外表粗糙度值，还要思索加工过程中的塑性变形与积屑瘤景象。3进给量的影响 减小进给量f可以减小外表粗糙度值，但进给量过小，外表粗糙度会有增大的趋势。韧性资料：韧性愈好，塑性变形愈大，加工外表愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢资料的工件，常在粗加工或精

6、加工前安排正火或调质处置。 脆性资料：加工时，切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工外表留下许多麻点，使外表粗糙。1工件资料的影响2、物理力学要素. 加工塑性资料时切削速度对外表粗糙度的影响切削用量中以进给量f影响最大，f，Ra；切削速度V次之，V40m/min后V，Ra。 f0.15mm时 f Rz f0.15mm时 f Rz f0.02mm时 f Rz .影响切削加工外表粗糙度的要素刀具几何外形刀具资料、刃磨质量切削用量工件资料残留面积 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃倾角会影响实践任务前角 v Raf Raap对Ra影响不大，太小会打滑，划伤已加工外表资料塑性 Ra同样资料晶粒组织大 Ra，常

7、用正火、调质处置刀具资料强度 Ra刃磨质量 Ra冷却、光滑 Ra影响切削加工外表粗糙度的要素小结.二磨削加工外表粗糙度1、 磨削中影响粗糙度的几何要素 工件的磨削外表是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕构成的。 磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。那么砂轮单位面积上参与磨削的磨粒越多，磨削外表上的刻痕就越细密均匀，外表粗糙度值就越小。1砂轮的磨粒普通磨料的粒度用粒度号表示，每英寸长度上的网眼个数为粒度号，例80#，60#微粉用最大颗粒的最大尺寸的微米数表示，例W28、W14。.砂轮转速越高，单位时间内经过被磨外表的磨粒数越多，外表粗糙度值就越小。工件转速对外表粗糙度值的影响

8、刚好与砂轮转速的影响相反。工件的转速增大，经过加工外表的磨粒数减少，因此外表粗糙度值增大。砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件外表将被重叠切削，而被磨次数越多，工件外表粗糙度值就越小。3磨削用量2砂轮修整使砂轮具有正确的几何外形，也使砂轮任务外表构成陈列整齐而又锐利的微刃图。. 砂轮上的磨粒超硬磨料(人造金刚石、立方氮化棚和陶瓷)对砂轮进展磨削，是精细和超精细磨削的主要方法。经过修整后的砂轮，其磨粒具有很高的微刃性、等高性和自锐性，能切除极薄的被加工工件资料，甚至是在工件晶粒内进展，可以对各种高硬度、高脆性资料(如硬质合金、陶瓷、玻璃等)和高温合金资料进展精细及超精细加工。 修整砂轮时，金刚

9、石笔的纵向进给量越小，砂轮外表磨粒的等高性越好。.2、 磨削中影响粗糙度的物理要素 磨削速度高，且磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，磨粒在磨削过程中对被加工外表挤压，没有切削。加工外表出现沟槽与隆起，磨削高温加剧了塑性变形。1磨削用量 砂轮的转速 资料塑性变形 外表粗糙度值 磨削深度、工件速度 塑性变形 外表粗糙度 为提高磨削效率，通常在开场磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量磨削，以减小外表粗糙度值。2工件资料太硬易使磨粒磨钝 Ra ；太软容易堵塞砂轮Ra ；韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落Ra 。.3 砂轮五大要素粒度越细，磨削的外表粗糙度值越小。但磨

10、粒太细时，砂轮易被磨屑堵塞，使加工外表塑性变形增大，硬度是指磨粒在磨削力的作用下从砂轮上零落的难易程度。砂轮太硬，磨粒不易零落，磨钝了的磨粒不能及时被新磨粒替代，砂轮太软，磨粒易零落，磨削作用减弱。砂轮磨料主要有：氧化物(刚玉)砂轮适用于磨削钢类零件；碳化物(碳化硅、碳化棚)砂轮适于磨削铸铁、硬质合金等资料。组织是指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。严密组织中的磨粒比例大，气孔小，在成形磨削和精细磨削时，能获得高精度和较小的外表粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软资料和热敏性资料(不锈钢、耐热钢等)，可获得较小的外表粗糙度值。将磨料粘结在一同，给砂轮以强度和外形的资料被称为结

11、合剂，主要有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂、金属结合剂。.影响磨削加工外表粗糙度的要素粒度Ra 金刚石笔锋利，修正导程、径向进给量 Ra磨粒等高性Ra硬度钝化磨粒零落 Ra硬度磨粒零落Ra硬度适宜、自励性好Ra太硬、太软、韧性、导热性差 Ra影响磨削加工外表粗糙度的要素小结砂轮粒度工件资料性质砂轮修正磨削用量砂轮硬度砂轮V Raap、工件V 塑变 Ra粗磨ap消费率精磨ap Ra(ap=0光磨) .四、 影响外表层物理力学性能的主要要素及其控制影响外表层物理力学性能的主要要素外表物理力学性能影响金相组织变化要素影响显微硬度要素影响剩余应力要素塑变引起的冷硬金相组织变化引起的硬度变化冷塑性变

