加工表面质量及其控制1.ppt

,第三章机械加工表面质量,3-1加工表面质量及其对使用性能的影响3-2影响加工表面粗糙度的工艺因素及改进3-3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及改进3-4机械加工过程中的振动,零件表面质量,表面质量的含义（内容）,3.1加工表面质量及其对使用性能的影响,3.1.1对耐磨性的影响,1.粗糙度对耐磨性影响,表面粗糙度与初期磨损量的关系,2.表层冷作硬化对耐磨性影响,表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧；表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易造成干摩擦而加剧磨损。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也随之右移。,（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响,加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。,3.1.2对耐疲劳性的影响,1.粗糙度对耐疲劳性影响,2.表层冷作硬化对耐疲劳性影响,2表面质量对零件疲劳强度的影响,（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。,（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度。残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。,3.1.3对耐腐蚀性的影响,1.粗糙度对耐腐蚀性影响,2.表层残余应力对耐腐蚀性影响,4表面质量对零件耐腐蚀性能的影响,（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性。表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。,表面质量对零件使用性能的影响小结：,第二章机械加工表面质量,3-1加工表面质量及其对使用性能的影响3-2影响加工表面粗糙度的工艺因素及改进3-3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及改进3-4机械加工过程中的振动,3.2影响加工表面粗糙度的工艺因素及改进,3.2.1切削加工的表面粗糙度,由国家标准规定的表面粗糙度定义，轮廓的算术平均偏差：,H,f,1刀具几何形状,尖刃车刀,3.2.2切削加工的表面粗糙度,r,H,f,圆弧刃车刀,直线刃车刀（a）,圆弧刃车刀（b）,切削残留面积的高度：,实际轮廓,理论轮廓,2物理因素,（1）塑性变形,（2）在切削过程中出现刀瘤,鳞刺等物理现象,积屑瘤,I.抹拭,II.沉积,III.导裂,IV.刮成,鳞刺的形成过程,鳞刺,在物理因素方面，降低表面粗糙度主要措施，即消除积屑瘤和鳞刺的措施。,二.磨削加工的表面粗糙度,磨削加工与切削加工比较，有许多特点，主要表现在：,影响磨削表面粗糙度的因素是：,1砂轮方面,（1）砂轮的磨粒,（2）砂轮硬度,磨粒号,Ra值,硬度,难脱落,Ra值,硬度,易脱落,不易保持形状,Ra值,（3）砂轮的修整,影响磨削表面粗糙度的因素是：,2物理方面,（1）磨削用量,砂轮的转速材料塑性变形表面粗糙度值；,工件速度v工表面粗糙度Ra,磨削深度ap表面粗糙度Ra,不同的磨粒，其锋利程度、硬度不同。砂轮磨粒材料种类很多，可分为三大系，即：氧化物系（刚玉类）碳化物系（碳化硅、碳化硼等）高硬磨粒系,（2）磨粒的材料,影响磨削加工表面粗糙度的因素,影响磨削加工表面粗糙度的因素,砂轮粒度,砂轮修正,磨削用量,砂轮硬度,第二章机械加工表面质量,3-1加工表面质量及其对使用性能的影响3-2影响加工表面粗糙度的工艺因素及改进3-3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及改进3-4机械加工过程中的振动,表面物理力学性能,3-3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及改进,3-3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及改进,3.3.1表面层的冷作硬化,(1)加工硬化（或冷作硬化）定义,(2)衡量表面层加工硬化的指标表面层的显微硬度H；硬化层深度h；硬化程度N,HR0：工件原表面层的显微硬度。,3.3.1表面层的冷作硬化,(3)影响切削加工冷作硬化的主要因素,刀具切削用量工件材料,刀刃钝圆半径，冷作硬化后刀面磨损，冷作硬化,3.3.1表面层的冷作硬化,(3)影响切削加工冷作硬化的主要因素,刀具切削用量工件材料,刀刃钝圆半径，冷作硬化后刀面磨损，冷作硬化,切削速度，分两种情况讨论进给量，冷作硬化。