机械制造工艺与机床夹具实用教案

1、会计学1机械制造机械制造(j xi zh zo)工艺与机床夹具工艺与机床夹具第一页，共55页。亚共析钢亚共析钢（F+PF+P） 过共析钢（过共析钢（P+FeP+Fe3 3C C）共晶共晶(n jn)白口铸铁（白口铸铁（Ld）亚共晶亚共晶(n jn)(n jn)白口铸铁（白口铸铁（ P+Fe3C+Ld P+Fe3C+Ld ）第1页/共54页第二页，共55页。第2页/共54页第三页，共55页。本节内容本节内容(nirng)一、表面质量的含义一、表面质量的含义(hny)二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响第3页/共54页第四页，共55页。一、表面质量的含义一、表面质量的含

2、义(hny)指机器零件指机器零件(ln jin)加工后表面层的状态。包括两加工后表面层的状态。包括两部分：部分：（1）表面层的几何形状）表面层的几何形状(xngzhun)特征特征 表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度指加工表面的微观几何形状误差，波长指加工表面的微观几何形状误差，波长/ /波幅波幅50，由由刀具形状、切削过程中塑性变形及振动等引起。刀具形状、切削过程中塑性变形及振动等引起。介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。50波长波长/ /波波幅幅1000，由工艺系统的低频振动引起。由工艺系统的低频振动引起。第4页/共54页第五页，共5

3、5页。表面粗糙度的放大(fngd)状况第5页/共54页第六页，共55页。形状形状(xngzhun)误差、表面波度及表面粗糙度误差、表面波度及表面粗糙度第6页/共54页第七页，共55页。（2）表面层的物理）表面层的物理(wl)力学性力学性能能表面层冷作硬化表面层冷作硬化(ynghu)（简称冷硬）（简称冷硬）表面层金相组织表面层金相组织(zzh)的变化的变化表面层残余应力表面层残余应力零件在机械加工中表面层金属产生强烈的零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。由于由于切削热切削热引起工件表面温升过高，表

4、面层金属发生金相组织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。变化的现象。由于加工过程中由于加工过程中切削变形和切削热切削变形和切削热的影响，工件表面层产的影响，工件表面层产生残余应力。生残余应力。第7页/共54页第八页，共55页。第8页/共54页第九页，共55页。二、表面质量对零件二、表面质量对零件(ln jin)使用性能使用性能的影响的影响1 1、表面质量对零件、表面质量对零件(ln jin)(ln jin)耐耐磨性的影响磨性的影响表面表面(biomin)粗粗糙度糙度表面粗糙度值很大：表面粗糙度值很大：实际接触面积小，初期磨损量大；实际接触面积小，初期磨损量大；表面粗糙度太小

5、：表面粗糙度太小：干摩擦，磨损量大；干摩擦，磨损量大；第9页/共54页第十页，共55页。冷作冷作(ln zu)硬化硬化适度硬化可显著地减少零件的磨损适度硬化可显著地减少零件的磨损(m sn)。但如果表面硬化过。但如果表面硬化过度，会使磨损度，会使磨损(m sn)加剧。加剧。第10页/共54页第十一页，共55页。2 2、表面质量对零件、表面质量对零件(ln jin)(ln jin)疲劳疲劳强度的影响强度的影响表面表面(biomin)粗糙度粗糙度表面层加工硬化表面层加工硬化表面层残余表面层残余(cny)应力应力应力集中，表应力集中，表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差。面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能

6、力越差。适度的硬化会提高疲劳强度，但过大易产生裂纹。适度的硬化会提高疲劳强度，但过大易产生裂纹。残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展。残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展。第11页/共54页第十二页，共55页。3 3、表面质量对零件、表面质量对零件(ln jin)(ln jin)耐腐蚀耐腐蚀性能的影响性能的影响表面表面(biomin)粗糙度粗糙度表面层残余表面层残余(cny)应力应力表面腐蚀过程示意图零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。腐蚀作用越强烈。 RaRa值值，耐腐蚀性，耐腐蚀性残余压应力

7、，耐腐蚀性残余压应力，耐腐蚀性 残余拉应力，耐腐蚀性残余拉应力，耐腐蚀性 第12页/共54页第十三页，共55页。4 4、表面质量对零件配合、表面质量对零件配合(pih)(pih)性质的性质的影响影响一定一定(ydng)的精度应有相应的表面粗糙度；的精度应有相应的表面粗糙度；实验实验(shyn)(shyn)研究表明：研究表明：零件尺寸大于零件尺寸大于50mm50mm时，推荐：时，推荐：Ra=(0.1-0.15)TRa=(0.1-0.15)T零件尺寸在零件尺寸在18-50mm18-50mm时，推荐：时，推荐： Ra=(0.15-0.20)T Ra=(0.15-0.20)T零件尺寸小于零件尺寸小于1

