第14-15讲第四章_机械加工表面质量ppt课件

1、第四章 机械加工外表质量机械制造工艺学1 4-4 机械加工过程中的振动 4-3 影响外表层力学物理性能的工艺要素4-2 影响外表粗糙度的工艺要素4-1 加工外表质量对运用性能的影响主要内容2 任何机械加工所得到的零件外表实践上都不是完全理想的外表，实际阐明，机械零件的破坏普通总是从外表层开场的。这阐明零件的外表质量是至关重要的它对产品的质量有很大影响。 研讨加工外表质量的目的，就是要掌握机械加工的各种工艺要素对加工外表质量影响的规律，以便运用这些规律控制加工过程最终到达提高加工外表质量、提高产品运用性能的目的。第四章 机械加工外表质量 34-1 加工外表质量对运用性能的影响 一、加工外表质量的

2、概念加工外表质量外表物理力学性能的变化外表微观几何外形特征外表粗糙度外表波度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波度纹理方向伤痕4 a波度 b外表粗糙度 零件加工外表的粗糙度与波度RZHRZ 1、外表的几何外形误差 外表粗糙度：加工外表的微观几何误差，波长与波高比值小于50 微观几何外形误差：Ra-外表轮廓算术平均偏向；Rz-微观不平点高度。外表波度：加工外表不平度波长与波高比值在501000的几何外形误差宏观几何外形误差：圆度误差、圆柱度误差) 纹理方向：外表刀纹的方向图4-2伤痕：加工外表个别位置出现的缺陷 一、加工外表质量的概念5几何外形误差刀纹方向 一、加工外表质量的概

3、念6 2、表层金属的力学物理性能和化学性能。外表层金属的冷作硬化普通加工：0.050.30mm滚压加工：几个毫米外表层的剩余应力切削力和切削热综协作用下，外表层金属晶格会发生不同程度的塑形变形或产生金相组织的变化，使表层金属产生剩余应力。外表层金相组织的变化切削热引起 一、加工外表质量的概念7二、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。如下图。8外表粗糙度太大，接触外表的实践压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；外表粗糙度太小，也会导致磨损加剧。由于外表太光滑，存不住光滑油，接触面间不易构成油膜，

4、容易呵斥干摩擦而加剧磨损；外表粗糙度太小，接触面间容易发生分子粘接，机械咬协作用增大。外表粗糙度的最正确值与机器零件的任务情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右挪动，最正确外表粗糙度值也随之右移。二、外表质量对零件运用性能的影响92纹理对耐磨性的影响纹理有效接触面积，光滑液的存留 圆弧状，凹坑状耐磨性好；尖峰状耐磨性差。刀纹方向与运动方向一样耐磨性好；垂直时耐磨性差。二、外表质量对零件运用性能的影响103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，普通能提高零件的耐磨性。由于它使摩擦副外表层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。 并非冷作硬化程度

5、越高，耐磨性就越高。这是由于过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松，在相对运动中能够会产生金属剥落，在接触面间构成小颗粒，使零件加速磨损。二、外表质量对零件运用性能的影响112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 外表粗糙度越大，抗疲劳破坏的才干越差。 对接受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，外表粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。 外表粗糙度值越小，外表缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工外表越粗糙，外表的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的才干越差。二、外表质量对零件运用性能的影响122外表层冷作硬化与剩余应力对零件疲劳强度的影响

6、适度的外表层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。 剩余应力有拉应力和压应力之分，剩余拉应力容易使已加工外表产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。 剩余压应力那么可以部分地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。二、外表质量对零件运用性能的影响133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。 因此减小零件外表粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。2外表剩余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件外表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，而外表剩余拉应力那么降低零件耐

7、腐蚀性。二、外表质量对零件运用性能的影响141外表粗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。 外表质量对零件运用性能还有其它方面的影响：如减小外表粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和丈量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。4.外表质量对零件配合质量的影响二、外表质量对零件运用性能的影响15外表质量对零件运用性能的影响小结：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适度冷硬、剩余压应力能提高