12、形热塑性变形金相组织变化切削热.1 影响外表层加工硬化的要素刀具几何外形的影响切削刃 r、前角、后面磨损量 表层金属的塑变加剧冷硬切削用量的影响 切削速度v塑变冷硬 f切削力塑变冷硬工件资料性能的影响 资料塑性冷硬. 磨削过程中，当工件外表层产生的剩余应力超越工件资料的强度极限时，工件外表就会产生裂纹。磨削裂纹常与烧伤同时出现。 切削加工往往是冷态塑性变形，外表层常产生剩余紧缩应力。磨削加工通常是热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化，外表层常产生残余拉伸应力。2. 外表层剩余应力1 冷态塑变2 热态塑变3 金相组织变化.磨削烧伤：磨削加工时，外表层有很高的温度，当温度到达相变临界点时，表层

13、金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生剩余应力、甚至出现微观裂纹。这种景象称为磨削烧伤。 淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种方式。3 外表层金相组织变化与磨削烧伤磨削烧伤的三种方式 淬火烧伤回火烧伤退火烧伤.磨削用量砂轮与工件资料改善冷却条件1砂轮转速 磨削烧伤2径向进给量fp 磨削烧伤3轴向进给量fa磨削烧伤4工件速度vw磨削烧伤1)磨削时，磨粒的切削刃口锋利磨削力磨削区的温度2)资料的磨削导热性 (耐热钢、轴承钢、不锈钢) 磨削烧伤3)应合理选择砂轮的硬度、结合剂和组织磨削烧伤 采用内冷却法 磨削烧伤 图4.影响磨削烧伤的要素及改善途径采用开槽砂轮延续磨削受热磨削

14、烧伤 . 内冷却安装1锥形盖 2通道孔 3砂轮中心孔 4有径向小孔的薄壁套 开槽砂轮 a 槽均匀分布 b槽均匀分布 .构成压应力的方法 既然压应力可提高疲劳强度，怎样才干使工件外表产生压应力呢?常用的方法有滚压、喷丸、高频淬火、滲碳、渗氮、氰化等。滚压:图6-9所示为外圆滚压工具，图a为刚性滚压工具，用于刚性较好的工件；图b为弹性滚压工具，用于刚性较差的工件。滚压深度普通0.030.1mm，滚压次数不超越3次。 滚轮可用W18Cr4V、硬质合金等资料制成。硬度要求HRC60-64以上，也可用滚珠轴承替代。. 喷丸强化是利用紧缩空气或离心力将大量快速运动的珠丸直径0.040.84mm打击被加工工

15、件外表，使工件外表产生冷硬层和紧缩剩余应力，可显著提高零件的疲劳强度。普通把喷丸处置作为最后工序，对于精度要求高的工件也可安排小余量精磨。 珠丸可是铸铁的，也可是切成小段的钢丝运用一段时间后，自然变成球状。对于铝质工件，为防止外表残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜采用铝丸或玻璃丸。珠丸的直径普通为0.24mm。 此法用于强化外形复杂的工件，如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的外表，硬化层深度可达0.7mm，零件外表粗糙度值可由Ra52.5m 减小到Ra0.630.32m ，可几倍甚至几十倍地提高零件的运用寿命。 陶瓷喷丸喷丸强化.六 机械加工中的振动振动会在工件加工外表出现振纹，

16、降低了工件的加工精度和外表质量； 振动会引起刀具崩刃打刀景象并加速刀具或砂轮的磨损；振动使机床衔接部分松动，影响运动副的任务性能，并导致机床丧失精度； 剧烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操作者的身心安康。为减小加工过程中的振动，有时不得不降低切削用量，使机械加工消费率降低。一、机械加工中的振动景象1、振动对机械加工的影响.2机械加工中振动的种类及其主要特点机械加工振动自激振动自在振动强迫振动当系统遭到初始干扰力鼓励破坏了其平衡形状后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自在振动。由于存在阻尼，自在振动将逐渐衰减，如图所示。(占5%)系统在周期性激振力(干扰力)持续作用下产生的振动，称

17、为强迫振动。激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。占35%)在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。(占65%).例如：外部振源：冲床、锻锤、粉碎机、空压机、振源动外型机、落砂机、飞机、载重汽车、火车、天车等。高速旋转部件不平衡：主轴、卡盘、电机、工夹具系统、齿轮、皮带轮、万向节、液压系统等。不延续切削产生交变负荷：刀齿不延续、加工外表不延续。. (1)强迫振动是在外界周期性干扰力的作用下产生的，但振动本身并不能引起干扰力的变化； (2)不论振动系统本身的固有频率如何，强迫振动的频率总是与外界干扰力的频率一