8、8mm18mm时，推荐：时，推荐： Ra=(0.20-0.25)T Ra=(0.20-0.25)T表面比较粗糙时，轮廓峰在工作中被逐渐磨掉，零件尺寸发生表面比较粗糙时，轮廓峰在工作中被逐渐磨掉，零件尺寸发生变化，进而影响到配合性质。变化，进而影响到配合性质。第13页/共54页第十四页，共55页。零件零件(ln jin)表面质量表面质量对疲劳强度的影对疲劳强度的影响响(yngxing)对零件对零件(ln jin)配合的影配合的影响响对耐腐蚀性能的对耐腐蚀性能的影响影响对耐磨性的影响对耐磨性的影响适度冷硬、残余压应力能提高适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度疲劳强度粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大

9、，疲劳强度越差适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力，耐腐蚀性压应力，耐腐蚀性 ，拉应力反之，拉应力反之一定的精度要求相对应的表面粗糙度一定的精度要求相对应的表面粗糙度第14页/共54页第十五页，共55页。本节内容本节内容(nirng)一、影响一、影响(yngxing)表面粗表面粗糙度的因素糙度的因素二、影响表面物理力学性能的工艺因素二、影响表面物理力学性能的工艺因素第15页/共54页第十六页，共55页。一、影响一、影响(yngxing)表面粗糙表面粗糙度的因素度的因素几何几何(j h)因素

10、因素物理物理(wl)因素因素1 1、切削加工中影响表面粗糙度的因素、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削刃与工件相对运动轨迹所形成的表面粗糙度切削刃与工件相对运动轨迹所形成的表面粗糙度与工件材料性质及切削机理有关的因素与工件材料性质及切削机理有关的因素第16页/共54页第十七页，共55页。车刀车刀(ch do)切削部分的结构切削部分的结构要素要素第17页/共54页第十八页，共55页。几何几何(j h)因素因素尖刀尖刀(jindo)切切削时削时rrfHcotcot带圆角半径带圆角半径(bnjng)的的刀切削时刀切削时28fHr切削层残留面积切削层残留面积减小减小f 、r 、r及加大及加大r ，可减

11、小残留面积的高度。，可减小残留面积的高度。第18页/共54页第十九页，共55页。刀尖圆弧半径、进给量对表面刀尖圆弧半径、进给量对表面(biomin)粗糙粗糙度的影响度的影响第19页/共54页第二十页，共55页。物理物理(wl)因素因素工件工件(gngjin)材质材质切削速度切削速度加工加工(ji gng)脆性材料时，切削速度对于粗糙度影脆性材料时，切削速度对于粗糙度影响不大；响不大；加工加工(ji gng)塑性材料时，积屑瘤对粗糙度影响很塑性材料时，积屑瘤对粗糙度影响很大。大。工件材质韧性、塑性工件材质韧性、塑性 ，Ra Ra ；工件材质晶粒越均匀，颗粒越细小，工件材质晶粒越均匀，颗粒越细小，

12、Ra Ra 。受纯几何因素的影响受纯几何因素的影响刀具材料刀具材料刀具越硬，越耐磨，刀具越硬，越耐磨，Ra Ra 第20页/共54页第二十一页，共55页。改善工件改善工件(gngjin)材料性能（正材料性能（正火、调质）火、调质）选择选择(xunz)合适的切削速度合适的切削速度冷却冷却(lngqu)润滑润滑第21页/共54页第二十二页，共55页。2 2、磨削加工中影响表面、磨削加工中影响表面(biomin)(biomin)粗糙度粗糙度的因素的因素磨削表面由砂轮磨削表面由砂轮(shln)上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽所形成。上大量的磨粒刻划出的无数极细的沟槽所形成。单位面积上刻痕越多，刻痕的