8、疲劳强度粗糙度越大、配合精度降低剩余应力越大，加工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164-2 影响加工外表粗糙度的工艺要素及其改善措施一、切削加工外表粗糙度 切削加工后外表粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度，影响残留面积高度的要素有：刀尖圆弧半径r，主偏角kr、副偏角kr，进给量f。如下图1、刀尖的几何要素的影响17.图: 实际外表粗糙度 一、切削加工外表粗糙度18. 如右上图所示，由国家规范规定的外表粗糙度定义，轮廓的算术平均偏向： 阴影部分面积 / 丈量长度同理，如右以下图所示，取丈量长度为f的一段工件廓，那么实际外表粗糙度为： 阴影部分面

9、积 / 丈量长度=一、切削加工外表粗糙度19. 而三角形底边长度 即： 那么 而工件外圆的轮廓的算术平均偏向实际外表粗糙度为： 重要结论：刀具的几何外形影响工件的外表粗糙度。消费中，普通应减小 f 和 来提高外表粗糙度。一、切削加工外表粗糙度20直线刃车刀a圆弧刃车刀b切削残留面积的高度：一、切削加工外表粗糙度212、物理要素的影响1工件资料的影响韧性资料： 工件资料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工外表愈粗糙。资料金相组织： 对同样的资料，金相组织越粗大，加工外表粗糙度大，故对中碳钢和低碳钢资料的工件，为改善切削性能，减小外表粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处置。 脆性资料： 加工脆

10、性资料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工外表留下许多麻点，使外表粗糙。一、切削加工外表粗糙度222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随切削速度的变化而变化对积屑瘤和鳞刺的影响积屑瘤和鳞刺对外表粗糙度的影响较大。鳞刺：工件外表上微小的鱼鳞状倒刺。鳞刺的生成机理：在中低速切削塑性金属资料且 较大时，刀屑之间由于冷焊而产生粘结景象，切屑在前刀面上流动时周期性地受阻而瞬时停留，切屑替代前刀面推挤切削层，呵斥已加工外表上出现拉应力而导裂，生成鳞刺。一、切削加工外表粗糙度23加工塑性资料时切削速度对外表粗糙度的影响切削速度越高，塑性变形越不充分，外表粗糙度值越小：选择低速宽

11、刀精切和高速精切，可以得到较小的外表粗糙度。切削速度对脆性资料的影响不大。一、切削加工外表粗糙度243进给量的影响 减小进给量 f 固然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，效率降低。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。一、切削加工外表粗糙度251.几何要素 单位面积上刻痕越多，即单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，那么磨削外表的粗糙度值越小。1磨削用量对外表粗糙度的影响V砂轮增大-Ra小 纵向进给量小-Ra小V工件增大-Ra大2砂轮粒度和砂轮修整对外表粗糙度的影响磨粒粒度号大磨粒细-Ra

12、小 磨粒间距小-Ra小 二、磨削加工后的外表粗糙度262、物理要素对Ra的影响 热多-塑变添加-晶粒拉长、裂纹、堆积1磨削用量V砂轮增大-塑变小-Ra小V工件增大-塑变增大-Ra大磨深增大-塑变增大-Ra大二、磨削加工后的外表粗糙度272.砂轮的选择粒度大-Ra小4660号 砂轮硬度-硬度大，磨粒不易零落，自锐性差，塑变大砂轮组织磨粒、结合剂、气孔的比例砂轮资料氧化物刚玉-磨削钢类件碳化物碳化硅，碳化硼-铸铁，硬质合金高硬人造金刚石，立方氮化硼-极小Ra 二、磨削加工后的外表粗糙度284-3影响外表层力学物理性能的工艺要素及其改良措施一. 加工外表层的冷作硬化 机械加工时，工件外表层金属遭到切

13、削力的作用产生剧烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使外表层的强度和硬度添加，这种景象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。1、定义292、影响外表冷作硬化的要素 以切削加工为例： 切削用量影响 f切削力塑变冷硬 切削速度影响复杂：力与热综协作用结果 f 和 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件资料：45 一方面：切削速度v塑变 冷硬 另一方面：切削热作用时间短，使冷硬程度有所添加 切削深度影响不大 一. 加工外表

