第9章已加工表面质量

教学内容 教学重点 第9章已加工表面质量 金属切削原理与刀具第10讲 已加工表面质量的形成过程及衡量指标 各项指标对材料使用性能的影响 表面粗糙度的形成过程及影响因素 加工硬化残余应力的影响因素及控制措施 第三变形区 第一变形区 工件上 H被圆刃口下方挤压 9 1已加工表面的形成过程 r 已加工表面内组织纤维化弹性恢复高度为 h 后面的磨损带与已加工面摩擦与挤压 2衡量指标 表面粗糙度表层硬化程度及硬化深度表层金相组织变化残余应力 9 2已加工表面质量概述 表层物理机械性能 表层加工硬化 表层残余应力 表面微观几何形状 表面粗糙度表面波度 纹理方向 伤痕 划痕裂纹砂眼 1检测项目 一已加工表面质量概述 初期磨损快 明显 表面粗糙度值Ra影响 表面硬化 控制 0 1 0 5 mm硬度高耐磨性高 提高Ra形成高点 干磨擦磨损快 表面光滑润滑油无法进入接触面 易产生粘结性磨损 二表面质量对产品使用性能的影响 高精度零件建立薄层油膜 Ra最佳值 0 32 1 25 m Ra0 16 0 04纹理与相对运动方向相近 1对零件耐磨性的影响 表面粗糙度值Ra 初期磨损量 0大 纹理选圆弧状凹坑状 提高耐磨性 经跑合进入正常磨损阶段 应力作用 加工硬化 提高表面粗糙度Ra值使应力集中加大疲劳强度降低 拉应力使疲劳强度降低 组织紧密程度 细密使疲劳强度提高 2表面质量对零件疲劳强度影响 表层热膨胀塑变冷却受阻拉应力 应力集中区尤其明显 挤压摩擦产生残余压应力 滚压 精车疲劳强度提高20 80 适度可提高疲劳强度 压应力使疲劳强度提高 40CrNiMoA轴孔边缘抛光疲劳强度提高30 4Cr14Ni14W2Mo件Ra0 32降至Ra0 04疲劳强度下降25 过高疲劳强度降低 易出现裂纹与剥落现象 凹陷处杂质易产生化学反应形成原电池产生电化学腐蚀 表面压应力有利于提高耐蚀性 表面粗糙度值 耐蚀性 3表面质量对零件耐蚀性影响 Ra值与配合性质的影响 静配合实际过盈量 对高精度配合要求 轴有效尺寸 轴实测直径 Rz 50mm Rz 0 10 0 15 4表面质量对零件配合性质影响 Rz 微观不平度平均高度 过盈配合变成过渡配合 间隙配合 静配合变成动配合 提高Ra接触刚度 联接牢固性与位置准确度降低 孔有效尺寸 孔实测直径 Rz 18mm Rz 0 20 0 25 18 50mm Rz 0 15 0 20 尺寸公差 1零件宏观几何形状误差 表面粗糙度波长 波高 50 9 3表面粗糙度 波度波长 波高 50 1000 平面度波长 波高 1000 一表面几何质量衡量指标 轮廓仪测量 理论粗糙度 直线刃车刀 残留面积 圆弧刃车刀 残留面积 减少理论Ra方法 脆性材料或高速切塑性材料接近理论Ra 二实际Ra的影响因素 1积屑瘤影响 积屑瘤切入工件 2鳞刺影响 突出形态 塑性材料切削加工 45钢vc 32m min 突出形态 表面粗糙不平 低 C大f 严重摩擦和挤压 保护刀尖脱落加剧刀具磨损 增大前角降低切削力 不稳定影响表面质量 崩刃复映 4振动影响 Ra增大 3刀具磨损 后面磨损 刀具后面磨损 后面磨损 损坏刀具影响健康 影响机床精度 刃口毛剌微小裂口崩刃 刀尖微崩 切削力波动 纵向振纹 前角 o c大于50m min影响很小 1刀具几何参数对Ra影响与控制 刀面与刀刃控制 刀具磨纯后Rz增长50 60 刃口与r 应光滑无缺陷 刀刃前后刀面Ra应比加工面Ra小1 2级 硬质合金刀片应抛光Ra0 63 0 62 在刀具寿命许可条件下取大值 低速 o增大Ra减小宜于精加工 三对Ra影响与控制 一般采取减小 r 易引起振动 r Ramax小 Fp增大 适用刚性工艺系统 其中增大r 最有效 生产中用减小及加修光刃减小Ramax 据Ramax可近似确定 后角 o 生产中用 o 0o挤压光整加工 提高表层硬度和疲劳强度 精加工 o适当增大 o 8o 增大 o减小已加工表面的摩擦硬化鳞剌 Ra达2 5 0 125 m 用高精度高刚度机床 浇注润滑性能好切削液 较低uc较小ap 