13、等高性越好，则粗糙度值越小。单位面积上刻痕越多，刻痕的等高性越好，则粗糙度值越小。第22页/共54页第二十三页，共55页。磨粒上的微刃磨粒上的微刃砂轮砂轮(shln)的修整的修整砂轮修整砂轮修整(xizhng)质量越高，质量越高，磨削表面质量越好。磨削表面质量越好。砂轮砂轮(shln)的的粒度粒度砂轮粒度砂轮粒度表面粗糙度表面粗糙度RaRa常取常取46-6046-60号。号。第23页/共54页第二十四页，共55页。砂轮砂轮(shln)速度速度工件工件(gngjin)速度速度砂轮速度砂轮速度(sd)v(sd)v砂砂 表面粗糙度表面粗糙度RaRa工件速度工件速度v工工 表面粗糙度表面粗糙度RaRa

14、磨削用量对磨削用量对R Ra a影响的经验公式：影响的经验公式：第24页/共54页第二十五页，共55页。磨削磨削(m xio)参数参数第25页/共54页第二十六页，共55页。二、影响表面物理二、影响表面物理(wl)力学性能的工艺力学性能的工艺因素因素1 1、表面层残余、表面层残余(cny)(cny)应应力力外载荷去除后，仍残存在工件表层与基体材料交界处的相互外载荷去除后，仍残存在工件表层与基体材料交界处的相互(xingh)平衡的应力称为残余应力。平衡的应力称为残余应力。产生原因：产生原因：冷态塑变冷态塑变热态塑变热态塑变金相组织变化金相组织变化切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉切削

15、后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力；伸应力；加工结束后，表层产生残余拉应力，里层产生残余压加工结束后，表层产生残余拉应力，里层产生残余压应力；应力；比容大的组织比容大的组织比容小的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。力，反之，产生压应力。第26页/共54页第二十七页，共55页。切削加工切削加工(ji gng)(ji gng)时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。层常产生残余压缩应力。机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑

16、性变形和金相组织塑性变形和金相组织(zzh)变化的综合结果。变化的综合结果。磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变化磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化，表面层常产生残余引起的体积变化，表面层常产生残余(cny)拉伸应力。拉伸应力。影响表面残余应力的主要因素影响表面残余应力的主要因素第27页/共54页第二十八页，共55页。2 2、表面层加工硬化、表面层加工硬化产生产生(chnshng)原因：原因：切削或磨削加工切削或磨削加工(ji gng)时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒被拉长、纤

17、维化而得到强化。剪切滑移，晶格扭曲，晶粒被拉长、纤维化而得到强化。特点特点(tdin)：变形抵抗力提高变形抵抗力提高( (屈服点提高屈服点提高) )，塑性降低，塑性降低 ( (相对延伸率降低相对延伸率降低) )。衡量指标：衡量指标：表面层纤维硬度表面层纤维硬度HVHV、冷硬层的深度、冷硬层的深度h、硬化程度、硬化程度N0HVHVNHV第28页/共54页第二十九页，共55页。影响影响(yngxing)加工硬加工硬化的因素化的因素切削用量的影响切削用量的影响(yngxing)刀具刀具(doj)几何形状的几何形状的影响影响工件材料性能的影响工件材料性能的影响切削刃钝圆半径切削刃钝圆半径 r r径向切

18、削分力径向切削分力表层表层金属的塑变加剧金属的塑变加剧冷硬冷硬切削速度切削速度vv塑变塑变冷硬冷硬ff切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬切削深度切削深度p p影响不大影响不大材料塑性材料塑性冷硬冷硬如：低碳钢；如：低碳钢；但有色金属的熔点低，容易弱化，冷作硬化现象比钢但有色金属的熔点低，容易弱化，冷作硬化现象比钢材轻得多。材轻得多。第29页/共54页第三十页，共55页。3 3、表面层金相组织变化与磨削、表面层金相组织变化与磨削(m xio)(m xio)烧烧伤伤磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，

19、强度和硬度降低、产生表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生(chnshng)残余应力、甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨削残余应力、甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。烧伤。淬火淬火(cu hu)烧伤烧伤三种形式三种形式回火烧伤回火烧伤退火烧伤退火烧伤磨削区温度超过相变温度，不用冷却液，工磨削区温度超过相变温度，不用冷却液，工件缓慢冷却，发生退火。件缓慢冷却，发生退火。磨削区温度超过马氏体转变温度，而未磨削区温度超过马氏体转变温度，而未达相变温度，产生回火组织。达相变温度，产生回火组织。磨削区温度超过相变温度，由于冷却液急磨削区温度超过相变温度，由于冷却液急冷，表层出现二次淬火马氏

