机械制造工艺学机械加工表面质量及其控制教学PPT.ppt

3.1,3.2,3.3,3.4,表面质量对产品使用性能的影响 影响表面粗糙度的工艺因素及其改进措施 影响表面金属力学性能的工艺因素及改进措施 机械加工过程中的振动,第三章 机械加工表面质量及其控制,第三章 机械加工表面质量及其控制,概述,掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，并应用这些规律控制加工过程，以达到提高加工表面质量、提高产品性能的目的。,实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量。,研究机械加工表面质量的目的,机械产品的失效形式,因设计不周而导致强度不够； 磨损、腐蚀和疲劳破坏。,少数,多数,任何机械加工方法获得的加工表面，都不是绝对理想的表面。既存在宏观几何形状误差，又存在微观表面粗糙度、波度,一、加工表面质量的概念,第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响,表面质量,表面粗糙度,表面波度,表面物理力学性能的变化,表面微观几何形状特征,表面层冷作硬化,表面层残余应力,表面层金相组织的变化,纹理方向,（一）加工表面的几何形貌,加工后表面形状，总是以“峰”、“谷”的形式偏离其理想光滑表面。按偏离程度有宏观和微观之分。,波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以l表示； 波高：峰与谷间的高度，以h 表示。,波距与波高,l/h1000时，属于宏观几何形状误差； l/h50时，属于微观形状误差，称作表面粗糙度； l/h=50 1000时，称作表面波度；,主要是由机械加工过程中工艺系统低频振动所引起。,纹理方向 是指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采用的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。,表面缺陷 是指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气孔、裂痕等。,（二）、表面层物理力学、化学性能,(1)表面金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使工件加工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。 硬化深度为0.05-0.3mm,滚压加工可达几毫米,(2)表面层金相组织变化,由于切削热的作用引起表层金属金相组织发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面层的物理机械性能。,(3)表面层产生残余应力,由于切削力和切削热的作用，表面层晶格发生变形。工件表层及其基体材料的交界处产生相互平衡的弹性应力的现象。残余应力超过材料强度极限就会产生表面裂纹。,二、加工表面质量对机器零件使用性能的影晌,（二）表面质量对零件耐磨性的影响,第一阶段 初期磨损阶段 第二阶段 正常磨损阶段 第三阶段 急剧磨损阶段,零件的磨损可分为三个阶段,不是表面粗糙度值越小越耐磨，在一定工作条件下，摩擦副表面总是存在一个最佳表面粗糙度值，表面粗糙度ra值约为0.320.25m较好。,1、表面粗糙度对耐磨性的影响,由于表面的微观不平，使零件接触的实际面积小于理论面积,2、表面纹理对耐磨性的影响 表面纹理的形状和方向影响有效接触面积和润滑油的存留。圆弧状，坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的纹理由于接触面压强大,耐磨性差。纹理方向与运动方向相同，耐磨性好；纹理方向与运动方向垂直,则耐磨性差。 