机械加工表面质量加工培训课件(PPT-63页)

1、2022/7/24武汉理工大学机电工程学院1/63内容提要一、机械加工后的表面质量二、表面质量对零件使用性能的影响三、机械加工后的表面粗糙度四、机械加工后的表面层物理力学性能五、改善机械加工表面质量的途径4.4 机械加工表面质量 一、机械加工后的表面质量1、表面层的几何形状 表面粗糙度 表面波度 2、表面层的物理机械性能表面层冷作硬化程度 表面层残余应力性质与大小 表面层金相组织的变化 机械加工后的表面质量2022/7/24武汉理工大学机电工程学院4/63表面粗糙度与波度表面粗糙度表面波度 动画演示 movie 4-1动画演示 8.1 指已加工表面微观几何形状误差，由加工中的残留面积、塑性变形

2、、积屑瘤、磷刺以及工艺系统高频振动等因素造成。 周期性几何形状误差，波距110mm。由工艺系统低频振动造成。2022/7/24武汉理工大学机电工程学院5/63表面层的物理机械性能 表面层冷作硬化（简称冷硬）：零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。 表面层金相组织的变化：由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。 表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。表面层显微硬度的变化情况 。表面残余应力分布状况 。零件表面层沿深度方向的变化情况二、表面质量对零件使用性能的影响1、影响零件的耐磨性

3、Ra的影响： Ra ，磨损量 Ra ，磨损量 存在最佳表面粗糙度值。加工表面硬化：提高耐磨性0.5-1倍。表面层金相组织变化：导致表面硬度变化，影响工件耐磨性动画演示 8.22022/7/24武汉理工大学机电工程学院10/632、对零件工作精度的影响 Ra：Ra ，零件工作精度； Ra ，摩擦系数小，工作表面接触刚度，故可提高零件工作精度，减少发热和功率损失。表面残余应力：残余应力 工作精度 。原因是：加工表面层的残余应力会使零件在使用中继续变形，失去原有精度。2022/7/24武汉理工大学机电工程学院11/633、对零件配合性质的影响对于间隙配合 表面粗糙度，磨损，配合间隙；对于过盈配合 使

4、实际过盈量减小，降低连接强度。2022/7/24武汉理工大学机电工程学院12/634、对零件疲劳强度的影响 Ra： Ra ，零件疲劳强度表面残余应力：若是压应力，疲劳强度 若是拉应力，疲劳强度 表面加工硬化：合适的冷作硬化能阻碍疲劳裂纹的出现和扩大，有助于提高疲劳强度。但过高的加工硬化会增加表面脆性，反而降低疲劳强度。2022/7/24武汉理工大学机电工程学院13/635、对零件抗腐蚀性能的影响 零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面凹处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，故抗腐蚀性能越差。 表面冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应力状态下工作

5、时，会产生应力腐蚀，若有裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因此表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。三、机械加工后的表面粗糙度2022/7/24武汉理工大学机电工程学院15/63影响切削加工后的表面粗糙度的因素大致可归纳为四方面的原因： 几何因素：刀具相对于工件作进给运动时在加工表面上遗留下来的切削层残留面积 。 物理因素：被加工材料的塑性、硬度等 工艺因素：主要是切削用量的影响。工艺系统的振动：切削过程中出现振动，刀具将在工件上切出波纹，严重影响工件的表面粗糙度。减小f 、r 、r及加大r ，可减小残留面积的高度2022/7/24武汉理工大学机电工程学院17/63 由图8.6可知，切削加工后表面

6、的实际粗糙度与理论粗糙度有比较大的差别。这主要是与被加工材料的性能及切削机理有关的物理因素的影响。切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生塑性变形。韧性越好的材料塑性变形就越大，且容易出现积屑瘤与鳞刺，使粗糙度严重恶化。物理因素动画演示 8.6切削速度对表面粗糙度的影响 积屑瘤 由积屑瘤形成机理可知，积屑瘤将严重影响工件的表面粗糙度。鳞刺 ：工件表面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材料且较大时，刀屑之间由于冷焊而产生粘结现象，切屑在前刀面上流动时周期性地受阻而瞬时停留，切屑代替前刀面推挤切削层，造成已加工表面上出现拉应力而导裂，生成鳞刺。 积屑瘤对表面粗