20、体。冷，表层出现二次淬火马氏体。第30页/共54页第三十一页，共55页。黑黑青青淡青淡青(dnqng)米黄米黄淡黄淡黄表面表面(biomin)颜色与烧伤之间的关系：颜色与烧伤之间的关系：第31页/共54页第三十二页，共55页。影响磨削烧伤影响磨削烧伤(shoshng)的因素的因素磨削磨削(m xio)用量用量砂轮转速砂轮转速 磨削磨削(m xio)(m xio)烧伤烧伤径向进给量径向进给量fp fp 磨削磨削(m xio)(m xio)烧烧伤伤轴向进给量轴向进给量fafa磨削磨削(m xio)(m xio)烧伤烧伤工件速度工件速度vwvw磨削磨削(m xio)(m xio)烧伤烧伤砂轮与工件材

21、料砂轮与工件材料磨粒的切削刃锋利磨粒的切削刃锋利磨削力磨削力磨削区的温度磨削区的温度磨削导热性差的材料磨削导热性差的材料磨削烧伤磨削烧伤改善冷却条件改善冷却条件采用内冷却法采用内冷却法磨削烧伤磨削烧伤第32页/共54页第三十三页，共55页。第三节第三节 控制控制(kngzh)(kngzh)表面质量的工艺表面质量的工艺途径途径本节内容本节内容(nirng)降低降低(jingd)表面粗糙度的表面粗糙度的加工方法加工方法改善表面物理力学性能的加工方法改善表面物理力学性能的加工方法第33页/共54页第三十四页，共55页。一、降低表面粗糙度的加工一、降低表面粗糙度的加工(ji gng)方法方法精度精度(

22、jn d)(jn d)为为3 30.3 m0.3 m，粗糙度为，粗糙度为0.30.30.03m0.03m；精度精度(jn d)(jn d)为为0.30.30.03 m0.03 m，粗糙度为，粗糙度为0.030.030.005 m0.005 m；精度为精度为0.03 m，粗糙度，粗糙度优于优于0.005 m以上。以上。在高精度加工的范畴内，根据精度水平的不同，分为三个档次：在高精度加工的范畴内，根据精度水平的不同，分为三个档次：精密加工精密加工超精密加工超精密加工( (亚微米加工亚微米加工) )纳米加工纳米加工第34页/共54页第三十五页，共55页。1 1、超精密、超精密(jngm)(jngm)

23、切削和小粗糙度值磨削加切削和小粗糙度值磨削加工工超精密超精密(jngm)(jngm)切切削削微量切削微量切削(qixio)超精密设备及装备超精密设备及装备小粗糙度值磨削小粗糙度值磨削工件表面粗糙度工件表面粗糙度RaRa值低于值低于0.2m0.2m的磨削加工。的磨削加工。精密磨削、超精密磨削、镜面磨削精密磨削、超精密磨削、镜面磨削第35页/共54页第三十六页，共55页。2 2、超精加工、珩磨、研磨、超精加工、珩磨、研磨(ynm)(ynm)、抛、抛光光共同共同(gngtng)特点特点1 1）加工余量小，切削速度低）加工余量小，切削速度低2 2）对设备）对设备(shbi)(shbi)要求低，无需精要

24、求低，无需精密机床密机床3 3）降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显）降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显第36页/共54页第三十七页，共55页。超精加工超精加工用细粒度油石，以恒定压力和复杂相对运动对工件进行用细粒度油石，以恒定压力和复杂相对运动对工件进行(jnxng)微量切削。微量切削。 Ra=0.012-0.08mA A、工件低速回转运动、工件低速回转运动 B B、磨条轴向进给运动、磨条轴向进给运动 C C、磨条高速、磨条高速(o s)(o s)往复振动往复振动第37页/共54页第三十八页，共55页。珩磨珩磨(hngm)利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时做相对旋利用珩磨

25、工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时做相对旋转和直线往复运动，切除工件极小余量地一种转和直线往复运动，切除工件极小余量地一种(y zhn)精密加精密加工方法。工方法。Ra=0.025-0.2m，生产效率高。，生产效率高。加工对象加工对象(duxing)：圆柱孔：圆柱孔珩磨余量：珩磨余量：0.020.15mm珩磨孔径范围：珩磨孔径范围：15500mm，孔深径比可达，孔深径比可达1010以上以上第38页/共54页第三十九页，共55页。珩磨珩磨(hngm)第39页/共54页第四十页，共55页。研磨研磨(ynm)利用利用(lyng)研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面研磨工具和研磨剂，从工件