3、表面冷作硬化对耐磨性的影响 表面层冷作硬化减少了摩擦副 接触部位的弹性变形和塑性变形， 因而减少了磨损，提高耐磨性， 但并不是硬化程度越高耐磨性越 好，在硬化过度时，引起组织疏松 磨损会加剧，甚至产生剥落，所以 硬化层要控制在一定的范围。,4、表面层金相组织变化影响,加工过程中，由于切削温度过高，表层金相组织会发生某些变化，如磨淬火零件时，表层的马氏本组织要分解或出现回火组织或出现二次淬火组织，直接影响耐磨性。,1）粗糙度: 交变载荷作用下，零件表面的粗糙度、划痕、裂纹等缺陷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。对受交变载荷的零件，减小表面粗糙度值可使疲劳强度提高3040%，表面越粗糙，搞疲劳性越差。 2）残余应力: 残余压应力,能部分抵削工作载荷所施加的拉应力，延缓裂纹的扩展，因而提高零件的疲劳强度。但残余拉应力容易使表面产生裂纹，因而降低疲劳强度。 3）冷作硬化: 冷作硬化提高零件的疲劳强度。因为硬化层阻碍已有裂纹的扩大和新疲劳裂纹的产生。,（二）表面质量对耐疲劳性的影响,（三）表面质量对抗腐蚀性能的影响,1、表面粗糙度的影响 零件在空气中或腐蚀介质中常发生化学腐蚀和电化学腐蚀，表面越粗糙则加工表面与空气和腐蚀性介质的接触面积越大，因而抗腐蚀性能越差。 2、金属力学与物理性质的影响 加工表面的冷作硬化和残余应力都将金属表面处于高能位的不稳定状态，容易与空气中的物质发生化学反应而被腐蚀。,（四）表面质量对配合质量的影响,表面粗糙度：无论是间隙配合、过盈配合还是过渡配合，如果表面粗糙度太大，则必然影响实际配合的性质。 对间隙配合，如果表面粗糙度太大，则初期磨损量就越大，工作时间一长配合间隙就越大，以致改变原有的配合性质，影响间隙配合的稳定性。 初期磨损0与粗糙度的关系 0=kra k为比例系数 这是新机器为什么需要经过跑合的原因。 对于过盈配合，由于表面粗糙度影响，会使实际过盈量小于计算过盈量，装配时凸峰被剂掉，使实验过盈量减小。,表面残余应力：会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生变化，因此对配合性质有一定的影响。,第二节 影响表面粗糙度的因素及其改进措施,在切削和磨削过程中，表面粗糙度的形成由几何因素、物理因素(表层金属的塑性变形)和工艺系统的振动决定。 一、切削加工表面粗糙度 （一）几何因素 切削加工表面粗糙度取决于切削残留面积的高度。残留面积高度与刀具的进给量，主偏角、副偏角和刀尖圆角半径有关。,图中的虚线为rz与re 、f的计算关系曲线，而实线为实际加工的结果。两者数值上的差别是由于rz不仅受刀具几何形状的影响，同时还受表面金属层塑性变形的影响。进给量越小，这种影响越大。 由几何因素引起表面粗糙度过大，可通过减小切削层残留面积来解决。如减小进给量、减小刀具的主副偏角，增大刀具园角半径。,（二）物理因素,零件加工后实际轮廓与纯几何因素所形成的理想轮廓有较大差别，因为在加工过程中还有塑性变形等物理因素的影响。 1）刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦，使金属材料发生塑性变形，使理论残留面积挤歪，因而增大了表面粗糙度。 2）切削过程中出现刀瘤与鳞刺会使表面粗糙度严重恶化，加工塑性材料时是影响粗糙度的主要因素。 刀馏是在切削过程中切屑底层与前刀面发生冷焊的结果。 鳞刺是在已加工表面上出现磷片状毛刺般的缺陷。,1、切削用量的影响 （1）进给量的影响 在粗加工和半精加工中，当f0.15mm/r，进给量对表面粗糙度影响大； 当f0.15mm/r，则f的进一步减小，不能引起表面粗糙度明显下降； 当f0.02mm/r时，表面粗糙度主要取决于被加工面的金属塑性变形。