14、层的冷作硬化3000.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)刀具后刀面磨损对冷硬影响 工件资料 资料塑性，冷硬倾向 刀具几何外形的影响 切削刃钝圆半径r，冷硬程度其他几 何参数影响不明显刀具磨损影响显著力和热相互作用一. 加工外表层的冷作硬化31二 .表层金属的金相组织的变化 1.外表层金相组织变化与磨削烧伤的产生 切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其临近区域产生了一定的温升。产生磨削烧伤景象。 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，表层金

15、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。同时出现彩色氧化膜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。322. 磨削烧伤的三种方式 淬火烧伤： 磨削时工件外表温度超越相变临界温度碳钢为720时，那么马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄，外表层总的硬度是降低的，这种景象称为淬火烧伤。二 .表层金属的金相组织的变化 33回火烧伤 磨削时，假设工件外表层温度只是超越原来的回火温度，那么表层原来的回火马氏

16、体组织将产生回火景象而转变为硬度较低的回火组织索氏体或托氏体，这种景象称为回火烧伤。退火烧伤 磨削时，当工件外表层温度超越相变临界温度时，那么马氏体转变为奥氏体。假设此时无冷却液，表层金属空气冷却比较缓慢而构成退火组织。硬度和强度均大幅度下降。这种景象称为退火烧伤。二 .表层金属的金相组织的变化 343.影响磨削烧伤的要素及改善途径1砂轮与工件资料1)磨削时，砂轮外表上磨粒的切削刃口锋利磨削力磨削区的温度2)磨削导热性差的资料(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二. 表层金属的金相组织的变化 352磨削用量1砂轮转速 磨削烧伤2径向进给量ap 磨削烧

17、伤3轴向进给量fa磨削烧伤4工件速度vw磨削烧伤3改善冷却条件采用内冷却法磨削烧伤 内冷却安装 1锥形盖 2通道孔 3中心孔 4有径向小孔的薄壁套4开槽砂轮二. 表层金属的金相组织的变化 36三 .表层金属的剩余应力 机械加工中工件外表层组织发生变化时，在外表层及其与基体资料的交界处会产生相互平衡的弹性力。这种应力即为外表层的剩余应力。1、外表层金属产生剩余应力的缘由 工件外表遭到挤压与摩擦，表层产生伸长塑性变形，基体仍处于弹性变外形状。切削后，表层产生剩余压应力，而在里层产生剩余拉伸应力。1 冷态塑性变形372热态塑性变形表层产生剩余拉应力，里层产消费生剩余压应力切削热在表层金属产生剩余拉应

18、力的表示图三.表层金属的剩余应力 38 工件外表在切削热的作用下，产生热膨胀，此时基体温度较低，因此外表层热膨胀受基体的限制产生压应力； 当外表层的热膨胀程度超越资料的弹性变形范围时，会产生热塑性变形。当切削终了，表层温度下降到与基体温度一致时，由于外表层已产生热塑性变形而不能弹性恢复，外表层收缩时受弹性变形基体的限制产生了剩余拉应力，里层产生压应力。三 .表层金属的剩余应力 393 外表层金相组织变化 磨削淬火钢时，工件表层金属温度极高，表层金属出现回火或退火，工件表层金属的金相组织发生变化马氏体向奥氏体或回火马氏体转化，相变的金属体积收缩，但遭到未相变的内层金属的牵制，故工件外表产生剩余拉

19、应力。 三 .表层金属的剩余应力 40 2、由于刀具钝圆刃切削时的金属塑性变形所产生的剩余应力的机理。 如上右图所示，具有钝圆刃的刀具切削工件时，有一厚度为的薄层金属无法被钝圆刃切离工件而被剧烈挤压成为已加工外表。三 .表层金属的剩余应力 41 机理：工件已加工外表的表层金属受刀具钝圆刃的剧烈挤压和摩擦， 产生严重塑性变形而不能弹性恢复，当内层金属弹性恢复时遭到表层金属的牵制，故工件表层金属产消费生剩余拉应力。 三 .表层金属的剩余应力 42四 . 外表强化工艺 外表强化工艺是指经过冷压加工方法使外表层金属发生冷态塑性变形，以降低外表粗糙度值，提高外表硬度，并在外表层产生剩余压应力的外表强化工