26、上研去一层极薄表面层的精密加工方法。层的精密加工方法。Ra=0.025-0.006m，生产效率低。，生产效率低。基本原理：通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研磨液的流动产生机械摩基本原理：通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研磨液的流动产生机械摩擦和化学作用去除擦和化学作用去除(q ch)微小加工余量。微小加工余量。可提高形状、尺寸精度，但不能提高位置精度。可提高形状、尺寸精度，但不能提高位置精度。第40页/共54页第四十一页，共55页。手工手工(shugng)研研磨外圆磨外圆在加工在加工(ji gng)表面上涂上研磨剂，再把研具套上，工件低速旋表面上涂上研磨剂，再把研具套上，工件低速旋转，转，

27、手握研具轴向往复移动。手握研具轴向往复移动。第41页/共54页第四十二页，共55页。手工手工(shugng)研研磨内圆磨内圆手工手工(shugng)研磨平面研磨平面第42页/共54页第四十三页，共55页。抛光抛光(pogung)用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转对工件进行微弱切削，用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转对工件进行微弱切削，从而降低工件表面粗糙度，提高光亮度的一种精密从而降低工件表面粗糙度，提高光亮度的一种精密(jngm)加工加工方法。方法。 Ra=0.04-0.16m原理与研磨相似，只是研具采用无纺布等软质材料原理与研磨相似，只是研具采用无纺布等软质材料(cilio)，可用于自

28、由曲面，可用于自由曲面加工。加工。不能提高尺寸、形状及位置精度，主要用于表面的修饰加工及电镀前的预加工不能提高尺寸、形状及位置精度，主要用于表面的修饰加工及电镀前的预加工。第43页/共54页第四十四页，共55页。二、改善表面二、改善表面(biomin)物理力学性能的加物理力学性能的加工方法工方法1 1、喷丸强化、喷丸强化(qinghu)(qinghu)利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力。可以用于任何复杂形状生冷硬层和压缩残余应力。可以用于任何复杂形状(xngzhun)的零件。的零件。喷丸强化喷丸强化

29、第44页/共54页第四十五页，共55页。2 2、滚压加工、滚压加工(ji (ji gng)gng)用淬硬的滚轮或钢珠在零件上进行滚压，使表层材料产生用淬硬的滚轮或钢珠在零件上进行滚压，使表层材料产生(chnshng)塑性流动，形成新的光洁表面。塑性流动，形成新的光洁表面。槽和凸肩滚压加工槽和凸肩滚压加工(ji gng)第45页/共54页第四十六页，共55页。3 3、金刚石压光、金刚石压光(y (y un)un)a)a)压光压光(y un)(y un)外圆外圆b)b)压光压光(y un)(y un)内孔内孔第46页/共54页第四十七页，共55页。第四节第四节 机械加工中的振动机械加工中的振动(z

30、hndng)(zhndng)1、影响加工、影响加工(ji gng)表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度2、加速刀具磨损，易引起崩刃、加速刀具磨损，易引起崩刃4、影响生产效率、影响生产效率3 3、影响机床、夹具的使用寿命、影响机床、夹具的使用寿命5 5、产生噪声污染，危害操作者健康、产生噪声污染，危害操作者健康第47页/共54页第四十八页，共55页。三种基本三种基本(jbn)类型类型强迫强迫(qing p)振动（振动（30%）自由自由(zyu)振动振动自激振动（自激振动（65%）仅受到初始干扰力的激励而引起仅受到初始干扰力的激励而引起的振动，靠弹性恢复力来维持

31、。的振动，靠弹性恢复力来维持。第48页/共54页第四十九页，共55页。自由(zyu)振动强迫(qing p)振动第49页/共54页第五十页，共55页。一、强迫一、强迫(qing p)振动振动指系统在周期性激振力指系统在周期性激振力( (干扰力干扰力) )持续持续(chx)(chx)作用下被迫产生作用下被迫产生的振动。的振动。产生产生(chnshng)原因原因内部振源内部振源外部振源外部振源回转零部件质量的不平衡回转零部件质量的不平衡切削时的冲击振动切削时的冲击振动其他机床、锻锤、火车、卡车等通其他机床、锻锤、火车、卡车等通过机床地基传给机床的振动。过机床地基传给机床的振动。机床传动件的制造误差和缺陷机床传动件的制造误差和缺陷第50页/共54页第五十一页，共55页。消除强迫消除强迫(qing p)振动振动的途径的途径1、减小激振力；、减小激振力；2