,（2）切削速度的影响,v愈高，切削过程中切屑和加工表面的塑性变形程度就愈轻，粗糙度愈小；刀瘤和鳞刺都是在较低速度范围内产生，v愈高可防止刀瘤和鳞刺的产生。提高切削速度既有利于降低表面粗糙度，又有利于提高生产率。 加工脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响不大。比加工塑性材料容易达到表面粗糙度要求。,（3）切削深度的影响 切削深度对表面粗糙度的影响不大，但由于刀刃存在圆角半径，当切削深度小到一定程度后，不能进行正常切削，会出现刀具挤压打滑等现象，从而使表面粗糙度增大。 2、被加工材料性能的影响 韧性较大的塑性材料加工后表面粗糙度大，脆性材料其加工粗糙度比较接近理论粗糙度。 对于同种材料，晶粒组织愈粗大，加工后粗糙度也愈大，为减小加工后的粗糙度,常在切削加工前进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织。,3、刀具几何形状、材料、刃磨质量的影响,前角r0 增大，则塑性变形小、粗糙度小；r0为负，塑性变形大、粗糙度大。 不同刀具材料，其化学成分不同，其硬度、刀具材料与工件材料的亲和程度、以及前后刀面与切屑和已加工表面的磨擦系数不同。 硬质合金刀具加工所得的表面粗糙度比高速钢刀具加工所获得的小，金刚石刀具加工所得的表面粗糙度比硬质合金刀具加工所得的还要小。 1）金刚石强度和硬度高，在高温下能保持其性能。刃口锋利，在切削过程中，其刀尖圆角半径和刃口半径保持不变。 2）金刚石与金属材料的亲和力小，加工中不会产生积屑瘤。 3）金刚石刀具前后刀面的摩擦系数小，加工时的切削力及表层金属的塑性变形小，有利于降低表面粗糙度。,降低表面粗糙度措施 合理选择刀具的几何角度，适当增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低前刀面和后刀面的表面粗糙度，选择合适冷却润滑液，提高润滑效果（可以抑制刀瘤和鳞刺的产生），均有利于降低表面粗糙度。 在影响表面粗糙度的几何因素和物理因素中，何者占主导地位，这取决于不同情况。加工脆性材料以几何因素为主；而加工塑性材料、特别是韧性大的材料，以物理因素为主。,二、磨削加工后的表面粗糙度,与车削不同，磨削加工表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的沟槽所形成，每单位面积上的刻痕数愈多，即通过单位面积的磨粒数愈多，刻痕的等高性越好，则粗糙度愈小。 磨削表面粗糙度与几何因素、物理因素和振动有关。 （一）几何因素的影响： 1、磨削用量对表面粗糙度的影响 1）砂轮的速度： 提高砂轮速度，单位时间内通过被加工表面的磨粒数越多，同时塑性变形造成的隆起量随砂轮速度的增大而下降，有利于降低表面粗糙度。,2）工件速度和进给量的影响 提高工件速度和进给量,单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，会增大表面粗糙度；,3）磨削深度 增大磨削深度，将增加塑性变形程度，从而增大粗糙度。,2、砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响： 1）砂轮的粒度愈细，则砂轮工作面的单位面积上的磨粒愈多，在工件上的刻痕愈密愈细，所以粗糙度愈小。因此，选择粒度号大的砂轮有利于降低表面粗糙。 但如果粒度号过大，则只能采用很小的磨削深度，还需要很长时间的空行程，否则砂轮容易堵塞，造成表面烧伤。一般磨削其粒度号不超过80，常用46-60号。,2）砂轮的修整： 如果砂轮工作表面修整不好，则表面上的磨粒不处在同一高度，其中高度较低的磨粒不能起到磨削作用，加工时会使单位面积上的磨粒数减少，从而增大表面粗糙度。因此在磨削加工最后几次行程前，应精细修整砂轮。 砂轮修整时导程和切深越小，磨粒的微刃等高性越好，相当于选用大粒度号砂轮，磨削表面粗糙度越小。 