20、艺。 常见的冷压加工方法有：喷丸强化，滚压加工等。43 利用大量快速运动珠丸打击工件外表, 使工件外表产生冷硬层和压应力, 疲劳强度。1、喷丸强化 用于强化外形复杂或不宜用其它方法强化的工件，例如板弹簧、螺旋弹簧、齿轮、焊缝等。珠丸挤压引起剩余应力 紧缩拉伸塑性变形区域珠丸可以是铸铁的，也可以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，对于尺寸较小、外表粗糙度值较小的工件，采用直径较小的珠丸。442、滚压加工 利用淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温形状挤压金属外表，将凸起部分下压下，凹下部

21、分上凸，修正工件外表的微观几何外形,构成紧缩剩余应力，提高耐疲劳强度。滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型外表，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进展滚压加工原理图4546第四节 机械加工过程中的振动振动振痕刀具与工件相对位移外表质量，影响运用性能 工艺系统受动态交变载荷刀具加剧磨损、崩刃、机床衔接特性破坏噪声危害操作者的身体安康 主要有强迫振动和自激振动47强迫振动由于外界周期性干扰力的作用而引起的振动影响精细加工质量、消费率的关键问题。1.强迫振动产生的缘由 机内振源机床旋转件的不平衡 机床传动机构的缺陷往复运动部件的惯性力切削过程中的冲击等机外振源 地基传给机床隔振地基 一、机械加工过

22、程中的强迫振动482.强迫振动的特征频率特征、幅频相应特征频率特征振动频率与干扰力的频率一样或是干扰力的整数倍幅频影响特征干扰力的幅值大，强迫振动幅值大。工艺系统的动态特性如干扰力的频率远离工艺系统各阶模态的固有频率，振动幅值很小 强迫振动呼应将处于机床动态呼应的衰减区如干扰力的频率接近工艺系统某一固有频率时，振动幅值明显增大如干扰力的频率与工艺系统某一固有频率一样，共振阻尼小，振幅非常大一、机械加工过程中的强迫振动49减小强迫振动幅值改动运动参数改动工艺系统的构造一、机械加工过程中的强迫振动501.概述定义自激振动；颤振由系统内部激发反响产生的周期性振动自激振动系统 二、机械加工中的自激振动

23、51自激振动特征 无外力干扰自激振动频率接近与系统固有频率自激振动不因阻尼而衰减二、机械加工中的自激振动522.产生自激振动的条件工艺系统存在自激振动的条件 自激振动实例单自在度机械加工振动模型 刀架振出： 切削力对振动系统作功，振动系统那么从切削过程中吸收一部分能量W振出=W12345，储存在系统中刀架的振入： 在弹性恢复力作用下，振动系统对切削过程作功，振动系统耗费能W振入=W54621二、机械加工中的自激振动53当W振出W振入时，切削力Fy对振动系统作功大于振动系统对切削过程作功，加工系统有继续的自激振动产生，加工系统处于不稳定形状。W振出=W振入+W摩阻 ， 加工系统有稳幅自激振动产生

24、 W振出W振入+W摩阻 ， 加工统系将出现振幅递增的自激振动W振出 F振入yi二、机械加工中的自激振动54二、机械加工中的自激振动551.再生原理 再生型颤振由于切削厚度变化效应引起的自激振动再生型颤振产生的条件本次切削振纹与前次振纹的同步程度相位差三、自激振动的激振机理562.振型耦合原理多自在度系统例如：一个二自在度振动系统，如因偶尔干扰使刀架系统产生角频率为的振动，刀架将沿两X1、X2两刚度主轴同时振动 运动方程: y=Ay sintz=Az sin(t+)式中Ay-y向振幅 Az-z向振幅 -z向相对于y向在主振频率上的相位差。不同，刀尖振动轨迹不同三、自激振动的激振机理57假设：是某值时，刀尖振动轨迹为沿椭圆曲线顺时针方向。刀具：振入运动ACB，切削厚度较薄切削力小。 振出运动BDA，切削厚度较大，切削力大。 W振出W振入振动系统在各主振模态间相互耦合，