,3.3.1表面层的冷作硬化,(3)影响切削冷作硬化的主要因素,刀具切削用量工件材料,刀刃钝圆半径，冷作硬化后刀面磨损，冷作硬化,切削速度，切削温度，冷作硬化进给量，冷作硬化,硬度，冷作硬化塑性，冷作硬化,3.3.2表面层残余应力,（1）表面残余应力产生机理,机理,a.冷塑性变形,b.热塑性变形,c金相组织变化的影响,3.3.2表面层的残余应力,(2)影响切削加工残余应力的主要因素,刀具前角切削用量工件材料,3.3.2表面层的残余应力,(3)影响磨削加工残余应力的主要因素,工程材料磨削用量,表面颜色与烧伤之间的关系：黑青淡青米黄淡黄,3.3.3加工表面的金相组织的变化,1磨削烧伤,淬火烧伤,回火烧伤,退火烧伤,磨削时工件表面温度超过相变临界温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄，表面层总的硬度是降低的，这种现象称为淬火烧伤。,磨削时，如果工件表面层温度只是超过原来的回火温度，则表层原来的回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），这种现象称为回火烧伤。,磨削时，当工件表面层温度超过相变临界温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。硬度和强度均大幅度下降。这种现象称为退火烧伤。,2.磨削烧伤的三种形式,3.磨削烧伤,裂纹的控制措施,(1)正确选择砂轮,(2)合理选择磨削用量,(3)改善冷却条件,3.磨削烧伤,裂纹的控制措施,(3)改善冷却条件,1、采用高压大流量冷却，冲刷砂轮，加强冷却；,2、在砂轮上安装空气挡板，消除附着气流；,3.磨削烧伤,裂纹的控制措施,(3)改善冷却条件,1、采用高压大流量冷却，冲刷砂轮，加强冷却；,2、在砂轮上安装空气挡板，消除附着气流；,3、利用砂轮孔隙实现内冷却；,4、选用开槽砂轮。,图内冷却装置1锥形盖2通道孔3砂轮中心孔4有径向小孔的薄壁套,图开槽砂轮a）槽均匀分布b）槽不均匀分布,1喷丸强化,3.3.4提高表面层物理力学性能的加工方法,1喷丸强化,3.3.4提高表面层物理力学性能的加工方法,2滚压加工,3.3.4提高表面层物理力学性能的加工方法,单滚柱滚压,滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。,第二章机械加工表面质量,3-1加工表面质量及其对使用性能的影响3-2影响加工表面粗糙度的工艺因素及改进3-3影响表层金属力学物理性能的工艺因素及改进3-4机械加工过程中的振动,3.4机械加工过程中的振动,振动频率高表面粗糙度值增大；振动频率低产生波度。,振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动使机床连接部分松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度；强烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操作者的身心健康。为减小加工过程中的振动，有时不得不降低切削用量，使机械加工生产率降低。,3.4.1强迫振动,强迫振动的原因由外界具有一定频率的周期性变化的激振力所引起的振动，称为强迫振动。,系统外部的周期性干扰力旋转零件的质量偏心传动机构的缺陷切削过程的间隙特性,I.强迫振动是由周期性干扰力引起的，不会被阻尼衰减掉，振动本身也不能使干扰力变化。II.强迫振动的振动频率与外界干扰力的频率相同，而与系统的固有频率无关。III.强迫振动的幅值既与干扰力的幅值有关，又与工艺系统的特性有关。,当外界干扰力的频率接近或等于工艺系统的固有频率时，就会引起共振现象，这时振幅极大，对工艺系统的危害极其严重。,强迫振动的特点,消除强迫振动的途径(1)消振与隔振；(2)消除回转零件的不平衡；(3)提高传动件的制造精度；(4)提高系统刚度，增加阻尼。,3.4.2自激振动1.定义,自激振动的原因由加工系统本身引起交变切削力反过来加强和维持自身振动的现象。,自激振动的特点1)自激振动是一种不衰减的振动。2)自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率3)自激振动能否产生以及振幅的大小，决定于每一振动周期内系统所获得的能量与所消耗的能量的对比情况。4)自激振动的形成和持续，是由于过程本身产生的激振和反馈作用。,2产生自激振动的条件,图单自由度机械加工振动模型a）振动模型b）力与位移的关系图,三种情况：,W振出=W振入+W摩阻（振入）时，系统有稳幅的自激振动；W振出W振入+W摩阻（振入）时，系统为振幅递增的自激振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动；W振出W振入+W摩阻（振入）时，系统为振幅递减的自激振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动；,故振动系统产生自激振动的基本条件是：,W振出W振入,1）再生颤振原理,2产生自激振动的机理,图再生颤振时振纹相位角与平均切削厚度的关系a）=0b）=c）0-,结论