7、糙度的影响 积屑瘤对表面粗糙度的影响 鳞刺的形成过程（节状切屑或单元切屑时）机械加工过程中的振动问题 加工过程中，工艺系统如果发生振动，使工艺系统的正常运动受到干扰，破坏了机床、工件、刀具间的正确位置关系，使加工表面出现振纹，严重地恶化加工质量。 研究机械加工中产生振动的机理，探求有效的消振减振措施，是机械加工工艺领城的一个重要课题。1）自由振动 衰减性振动 在初始干扰力作用下，使系统的平衡被破坏而产生的仅靠系统弹性恢复力维持的振动。 2）受迫振动 非衰减性振动 在外界周期性干扰力持续作用下，系统受迫产生的振动。3）自激振动 非衰减性振动 依靠振动系统在自身运动中激发出交变力维持的振动。切削过

8、程中的自激振动一般称之为切削颤振。1、振动的分类2、现象：工艺系统除切削运动外还出现 一种周期性的相对运动。3、后果：恶化表面质量、缩短刀具和机床 的寿命、噪音2022/7/24武汉理工大学机电工程学院27/631、产生的原因(1) 系统外部周期性干扰力的作用(2) 机床运动零件的惯性力的作用(3) 机床传动件的制造缺陷(4) 切削过程不连续强迫振动2、强迫振动的运动方程 m 系统等效质量k 系统等效弹簧刚度r 系统等效阻尼系数式中: 衰减系数. = /2m n 系统无阻尼振动的固有频率通解:稳态后的振动方程:A 振幅 振动振幅相对于激振力的相位移。表示位 移滞后于激振力的程度式中 频率比 =

9、 /n 阻尼比0 临界阻尼系数A0 系统在静力p0作用下承受的静位移2022/7/24武汉理工大学机电工程学院32/633、特性分析受迫振动稳态过程是谐振。交变力消失,受迫振动停止。受迫振动频率 = 激振力频率，与固有频率无关。受迫振动的振幅与静刚度、 阻尼比、 频率比有关。2022/7/24武汉理工大学机电工程学院33/63自激振动1. 特征 自激振动的频率接近或等于系统的固有频率 无外界周期性干扰力，由外部激振力偶然触发 是不衰减振动 切削运动一停止,交变力消失,自激振动便停止动画演示 8.24减振措施 (1)消除或减小机内振源的激振力 (2)改变激振频率或系统固有频率以避免共振 (3)隔

10、振 (4)阻振器 (5)摩擦减振器 四、机械加工后的表面层物理力学性能2022/7/24武汉理工大学机电工程学院36/631、加工表面的冷作硬化 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、扭曲和破碎而得到强化。冷作硬化的特点是：变形抵抗力提高（屈服点提高），塑性降低（相对延伸率降低）。冷硬的指标通常用冷硬层的深度h、表面层的显微硬度H以及硬化程度N来表示（图88），其中N=H/H0，H0为原来的显微硬度。动画演示 8.8影响冷作硬化的因素1) 刀具：刀具前角，切削变形，切削力，冷作硬化 切削刃的钝圆半径 ，已加工表面在形成过程中受挤压程度 ， 冷作硬化 后刀面

11、磨损量，冷作硬化 2) 工件材料：HBs ， ，冷作硬化 3) 切削液：使用合适的切削液， 冷作硬化4) 切削速度，冷作硬化 进给量，冷作硬化 冷作硬化硬化程度硬化程度2、金相组织的变化 工件表面层在磨削时，磨削热使得工件温升很大，严重时使表层金属的金相组织发生变化，形成与基体不一样的金相结构。 经常是强度和硬度下降，产生残余应力，甚至产生显微裂纹，出现黄褐、紫、青等颜色变化 ，这种现象称为磨削烧伤。 2022/7/24武汉理工大学机电工程学院42/63磨削温度、温度梯度及冷却速度等对金相组织变化的影响 磨削温度、温度梯度、冷却速度等对金相组织变化的影响可以从图8.9得到说明。 图8.9所示，

12、为高碳淬火钢在不同磨削条件下出现的表面层硬度分布情况 。动画演示 8.9磨削淬火钢时可能产生的三种烧伤：回火烧伤：马氏体转变成索氏体或屈氏体退火烧伤 :表层产生退火组织表面硬度淬火烧伤:表层二次淬火马氏体下层回火组织影响磨削烧伤的主要因素1) 磨削用量：ae fa vw (相应vs ) ， 磨削温度 ，烧伤2) 砂轮选择：磨粒粒度， 硬度 ，则磨削温度 ， 烧伤 3) 工件材料：强度 ， 硬度 ，冲击韧度 ，磨削热 ，烧伤 2022/7/24武汉理工大学机电工程学院45/63磨削裂纹的产生 磨削加工中热态塑性变形和金相组织变化的影响较大，故大多数磨削零件的表面层往往有残余拉应力。当残余拉应力超

