机械制造工艺学机械加工表面质量及其控制PPT课件.ppt

第3章机械加工表面质量及其控制 3 1加工表面质量及其对使用性能的影响 机械制造工艺学 1 加工表面质量 2 3 1 1加工表面质量的概念 加工表面的几何形貌几何形状误差 平面度 圆度等 波长 波高 1000 波纹度 波长 波高 50 1000 且具有周期特性 表面粗糙度 波长 波高 50 3 3 1 1加工表面质量的概念 对耐磨性影响表面粗糙度值 耐磨性 但有一定限度 图3 4 纹理形式与方向 圆弧状 凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性 对耐疲劳性影响表面粗糙度值 耐疲劳性 适当硬化可提高耐疲劳性 对耐蚀性影响表面粗糙度值 耐蚀性 表面压应力 有利于提高耐蚀性 对配合质量影响表面粗糙度值 配合质量 4 3 1 2表面质量对零件使用性能的影响 第3章机械加工表面质量及其控制 3 2影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改进措施 机械制造工艺学 5 切削残留面积直线刃车刀圆弧刃车刀影响因素 刀尖圆弧半径r 主偏角 r 副偏角kr 进给量f 6 3 2 1切削加工表面粗糙度 图3 6车削时残留面积的高度 切削表面塑性变形和积屑瘤切削速度影响最大 v 10 50m min时 易产生积屑瘤和鳞刺 表面粗糙度最差 7 3 2 1切削加工表面粗糙度 其他影响因素 刀具几何角度 刃磨质量 切削液等 磨削用量影响砂轮速度v Ra 工件速度vw Ra 砂轮纵向进给f Ra 磨削深度ap Ra 光磨次数 Ra 8 3 2 2磨削加工后的表面粗糙度 砂轮影响砂轮粒度号 Ra 但要适量 砂轮硬度适中 Ra 常取中软 砂轮组织适中 Ra 常取中等组织 采用超硬磨粒砂轮 Ra 砂轮精细修整 Ra 其他影响因素工件材料 冷却润滑液等 9 3 2 2磨削加工后的表面粗糙度 第3章机械加工表面质量及其控制 3 3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施 机械制造工艺学 10 概述机械加工过程中产生的塑性变形 使晶格扭曲 畸变 晶粒间产生滑移 晶粒被拉长 这些都会使表面层金属的硬度增加 统称为冷作硬化 或称为强化 评定冷作硬化的指标 1 表层金属的显微硬度HV2 硬化层深度h m 3 硬化程度N 11 3 3 1加工表面层的冷作硬化 式中HV0为工件内部材料的硬度 切削加工表面冷作硬化的影响因素 切削用量影响f 塑性变形 冷硬程度 v 冷硬程度 力作用时间 温度 弱化 切削深度影响不大 刀具影响r 冷硬程度 后刀面磨损 冷硬程度 其他几何参数影响不明显 工件材料的影响材料塑性 冷硬倾向 12 3 3 1加工表面层的冷作硬化 磨削加工表面冷作硬化的影响因素 工件材料材料塑性 冷硬倾向 材料导热性 冷硬倾向 磨削用量ap 塑性变形 冷硬程度 v 每磨粒切削厚度 弱化作用 冷硬程度 工件转速 作用时间 弱化作用 冷硬程度 f 每磨粒切削厚度 切削力 弱化 冷硬 砂轮粒度砂轮粒度号 每粒载荷 冷硬程度 砂轮硬度 组织影响不显著 13 3 3 1加工表面层的冷作硬化 磨削烧伤工件表层温度达到或超过金属材料相变温度时 表层金相组织 显微硬度发生变化 并伴随残余应力产生 同时出现彩色氧化膜 磨削裂纹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 磨削烧伤与磨削裂纹的控制合理选择砂轮 较软 弹性结合剂 浸润滑剂 合理选择磨削用量 减小ap 增大ft 增大vw 改善冷却条件 14 3 3 2磨削烧伤和磨削裂纹 切削用量v 残余应力 45钢 切削热起主导作用 f 残余应力 切削深度影响不显著 刀具前角 残余拉应力 刀具磨损 残余应力 工件材料材料塑性 残余应力 铸铁等脆性材料易产生残余压应力 15 3 3 3表面层金属的残余应力 图3 31滚压加工原理图 喷丸强化利用大量快速运动珠丸打击工件表面 使工件表面产生冷硬层和压应力 提高疲劳强度 用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件 如齿轮 板弹簧 螺旋弹簧 焊缝等 滚压加工利用淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠 在常温状态挤压金属表面 使凸起部分下压 凹下部分上凸 修正工件表面的微观几何形状 形成压缩残余应力 提高耐疲劳强度 16 3 3 4表面强化工艺 第3章机械加工表面质量及其控制 3 4机械加工过程中的振动 机械制造工艺学 17 机械加工过程中振动的危害 影响加工表面粗糙度 振动频率较低时会产生波度 影响机床 夹具的使用寿命 加速刀具磨损 易引起崩刃 产生噪声污染 危害操作者健康 影响生产效率 机械加工过程中振动的类型自由振动 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 由于系统中总存在阻尼 自由振动将逐渐衰弱 对加工影响不大 18 3 4 1概述 强迫振动产生原因 由外界周期性的干扰力 激振力 作用引起 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 强迫振动的特征 频率特征 与干扰力的频率相同 或是干扰力频率整倍数 幅值特征 与干扰力幅值 工艺系统动态特性有关 当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时 产生共振 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 19 3 4 2机械加工过程中的强迫振动 自激振动的概念 在没有周期性外力作用下 由系统内部激发反馈产生的周期性振动 自激振动过程可用传递函数概念说明 自激振动的特征 自激振动是一种不衰减振动 自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率 自激振动能否产生及振幅的大小取决于振动系统在每一个周期内获得和消耗的能量 20 3 4 3机械加工过程中的自激振动 自激振动机理再生机理 切削过程 由于偶然干扰 使加工系统产生振动并在加工表面上留下振纹 第二次走刀时 刀具将在有振纹的表面上切削 使切削厚度发生变化 导致切削力周期性地变化 产生自激振动 21 3 4 3机械加工过程中的自激振动 产生条件 a b c 系统无能量获得 d y滞后于y0 即0 此时切出比切入半周期中的平均切削厚度大 切出时切削力所作正功 获得能量 大于切入时所作负功 系统有能量获得 产生自激振动 振型耦合机理 将车床刀架简化为两自由度振动系统 等效质量m用相互垂直的等效刚度分别为k1 k2两组弹簧支撑 设x1为低刚度主轴 22 3 4 3机械加工过程中的自激振动 自激振动的产生 k1 k2 x1与x2无相位差 轨迹为直线 无能量输入 k1 k2 x1超前x2 轨迹d c b a为一椭圆 切入半周期内平均切削厚度比切出半周期内的大 系统无能量输入 k1 k2 x1滞后于x2 轨迹为一顺时针方向椭圆 即 a b c d 此时 切入半周期内的平均切削厚度比切出半周期内的小 有能量获得 振动能够维持 消除或减弱产生强迫振动的条件 减小机内干扰力的幅值 调整振源的频率 一般要求 23 3 4 4机械加工振动的防治 式中f和fn分别为振源频率和系统固有频率 隔振消除或减弱产生自激振动的条件 调整振动系统低刚度主轴的位置 图3 39两种尾座结构 减小切削或磨削时的重叠系数 24 3 4 4机械加工振动的防治 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 减小重叠系数方法增加主偏角 增大进给量 增加切削阻尼 例采用倒