砂轮修整时常用金刚石修整器。 在磨削过程中，通常在开始时采用较大的磨削深度，以提高生产率而最后采用小切深或无进给磨削以降低粗糙度。,（二）物理因素的影响,由于磨削速度比切削加工的速度高很多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区域的温度很高（有时达900度）工件容易产生相变而烧伤，同时产生比切削加工更大的塑性变形，增大表面粗糙度。 1、磨削用量 1）砂轮的速度： 砂轮速度越高，工件材料来不及塑性变形，因而表面层金属的塑性变形减小，表面粗糙度将明显减小； 2）工件速度：工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度增大； 3）进给量：进给量增大，塑性变形增大，表面粗糙度增大,2、砂轮的选择,粒度、硬度、组织和材料对磨削表面粗糙度影响很大。 粒度：粒度越细，磨削表面粗糙度越小，但如果磨粒太小，砂轮容易堵塞，引起表面烧伤，使表面粗糙度增大。 硬度：砂轮的硬度是指磨粒在磨削力作用下从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮太硬，钝化了的磨粒不能及时被新磨粒替代，使表面粗糙度增大；砂轮太软，磨粒易脱落，磨削作用减弱，也会使表面粗糙度增大。 组织：指磨粒、结合剂和气孔的比例关系。组织细密，能获得高精度和较小表面粗糙度，组织疏松，不易堵塞，适于磨削软金属材料，如：磁钢、不锈钢和耐热钢。 材料：氧化物（刚玉）砂轮用于磨钢类零件；碳化物砂轮（碳化硅）用于磨铸铁和硬质合金等材料，人造金刚石和立方氮化硼，可获得很少的表面粗糙度，但成本较高。,第三节、影响表面层物理力学性能的工艺因素及其改措施,在切削力和切削热作用下，加工表面的机械物理性能会发生变化，与基体材料性能有很大不同，主要变化：表层金相组织的变化，微观硬度变化和在表层中产生残余应力。 一、加工表面的冷作硬化 冷作硬化：在切削（磨削）过程中，如果加工表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起材料表层强度和硬度提高，这种现象称冷作硬化。 冷硬的结果：变形阻力增大、塑性降低，导电性、导热性发生变化。,弱化：冷作硬化使金属处于高能位的不稳定状态，在温度较高时会本能向低能位的稳定状态转变。,冷作硬化的评定指标： 1）表层金属的显微硬度，用hv表示 2）硬化层深度h 3）硬化程度n,硬化程度越大，则硬化层的深度越大。,硬化程度取决于： 1）产生塑性变形的力： 力越大，塑性变形越大，硬化程度越大。 2）变形速度： 变形速度越快，变形越不充分，硬化程度越小。 3）变形温度： 变形的温度影响金相组织的恢复，当温度在0.250.3t范围，产生恢复现象，部分消除冷作硬化。,（二）影响切削加工表面冷作硬化的因素,1、切削用量的影响 切削用量中以f 、 v影响最大 f增大，切削力增大，塑性变形程度也增大，因此硬化现象增大，但在f较小时刀刃园角在表面上挤在使硬化增加。 v增大，则硬化层的深度和硬度都减小，因为v增大会使温度增高有助于冷硬的回复，同时v增大，使刀具与工件的接触时间缩短，塑性变形减少；,切削深度对表面层金属的冷作硬化影响不大。,2、刀具几何形状的影响 刀具前角减小，刃口圆角和后刀面的磨损量增大时，冷作硬化程度和深度增大。 刃口圆角半径增大，则径向切削分力增大，塑性变形加剧，引起冷硬增大. 前角增大、切削力减小，塑性变形减小, 冷硬减小 刀具磨损对表层金属冷硬影响很大。后刀面磨损量小时，随磨损增大冷硬增大，磨损量很大时，软化作用增强。,3、被加工材料性能的影响 材料的塑性越大、硬度越低，则材料冷硬越严重。 碳钢含碳量越高，强度越大，其塑性越小，冷硬越轻。 有色金属，熔点低，易弱化，其冷作硬化比钢轻得多。 