学习情境零件加工质量分析PPT课件

1 学习情境五 零件加工质量分析 项目一 机械加工精度 2 任务一 机械加工的几何参数 机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿命 机械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的 1 工件质量 包括加工精度和表面质量两个方面 2 加工精度 工件加工后几何参数与图纸规定的理想零件的几何参数符合的程度 3 几何参数 尺寸 形状 位置 3 任务二 机械加工后的表面质量 1 表面层的几何形状1 表面粗糙度 是指表面微观几何形状误差 其波高与波长的比值在L1 H1 40的范围内 表面波度 是介于加工精度 宏观几何形状误差L3 H3 1000 和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差 其波高与波长的比值在40 L H 1000的范围 4 任务二 机械加工后的表面质量 图1 5 任务二 机械加工后的表面质量 2 表面层的物理机械性能1 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 2 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 3 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 6 任务二 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1 在摩擦副的材料 热处理情况和润滑条件已经确定的情况下 零件的表面质量对耐磨性能起决定性的作用 2 零件磨损一般可分为三个阶段 初期磨损阶段 正常磨损阶段和剧烈磨损阶段 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大 一般说表面粗糙度值愈小 其磨损性愈好 但表面粗糙度值太小 润滑油不易储存 接触面之间容易发生分子粘接 磨损反而增加 因此 接触面的粗糙度有一个最佳值 其值与零件的工作情况有关 工作载荷加大时 初期磨损量增大 表面粗糙度最佳值也加大 7 任务二 机械加工后的表面质量 3 表面粗糙度对耐磨性能的影响 还与粗糙度的轮廓形状及纹路方向有关 1 表面层的冷硬可显著地减少零件的磨损 但如果表面硬化过度 零件心部和表面层硬度差过大 会发生表面层剥落现象 使磨损加剧 表面层产生金相组织变化时 由于改变了基体材料原来的硬度 因而也直接影响其耐磨性 2 加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高 故一般可使耐磨性提高 但也不是冷作硬化程度愈高 耐磨性就愈高 这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松 甚至出现裂纹和表层金属的剥落 使耐磨性下降 8 任务二 机械加工后的表面质量 3 表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量 对于间隙配合 粗糙度值大会使磨损加大 间隙增大 破坏了要求的配合性质 对于过盈配合 装配过程中一部分表面凸峰被挤平 实际过盈量减小 降低了配合件间的连接强度 9 任务二 机械加工后的表面质量 三 对零件疲劳强度的影响1 在周期性的交变载荷作用下 零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象 而且表面粗糙度值越大 即凹陷越深和越尖 应力集中越严重 越容易形成和扩展疲劳裂纹而造成零件的疲劳损坏 2 零件表面的冷硬层能够阻碍裂纹的扩大和新裂纹的出现 冷硬可以提高零件的疲劳强度 但冷硬层过深或过硬则容易产生裂纹 反而会降低疲劳强度 所以冷硬要适当 10 任务二 机械加工后的表面质量 3 表面层的内应力对疲劳强度的影响很大 表面层残余的压应力能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力 延缓疲劳裂纹扩展 而残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹而降低疲劳强度 11 任务二 机械加工后的表面质量 四 对零件抗腐蚀性能的影响1 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四处而发生化学腐蚀 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 2 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 12 任务二 机械加工后的表面质量 五 机械加工后的表面粗糙度1 切削加工时表面粗糙度的形成 大致可归纳为三方面的原因 几何因素 物理因素和工艺系统的振动 1 几何因素形成粗糙度的几何因素是由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 2 物理因素切削加工后表面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 13 任务二 机械加工后的表面质量 3 切削用量 冷却润滑液和刀具材料等因素的影响 2 磨削加工后的表面粗糙度 为了降低表面粗糙度值 应考虑以下主要影响因素 砂轮的粒度 砂轮的修整 砂轮速度 工件速度 径向进给量 轴向进给量 影响磨削后表面粗糙度的因素也可归纳为三方面 1 与磨削过程和砂轮结构有关的几何因素 砂轮上磨粒的微刃形状和分布对于磨削后的表面粗糙度是有影响的 14 任务二 机械加工后的表面质量 2 与磨削过程和被加工材料塑性变形有关的物理因素 大多数磨粒只有滑擦 耕犁作用 磨削量是经过很多后继磨粒的多次挤压因疲劳而断裂 脱落 所以加工表面的塑性变形很大 表面粗糙度值就大 3 工艺系统的振动因素 15 任务二 机械加工后的表面质量 六 机械加工后的表面层物理机械性能1 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 其中N H H0 H0为原来的显微硬度 16 图2 17 任务二 机械加工后的表面质量 2 表面层冷作硬化的程度的影响因素表面层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力 变形速度及变形时的温度 力越大 塑性变形越大 则硬化程度越大 速度越大 塑性变形越不充分 则硬化程度越小 变形时的温度不仅影响塑性变形程度 还会影响变形后金相组织的恢复程度 机械加工时表面层的冷作硬化就是强化作用和回复作用的综合结果 切削温度越高 高温持续时间越长 强化程度越大 则回复作用也就越强 18 任务二 机械加工后的表面质量 2 影响冷作硬化的主要因素 1 刀具的切削刃口圆角和后刀面的磨损量对于冷硬层有很大的影响 此两值增大时 冷硬层深度和硬度也随之增大 前角减少时 冷硬也增大 2 被加工材料硬度愈低 塑性愈大 切削后的冷硬现象愈严重 19 任务二 机械加工后的表面质量 3 切