18、样或是它的整数倍； (3)强迫振动的振幅大小在很大程度上取决于干扰力的频率与系统固有频率的比值。当这一比值等于或接近于1时，振幅将到达最大值，这种景象通常称为“共振； (4)强迫振动的振幅大小还与干扰力、系统刚度及其阻尼系数有关。干扰力越大，刚度及阻尼系数越小，那么振幅越大。 2、强迫振动的特征1强迫振动的振源系统外部的周期性干扰力旋转零件的质量偏心传动机构的缺陷切削过程的间隙特性 (二)、机械加工中的强迫振动与控制.3强迫振动产生的缘由 机械加工过程中强迫振动的振源来自机床内部的，称为机内振源；来自机床外部的，称机外振源。 机外振源甚多，但它们多半是经过地基传给机床的，可以经过加设隔振地基把

19、振动隔 除或减弱。 机内振源主要有： (1)机床上各个电动机的振动，包括电动机转子旋转不平衡及电磁力不平衡引起的振动； (2)机床上各回转零件的不平衡，如砂轮、皮带轮、卡盘、刀盘和工件等的不平衡引起的振动； (3)运动传送过程中引起的振动，如齿轮啮合时的冲击，皮带传动中平皮带的接头，三 角皮带的厚度不均匀，皮带轮不圆，轴承滚动体尺寸及外形误差等引起的振动； (4)往复运动部件的惯性力； (5)不均匀或断续切削时的冲击，例如铣削、拉削加工中，刀齿在切人或切出工件时，都会有很大的冲击发生。此外，在车削带有键槽的工件外表时也会发生由于周期冲击而引起的振动； (6)液压传动系统压力脉动引起的振动等。.

20、4 减小强迫振动的措施减小激振力 调整振源频率 提高工艺系统的刚度和阻尼采取隔振措施 采用减振安装。.详细对策 1减小激振力 ,减少振幅。 2调理振源频率 当f激=f固时发生共振，只需调整后避开共振区即可减少振动。 3消振 加干扰质量m，使F干扰=F激振图6-11；加阻尼，如加大粘度光滑油。 图6-12所示为车刀消振器。刀头上固定了以铅制成的消振块，当发生振动时消振块上下跳动减弱振动的能量，起到消振的作用。.4高速运转的部件充分平衡。 当n500r/min时，无论质量大小都要平衡。可在不平衡质量的反面附加平衡块。 5隔振 隔离受振体 图6-13所示，当电机产生振动时，在电机与任务台之间加隔振垫

21、。 对于精细机床隔离振源 为了防止外部振动传至机床，挖防振沟即可隔离振源。但防振沟对于系统自激产生的振动是有害的。6以液压传动替代机械传动；直流马达替代交流马达；滑动轴承替代滚动轴承；构造上进展抗振设计等都可减少振动。 .(三)、机械加工中的自激振动与控制1自激振动的产生 在实践加工过程中，偶尔的外界干扰如工件资料硬度不均、加工余量有变化等，会使切削力发生变化，必然会引起工件、刀具间的相对位置发生周期性变化，这一变化假设又引起切削力的动摇，那么使工艺系统产生振动。因此通常将自激振动看成是由振动系统工艺系统和调理系统切削过程两个环节组成的一个闭环系统，如下图。工艺系统的振动一旦停顿，动态切削力也

22、就随之消逝。 自激振动系统的组成.3 强迫振动与自激振动的区别首先分析能够的振源外部振源普透明显，测定频率与工件上的振痕频率相比较，假设一样即为强迫振动。即 f外振=f工件。测定振幅A后改动V、f、ap，A随之而变者是自激振动，而强迫振动除非延续切削外不变。没有外力干扰下产生的振动，停顿切削，振动消逝者为自激振动。2自激振动的特征 切削停顿振动消逝，无余振；振幅大小随切削用量而变；切削过程振动，是可逆的，即振动可反过来影响切削过程。振动不自行衰减，频率较高且f振f固。.减振安装1 阻尼器利用固体或液体的阻尼来耗费振动的能量，实现减振。阻尼器减振安装4控制自激振动的途径2 吸振器用于镗刀杆的动力

23、吸振器 冲击式吸振器1自在质量2弹簧3螺钉. 采用减振器，如在镗杆上加工孔，在孔内放置铅块消振图6-20，图6-22为车床用液压减振器，经过调理弹簧6推进活塞5而使活塞4和1压在工件2上，当活塞1、4随工件振动时，把油从油缸一腔挤入另一腔，利用油液经过节流孔的阻尼来减振。3采用其他消振阻尼安装.前往.速度：V只在一定范围内A最大，V或V都可使A。假设机床刚度高，适当V可提高消费率。走刀量：f0.04mm/r以后f可使A，但残留面积。切深：当ap时，A。刀具角度：合理选择刀具角度 前角0；主偏角K；后角都可使A。其他：工艺系统的抗振性 工艺系统的刚度；接触刚度；系统阻尼都可使A。 4合理选择切削用量及刀具参数.超精研、研磨、珩磨、抛光加工的共同特点是：1、不选择切削用量，只限定压强和加工时间2、无需精细机床、降低外表粗糙度效果明显，提高精度不