其它措施 2切削用量对Ra的影响 低速变形大易产生积屑瘤 鳞剌 中速积屑瘤高度达到最大值 高速可获得较小表面粗糙度 高速钢 c 0 1m s 硬质合金 c 1 6m s 控制方法 选用切削液 减小f提高刀具刃磨质量 优选高速 中低速选较大 o c选取应避开产生积屑瘤和鳞刺 减小f优点 切削刃r 对加工表面挤压加剧硬化严重 减小f缺点 降低Ra抑制积屑瘤 鳞剌不易产生振纹 最大缺点是降低生产效率 f推荐值 f选取适当减小避开 0 15 0 05 m 硬质合金f不宜小于0 05mm r 改善f小影响生产率措施 提高 c选用较小 r磨出b r 一般来说切削深度对加工表面粗糙度影响不明显 ap选取控制 0 02 0 03 mm 在实际切削中可以忽略不计 否则不能维持正常切削 工件材料韧性好 塑性大对Ra要求低 减小切削加工Ra措施 前工序表面中留有冷硬层要超过切削加工深度Ra 3工件材料对Ra的影响及控制 精加工前对工件进行调质处理提高硬度降低塑性 精加工前安排细化晶粒的热处理工序 工件材料与刀具材料间的摩擦系数 刀具材料的耐磨性 刀具材料的刃磨质量 适用 中低速切削 工件材料与刀具材料间的亲合程度 高速钢 优点 刃磨时较易获得锋利刀刃和光整平面 4刀具材料对Ra的影响及选用 精加工 切削用量与切削液相配合 Ra0 125 2 5 m 选用要点 刀具材料对Ra的影响 硬质合金 立方氮化硼与金刚石刀具 适用 机床精度和工艺系统刚度良好条件下高速切削 特点 不出现粘屑 涂层硬质合金陶瓷材料 高温时 表面摩擦系数小高抗粘结能力 易获得高刃磨质量可保持持久切削刃锋利 钢Ra0 80 0 40 m 精加工Ra 0 1 0 05 m 铸铁Ra0 80 0 16 m 正 s配合大圆弧断屑槽流畅排屑 r取大值 减小Fp 采用低或高 c增大f减小ap 振动类型 自由振动受迫振动自激振动 刀具角度 取小ao增大后面与工件间摩擦阻尼磨消振棱 o中低速时取较大值降低Fc o h 振纹表面后继切削发生再生颤振 切削无振纹表面发生初生颤振 r 尽量取小值 综合考虑刀具寿命与表面粗糙度 切削用量 4控制振纹措施 切削液对Ra作用不明显 5合理使用切削液 较低切削速度是提高Ra的常用方法 低速时 可使用切削液控制积屑瘤 鳞刺 高速时 易被切屑流出时带走 零件转动时被甩出 P98表9 2 9 4加工硬化 1产生原因 1 3变形区刀具对塑性工件挤压摩擦 后续加工难度增大 提高应力集中现象工件表面易产生裂纹 3影响 提高零件耐磨性 抗冲击韧性下降 0 1 0 5mm 强化工件表面层的塑性变形 加工硬化 rmvb 二影响因素及控制措施 1影响因素 切削用量 f 冷硬程度 切削速度影响复杂 背吃刀量影响不大 刀具影响 r 冷硬程度 其他几何参数影响不明显 后刀面磨损影响显著 工件材料 材料塑性 冷硬倾向 力与热综合作用 增大 o o 保持切削刃锋利 选择性能良好的切削液 控制后刀面的磨损量 减轻后面的挤压摩擦 减小f 降低Fc 减小表层塑变程度 提高uc 减少刀具与工件接触时间减小塑性变形程度 切削温度上升可减小硬化程度和硬化层深度 不能过小防止切削刃纯圆部分在已加工表面挤压次数增多 2控制措施 2成因 疲劳强度 残余拉应力降低 残余压应力提高 精度稳定性 应力减弱消失使零件尺寸形状受损 3影响 蠕变作用 9 5残余应力 1特点 应力值距表层高度变化 最外层与里层符号相反 弹塑性变形 里层弹性变形恢复受塑变表层牵制产生 热塑性变形 降至室温表层收缩大里层收缩小 相变作用 达金属相变温度急冷后表层相变比容增大 内部彼此平衡但又不稳定 塑变表层收缩受到里层的牵制 表层体积膨胀受到里层牵制 一加工表面层中残余应力 二影响残余应力因素 1切削用量 u 残余拉应力 热应力主导 f 残余应力 ap影响不明显 前角 残余拉应力 后面磨损 残余拉应力 3工件材料 塑性 残余应力 刀具后刀面挤压与摩擦作用 脆性多产生残余压应力 在粗加工 半精加工之后进行时效处理 增大刀具前角和后角减小刃口圆角半径 提高切削速度vc减小背吃刀量ap