机械制造工艺学第三章 机械加工表面质量.ppt

加工表面质量及其对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层金属力学物理性能的工艺因素及其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控制,本章要点,加工表面质量的概念,3.1加工表面质量及其对使用性能的影响,已加工表面质量,表面物理力学性能的变化,表面微观几何形状特征,表面的微观几何形状特征,表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于50。表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在501000的几何形状误差纹理方向：表面刀纹的方向伤痕：加工表面个别位置出现的缺陷,3.1加工表面质量及其对使用性能的影响,表层金属的力学物理性能和化学性能变化,表面层金属的冷作硬化表面层的残余应力表面层金相组织的变化,3.1加工表面质量及其对使用性能的影响,表面质量对零件使用性能的影响,对耐磨性影响,表面粗糙度值耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性,表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性,表面粗糙度值配合质量,表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度,对耐疲劳性影响,对耐蚀性影响,对配合质量影响,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,3.1加工表面质量及其对使用性能的影响,直线刃车刀（图a）,圆弧刃车刀（图b）,影响因素：,切削加工表面的粗糙度,3.2影响表面粗糙度的因素及改进措施,切削速度影响最大：v=1050m/min范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图5-53）。,其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等,3.2影响表面粗糙度的因素及改进措施,砂轮速度vs，Ra工件速度vw，Ra磨削深度ap，Ra砂轮纵向进给f，Ra,磨削加工表面粗糙度影响因素,磨削用量影响,光磨次数，Ra,砂轮粒度，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砂轮材料，Ra砂轮精细修整，Ra,砂轮影响,其他影响因素,冷却润滑液,磨削加工表面粗糙度影响因素,机械加工中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变、晶粒间产生滑移，表层材料硬度增加的现象冷作硬化,机械加工中力的作用强化、热的作用弱化冷作硬化,冷作硬化程度可用三个指标衡量：,表层金属的显微硬度HV硬化层深度h（微米）硬化程度N,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,进给量冷硬程度切削速度影响复杂（力与热综合作用结果）切削深度影响不大,切削用量,工件材料,材料塑性冷硬倾向材料强度冷硬倾向,1、切削加工中影响表面冷作硬化的因素,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,刀具几何参数,2、切削加工中影响表面冷作硬化的因素,冷硬程度后刀面磨损量,冷硬程度变化如图成阶段性后角、主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径对冷作硬化影响不大,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,磨削速度冷硬程度（弱化作用加强）工件转速冷硬程度纵向进给量影响复杂,磨削深度冷硬程度,磨削用量,砂轮,砂轮粒度冷硬程度砂轮硬度、组织影响不显著,工件材料,材料塑性冷硬倾向材料导热性冷硬倾向,3、磨削加工中影响表面冷作硬化的因素,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,回火烧伤：磨削温度介于其相变温度723C和马氏体转变温度300C之间马氏体回火转变淬火烧伤：磨削温度超过其相变温度723C+急冷二次淬火退火烧伤：磨削温度超过其相变温度723C+不冷却退火,机械加工过程中加工区域温度达到或超过工件材料相变温度时，金相组织会发生变化（主要指磨削）磨削烧伤（淬火钢）,表层金属金相组织变化,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,烧伤表现：彩色氧化膜残余应力微裂纹,磨削烧伤与磨削裂纹的控制,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,合理选择砂轮,根据工件材料、磨削性质选择砂轮的硬度、结合剂和组织,合理选择磨削用量,合理选择磨削过程的ap、ft、vw、vs,改善冷却条件,内冷却、喷汽冷却、强制冷却等,磨削烧伤与磨削裂纹的控制,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,内冷却砂轮,内冷却砂轮,开槽砂轮a）槽均匀分布b）90度内变距开槽,选择开槽砂轮,3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施,残余应力产生的原因,表层材料形状变化、体积变化、金相组织变化时将在表层材料与基体间产生相互平衡的残余应力,1)机械加工中表层材料的塑性变形外压内拉2)磨削温度造成表层材料的塑性变形外拉内压,v残余应力（热起主导作用）,切削用量,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,磨削用量的影响,背吃刀量ap、砂轮速度vs工件的转速vw和进给f1,工件材料,强度、导热性、塑性残余拉应力,热变形和塑性变形对残余应力影响很大,热因素起主导作用残余拉应力,塑性变形起主导作用残余压应力,淬火烧伤时，金相组织变化起主导作用残余压应力,ap对残余应力的影响,磨削工业铁和T8的残余应力,各种加工方法在工件表面残余的内应力,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，将凸起部分下压下，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,利用珠丸高速打击工件表面,使工件表面产生冷硬层和压应力,提高疲劳强度,喷丸强化,滚压加工原理图,用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件，例如板弹簧、螺旋弹簧、齿轮、焊缝等,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生产效率加速刀具磨损，易引起崩刃影响机床、夹具的使用寿命产生噪声污染，危害操作者健康,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。由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。,3.4机械加工过程中的振动,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,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。,3.4机械加工过程中的振动,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（图4-72）,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对比情况（图4-73）。,3.4机械加工过程中的振动,减小机内干扰力的幅值调整振源的频率，一般要求：,调整振动系统小刚度主轴的位置（图4-76）,消除或减弱产生强迫振动的条件,式中f和fn分别为振源频率和系统固有频率,隔振,图4-76两种尾座结构,（4-33）,3.4机械加工过程中的振动,减小切削或磨削时的重叠系数（图4-77）,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。,（4-34）,3.4机械加工过程中的振动,减小重叠系数方法,增加切削阻