13、过材料的强度极限时，零件表面就会出现裂纹。有的磨削裂纹也可能不在工件的外表面，而是在表面层下成为肉眼难以发现的缺陷。磨削裂纹一般很浅 磨削裂纹的产生与材料性质及热处理工序有很大关系。磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所以特别容易产生磨削裂纹。磨削含碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。 动画演示 8.122022/7/24武汉理工大学机电工程学院46/633、加工表面产生残余应力 (1) 由于金属相变引起残余应力的机理 磨削淬火钢时，工件表层金属温度极高（此时内层金属的温度较低），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

14、氏体转化），相变的金属体积收缩，但受到未相变的内层金属的牵制，故工件表面产生残余拉应力。 2022/7/24武汉理工大学机电工程学院47/63残余应力产生的原因1）冷态塑性变形2）热态塑性变形3）金相组织的变化加工表面产生残余应力的机理 由于刀具钝圆刃切削时的金属塑性变形所产生的残余应力的机理。 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强烈挤压成为已加工表面。 机理：工件已加工表面的表层金属受刀具钝圆刃的强烈挤压和摩擦， 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受到表层金属的牵制，故工件表层金属产生产生残余拉应力。 五、改善机械加工表面

15、质量的途径2022/7/24武汉理工大学机电工程学院50/63刀具方面 增大刀具前角，减少切削变形； 取稍大的刀具后角； 用油石研磨前刀面和后刀面，以减少摩擦； 取小的刀具副偏角，减小表面粗糙度； 取小的磨钝标准； 采用正的刃倾角，以避免切屑划伤已加工表面； 采用耐磨性好的刀具材料。2022/7/24武汉理工大学机电工程学院51/63工件方面提高零件毛坯制造质量 使毛坯的加工余量均匀。减少毛坯内部组织的杂质以及 铸造缺陷；通过热处理改善工件材料的切削加工性。切削用量方面 采用高速或极低的切削速度，避免中低速切削； 采用较小的进给量 和切削深度 1、采用冷压强化工艺 将残余拉应力减小或将残余拉应

16、力转变为残余压应力。 喷丸法： 滚压法：视频演示 8.14a视频演示 8.14b2022/7/24武汉理工大学机电工程学院54/63目的：减小残余拉应力、防止磨削烧伤和 磨削裂纹方法：减少磨削热合理选择磨削参数 改善散热环境2、降低磨削热2022/7/24武汉理工大学机电工程学院55/63经济精度：IT5IT7; Ra0.16， 物理力学性能良好精密加工工艺：高速精镗、高速精车、宽刀精刨、 精密磨削 精密磨削： Ra0.080.16 超精密磨削： Ra0.020.04 细密磨削 镜面磨削： Ra0.013、采用精密加工和光整加工工艺光整加工以降低Ra值为主要目的。 1)珩磨利用珩磨头上的细粒度

17、砂条对孔进行加工的方法 Ra0.040.32 ，只能修正形状精度 2)超精加工 强烈切削正常切削微弱切削自动停止切削。 表面网纹，Ra0.040.32 。珩磨图例珩磨图例3) 研磨研具以一定的相对滑移速度在0.120.4Mpa压力下与被加工面作复杂的相对运动的方法。是古老的工艺，加工精度极高，应用范围广。 Ra0.010.16 ，尺寸误差在 3 以内。4) 抛光在布轮、布盘或砂带等软的研具上涂以抛光膏，高速旋转的抛光机，使抛光膏对工件产生刮擦和化学作用，使工件表面获得光泽镜面。Ra0.010.16 。研磨原理图研磨图例研磨图例机研图例24th（第14讲）考场作文开拓文路能力分解层次(网友来稿)

18、江苏省镇江中学 陈乃香说明：本系列稿共24讲，20XX年1月6日开始在资源上连载【要义解说】文章主旨确立以后，就应该恰当地分解层次，使几个层次构成一个有机的整体，形成一篇完整的文章。如何分解层次主要取决于表现主旨的需要。【策略解读】一般说来，记人叙事的文章常按时间顺序分解层次，写景状物的文章常按时间顺序、空间顺序分解层次；说明文根据说明对象的特点，可按时间顺序、空间顺序或逻辑顺序分解层次；议论文主要根据“提出问题分析问题解决问题”顺序来分解层次。当然，分解层次不是一层不变的固定模式，而应该富于变化。文章的层次，也常常有些外在的形式：1小标题式。即围绕话题把一篇文章划分为几个相对独立的部分，再给