减少切削加工表面冷作硬化的措施 1）合理选择刀具角度，前角大，刃口半径小。 2）限制后刀面的磨损。 3）合理选择切削用量，v大f小。 4）进行有效冷却。,(三)影响磨削加工表面冷作硬件的因素,1、工件材料性能的影响 从材料塑性和导热性两个方面考虑 磨高碳钢：硬化程度60-65%，个别达100%。塑性差 磨纯铁：硬化程度75-80%，可达140-150%。因为塑性好，导热性好，弱化倾向小。 2、磨削用量的影响 背吃刀量：吃刀量大，磨削力大，塑性变形加剧，冷硬增大 纵向进给速度：进给速度大，切屑的厚大，磨削力，冷硬增大；另一方面，温度升高，弱化作用增强。两者综合作用。 工件转速：转速增大，接触时间短，弱化的能力降低，冷硬增大。 磨削速度：砂轮速度增大,切削厚度减小，磨削温度升高，冷硬降低。,3、砂轮粒度的影响 粒度越大，每颗磨粒的载荷减小，冷硬减小。 （四）冷作硬化的测量方法 主要测量表层的显微硬度和硬化层深度，硬化程度可通过计算得出。 显微硬度：显微硬度计,二、表面金相组织的变化,（一）、机械加工表面金相组织的转变 加工过程消耗的能量绝大多数转化成热能, 在切削热作用下，表面温度会高，当温度升高到一定程度后则产生金相组织变化。切削加工一般不会严重到如此程度，但对磨削来说由于消耗的功率大，可能出现这种情况。 1、磨削温度 磨削时，速度高，磨粒带有很大的负前角，除起切削作用外，还括擦挤压工件表面，因而产生的磨削热比切削时大得多，加上有80%的磨削热传入工件，只有少部分通过切屑、砂轮、冷却液带走，而切削时只有约5%的热量进入工件，致使磨削时工件表面温度比切削时高得多。,2、磨削烧伤,磨削表层温度一般高达500600有时甚至达700以上，这样工件表面层产生金相组织变化，并使表层金属硬度下降，并呈现氧化膜颜色，这种现象称磨削烧伤。 淬火钢磨削可能产生三种烧伤： 回火烧伤：当磨削区温度没有超过相变温度但超过马氏体转变温度（250300）时，马氏体转变成回火或索氏体等与回火退火相近的组织，硬度低于回火马氏体。 淬火烧伤：当磨削区温度超过相变临界温度（720）时，马氏体转变成奥氏体，又由于冷却液的急剧冷却，会发生二次淬火现象，其硬度比回火马氏体的硬度高。 退火烧伤：如果不用冷却液进行干磨，如温度超过相变临界温度，由于冷却速度较慢，表面硬度下降。,表面烧伤以后在光线的照射下呈一定的颜色，从烧伤色可以判断出表面层发生金相组织变化的程度。褐色、紫色、青色都是淬火烧伤。黄、浅黄回火烧伤。 但表面没有烧伤颜色并不等于表面不存在损伤。如在磨削中，采用过大的磨削用量，造成很深的热变质层，以后的无进给磨削仅磨去表面烧伤色，但还并不意味着这层金属没有烧伤。,3、烧伤颜色,（二）减小磨削烧伤的工艺途径,烧伤主要原因是磨削区域中温度过高。为此应尽量减少磨削时产生的磨削热，并迅速将磨削热传走，以降低工件表层温度。措施如下： 1、正确选择砂轮 对于导热性差的材料，如耐热钢、轴承钢和不锈钢，容易产生烧伤，应选择较软的砂轮，使磨粒钝化后尽快脱离。同时可选择具有一定弹性的结合剂（如橡胶结合剂或树脂结合剂），也可避免烧伤。 2、合理选择磨削用量 在磨削过程中，当增大磨削深度、砂轮转速和工件转速时，均会引起表面温度升高。其中，磨削深度影响最显著，应减少磨削切深。,工件转速越大，表面的温度梯度越大，发生高温的表面层越薄。 由于金相组织转变需要一定时间，提高工件转速后，工件与砂轮的接触时间会极短，而一出磨削区域，马上冷却，故一般来不及回火。 在加工中，如果出现烧伤层很薄，在以后的无进给磨削中会将其磨去。因此，问题不在于是否存在烧伤，而在于烧伤到底有多厚。 所以提高工件速度有利于减轻表面的烧伤。但提高工件转速后，会影响表面粗糙度，故在生产中采用同时提高砂轮与工件速度的方法来防止烧伤。,3、改善冷却条件 1ml水变成水蒸汽可带走2512j.磨削区每秒的发热量在4187j以下，如果冷却水能进入到磨削区域，可避免烧伤。 （1）用高压大流量冷却。 （2）为减轻高速旋转砂轮表面高压附着气流的作用，可加装空气挡板。 （3）采用内冷却，砂轮是多孔的，具有渗水能力。 因有水雾，工人操作条件差，且看不到火花，不便于磨削对刀。,图5-19,4、选用开槽砂轮 增大磨削刃距离，使砂轮与工件间断接触，不仅改善散热条件，提高冷却效果，可大大减小烧伤。,三、表面金属的残余应力,在切削和磨削加工中，加工表面层因发生形状、体积或金相组织变化，使表层产生相互平衡的残余应力。 （一）表层金属产生残余应力的原因 1、表层金属冷塑性变形所引起的残余应力 1）加工过程中，因塑性变形会发生晶格移动，原来的紧密排列受到破坏，引起容积增大比重下降，从而在表层产生残余压应力，里层产生残余拉应力。,2）在切削力作用下，已加工表面层受拉应力产生伸长塑性变形，而里层仍处于弹性状态，切削力去除后里层金属趋于复原，但受到已塑性变形的表层限制，不能回复到原状，因而在表面层产生残余压应力，里存为拉应力。,2、局部温升过高而引起的残余应力 加工过程产生大量切削热。表层产生热膨胀，而基体温度较低，因此表层膨胀受基体的限制产生热压缩应力，当表层温度超过弹性变形范围就产生塑性变形（相对压缩）；当切削结束以后，温度下降，体积要收缩，当进入弹性状态时，表层因产生热塑变形，其收缩会受到基体限制，故在表层产生拉应力，而在里层产生压应力。 当表层的残余拉应力超过材料的强度极限时，表面会产生裂纹。 故在磨削加工中表面容易出现裂纹。,3、金相组织变化所引起的残余应力,切削热使表层金属温度升高，甚至达到相变温度，因不同组织比重不同，相变的结果会造成体积变化，体积膨胀则产生残余压应力，体积缩小则产生残余拉应力。,如：马氏体密度为7.75 g/cm3，奥氏体密度为7.96 g/cm3， 珠光体密度为7.78 g/cm3，铁索体密度为7.88 g/cm3；,以淬火钢磨削为例,淬火钢原来的组织是马氏体7.75 g/cm3,磨削加工后,表层可能产生回火，马氏体变为珠光体7.78 g/cm3,密度增大而体积减小,表面产生残余拉应力,导致,结果,表面残余应力是上述三个方面综合作用的结果，在一定条件下，其中一种两种原因可能起主导作用。 切削加工中，如果切削热不高，以冷塑性变形为主表层产生压应力，如果切削热较高以后在表层中产生热塑性变形。热塑拉应力与冷塑压应力抵销一部分。 当冷塑占主导地位表面层产生残余压应力。 当热塑占主导地位表面层产生残余拉应力。 在磨削时，一般磨削热较高，常以相变和热塑性变形产生的拉应力为主，所以表面层常带有残余拉应力。,4、机械加工后表面层的实际残余应力,（二）影响表层金属残余应力的工艺因素,1、切削速度和被加工材料的影响 45#钢，在各种切削速度下均产生残余拉应力，说明切削热起主要作用。 18crnimoa在切削速度较低时产生残余拉应力（切削热起主要作用），在高速切削时产生残余压应力（发生了金相组织转变）。,2、前角的影响,（三）影响磨削残余应力的工艺因素,1、磨削用量的影响 1）磨削深度（背吃刀量） 磨纯铁，吃刀量很少时，以塑性变形为主，产生为压力应；吃刀量增大，温度影响为主要因素，为拉应力；再增大，塑性变形加剧，又为压力。 2）磨削速度 增大砂轮速度，产生拉应力的倾向增大。 增大工件转速和进给速度，热因素的影响减小，而塑性变形的影响增大，产生压应力趋势增大。,2、工件材料的影响 工件材料的强度越高，导热性越差，塑性越低，在磨削时越容易产生残余拉应力。,（四）工件最终加工工序的选择,1）受交变载荷的零件，最终工序选择可产生残余压应力的加工方法 2）对相对滑动的零件，从提高零件抵抗滑动摩擦引起的磨损来考虑，最终工序选择可产生残余拉应力的加工方法。从抵抗扩散磨损、化学磨损、粘接磨损来考虑，残余应力的性质无特殊要求，但残余应力的数值越小越好。 3）对相对滚动的零件，从提高搞滚动磨损能力来考虑，最终工序选择可产生残余压应力的加工方法。