19、它们加上一个简洁、恰当的小标题。如世界改变了模样四个小标题：寿命变“长”了、世界变“小”了、劳动变“轻”了、文明变“绿”了。 2序号式。序号式作文与小标题作文有相同的特点。序号可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”从全文看，序号式干净、明快；但从题目上看，却看不出文章内容，只是标明了层次与部分。有时序号式作文，也适用于叙述性文章，为故事情节的展开，提供了明晰的层次。 3总分式。如高考佳作人生也是一张答卷。开头：“人生就是一张答卷。它上面有选择题、填空题、判断题和问答题，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手来书写，人生的答卷却要用行动来书写。”主体部分每段首句分别为

20、：选择题是对人生进行正确的取舍，填空题是充实自己的人生，判断题是表明自己的人生态度，问答题是考验自己解决问题的能力。这份“试卷”设计得合理而且实在，每个人的人生都是不同的，这就意味着这份人生试卷的“答案是丰富多彩的”。分解层次，应追求作文美学的三个价值取向：一要匀称美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料详写，什么材料略写，要通盘考虑。自然段是构成文章的基本单位，恰当划分自然段，自然就成为分解层次的基本要求。该分段处就分段，不要老是开头、正文、结尾“三段式”，这种老套的层次显得呆板。二要波澜美。文章内容应该有张有弛，有起有伏，如波如澜。只有这样才能使文章起伏错落，一波三折，吸引读者

21、。三要圆合美。文章的开头与结尾要遥相照应，把开头描写的事物或提出的问题，在结尾处用各种方式加以深化或回答，给人首尾圆合的感觉。【例文解剖】 话题：忙忙，不亦乐乎 忙，是人生中一个个步骤，每个人所忙的事务不同，但是不能是碌碌无为地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦乐乎。 忙是问号。忙看似简单，但其中却大有学问。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦乐乎，却并不简单。人生如同一张地图，我们一直在自己的地图上行走，时不时我们眼前就出现一个十字路口，我们该向哪儿，面对那纵轴横轴相交的十字路口，我们该怎样选择?不急，静下心来分析一下，选择适合自己的坐标轴才是最重要的。忙就是如此，选择自己

22、该忙的才能忙得有意义。忙是问号，这个问号一直提醒我们要忙得有意义，忙得不亦乐乎。 忙是省略号。四季在有规律地进行着冷暖交替，大自然就一直按照这样的规律不停地忙，人们亦如此。为自己找一个目标，为目标而不停地忙，让这种忙一直忙下去。当目标已达成，那么再找一个目标，继续这样忙，就像省略号一样，毫无休止地忙下去，翻开历史的长卷，我们看到牛顿在忙着他的实验；爱迪生在忙着思考；徐霞客在忙着记载游玩；李时珍在忙着编写本草纲目。再看那位以笔为刀枪的充满着朝气与力量的文学泰斗鲁迅，他正忙着用他独有的刀和枪在不停地奋斗。忙是省略号，确定了一个目标那么就一直忙下去吧!这样的忙一定会忙出生命灵动的色彩。 忙是惊叹号。

23、世界上的人都在忙着自己的事，大自然亦如此，小蜜蜂在忙，以蜂蜜为回报。那么人呢?居里夫人的忙，以放射性元素的发现而得到了圆满的休止符；爱因斯坦在忙，以相对论的问世而画上了惊叹号；李白的忙，以那豪放的诗歌而有了很大的成功；张衡的忙，因为那地动仪的问世而让世人仰慕。每个人都应该有效率的忙，而不是整天碌碌无为地白忙。人生是有限的、短暂的，因此，每个人都应该在有限的生命里忙出属于他的惊叹号；都应在有限的生命里忙出他的人生精彩篇章。 忙是万物、世界、人生中都不可缺少的一部分。作为这世上最高级动物的我们，我们在忙什么呢?我们要忙得有意义，有价值，我们要忙出属于我们的精彩。我们的忙不能永远是问号，而应是省略号和感叹号。忙就要忙得精彩，忙得不亦乐乎。 解剖：本文将生活中的一句口头禅“忙得不亦乐乎”机智翻新，