,工件的残余应力直接影响到其工作性能。因此最终工序加工方法的选择，须考虑零件具体工作条件及零件可能产生的破坏形式。,各种加工方法在工件上产生的残余应力,四、表面强化工艺,通过冷压加工使表面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面层中产生残余压应力。强化工艺可提高零件抗疲劳强度和使用寿命，借助强化工艺还可以用次等材料代替优质材料。 常用表面强化工艺方法有：喷丸、滚压、辗光,1喷丸强化,用压缩空气或离心力将大量的珠丸(直径为0.4 4mm)以高速打击被加工零件表面，使表面产生冷硬层和残余压应力，可以显著提高零件的疲劳强度。珠丸可以是铸铁或砂石，钢丸更好。喷丸所用设备是压缩空气喷丸装置或机械离心式喷丸装置，这些装置使珠丸能以35 50ms的速度喷出。,珠丸(直径为0.4 4mm),高速(35 50 m/s)打击被加工零件表面,使表面产生冷硬层和残余压应力,方法概要,喷九主要用于强化形状复杂零件，如齿轮、弹簧、连杆、曲轴等。零件经喷九强化后，硬化层深度可达0.7mm，表面租糙度ra值可由3.2 减少到0.4 ，使用寿命可提高几倍到几十倍。,应用,（二）滚压强化,用工具钢制成的钢滚轮或钢珠在零件表面上进行滚压、辗光，使表层材料产生塑性流动，从而形成新的光洁表面。粗糙度ra从1.6降至0.1um将表面凸起部分往下压，凹下的部分往上挤，修正微观误差，形成残余压应力达到表面强化的目的。,硬度提高1040% 疲劳强度提高3050%。 该方法使用简单，无需特殊设备，在普通车床、镗床、钻床、刨床上即可进行。,五、光整加工方法,光整加工方法主要是降低表面粗糙度，而尺寸精度一般由前道工序保证。利用磨粒切除金属，但是没有与磨削深度相对应的参数，一般只规定加工时的压强。 （一）超精加工 也称超精研，是一种降低表面粗糙度的一种有效方法。,1、工作原理 超精研是用细粒度的磨条，在一定压力和切削速度下压在被加工表面上并作轴向往复振荡，从而进行微量切除的光整加工方法。包括三种运动：工件回转、磨条轴向进给和磨条往复振摆运动。,超精加工、研磨、珩磨和抛光加工,2、超精加工的切削过程,分为四个阶段： 1）强烈切削阶段：开始时表面粗糙凸峰处 比压大，切削作用强磨粒易产生破碎脱落，磨粒切刃锋利。 2）正常切削阶段：粗糙部分磨去后，油石磨粒不易破碎脱落，但仍有切削作用，随着加工的进行，工件表面逐渐平滑。 3）微弱切削阶段：此时磨粒进变钝，切削作用微弱，切下的微细切屑嵌在油石中起抛光作用。 4）自动停止切削阶段：表面磨平后，单位面积上的压力极低，磨条与工件之间形成油膜，切削作用停止。,3、超精加工的特点,1）与磨削比，压力和速度均比较低，表面几乎不产生变质层。 2）稍有修正上道工序几何形状误差和振动波纹的能力，但修正尺寸误差的能力差。 3）加工效率高，一般零件几分钟可完成，太长时间对加工质量不会有好处。 4）油石与工件没有刚性联系，故所机床简单。,（二）研磨,研磨是一种光整加工和精密加工方 法。当采用精密的定型研磨工具时，可 获得很高的尺寸精度和形状精度。 1、工作原理 将研磨剂涂 （干式）或浇注在研具与工件 间，工件与研具在一定压力下作不断变更方向的 相对运动。磨粒在工件表面切除微量的金属层。 精度达5级以上，粗糙度ra0.16um 2、研磨类型 手工研磨和机械研磨。 (应用实例：机械密封）,3、研磨加工的特点 1）所有研具均用较软的材料制成。 2）研磨加工既有机械加工作用，也有化学作用。 3）磨粒很少重复运动轨迹 4）可获得很高的尺寸精度和很低的表面粗糙度，还可提高形状精度。 4、研具 研具的材料较软，一般选用比工件材料软且具有均匀组织的材料作研具。如铸铁（最常用）、铜、铝、巴氏合金等。铜、铝因容易嵌入较大的磨粒，适用于粗研；铸铁适用于精研。,5、研磨剂,研磨剂由磨料和研磨液混合而成。 研磨液是由煤油与机油按1：1的比例