机械制造工艺及夹具第21次课

1、第21次课教学课型：理论课机器零件的表面质量包括哪几方面内容？为什么说零件的表面质量与加工精度对保证机器的工件性能来说具有同等重要意义？影响切削表面粗糙度的因素有哪些？试讨论如何解释题目中所给出的实际问题？上次课内容复习上次课内容复习 机械制造工艺学5-1 概 述5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学切削加工磨削加工超精研及其它加工方法5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次

2、课教学课型：理论课机械制造工艺学三、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法特 点： q没有与磨削深度相对应的用量参数，只规定加工时的压强；q工具由加工表面本身导向，与定位基准无关，机床精度要求较低；q加工精度由前面工序保证；q余量很小。作 用： 改善表面粗糙度。5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 1.超精研超精研v工作原理v切削过程v影响表面粗糙度和生产率的主要因素三

3、、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 超精研是采用细粒度的磨条在一定压力和切削速度下作往复运动，对工件表面进行光整加工的一种方法。1.超精研超精研三、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法第18次课教学课型：理论课工作原理超精研有三种运动：p工件的低速回转运动；p磨条的轴向进给运动；p磨条的高速往复振摆运动。第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量

4、第五章机械加工表面质量 1.超精研超精研三、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法工作原理往复振摆运动由电动机传动偏心轮产生。 vcos与v工构成切削角，则tg=vcos/v工 =Afcos/d工n工 =Afcos/d工n工当=0时，tgmax=fA/d工n工。设计时应据此式选取有关用量。第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 1.超精研超精研三、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法切削过程p强烈切削阶段：开始研磨时，工件表面粗糙，少数凸峰上的压强很大，破坏了油膜，切削作

5、用强烈；p正常切削阶段：凸峰磨平后，接触面积增大，压强降低，切削作用减弱而进入正常阶段；p微弱切削阶段：随着接触面积逐渐增大，压强更低，切削作用微弱，切屑形成氧化物嵌入磨条缝隙中，使磨条形成光滑表面，起到抛光作用；p自动停止切削阶段：表面研平后，压强极低，磨条与工件表面形成油膜，切削自动停止。第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 1.超精研超精研三、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法影响表面粗糙度和生产率的主要因素p切削角m a x：m a x=1520时，粗糙度最好，ma

6、x20时生产率最高。故预加工时取max=2025，终加工时取max=1020。p振摆频率f及振幅A：f 越大，切削作用越强，生产率越高，但过高受到工艺系统刚度制约。故预加工时取f=2533Hz，终加工时取f=825Hz。p磨条压强p：p增大，生产率高，但过大对粗糙度不利。p过小也不利于改善粗糙度。一般预加工时取p=0.20.5MPa，终加工时取p=0.050.15MPa。第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 1.超精研超精研三、三、超精研及其它加工方法超精研及其它加工方法影响表面粗糙

7、度和生产率的主要因素p工件速度v工：越大，max越小。一般取v工=0.10.5m/s。p磨条粒度：粒度号越大（微粉号越小），粗糙度越好，但生产率低。一般预加工时取300400号，终加工时取W10W3.5。p磨条的纵向进给量：其值越大，生产率越高，但对粗糙度不利。p冷却润滑液：其作用是冲洗切屑和脱落的磨粒，形成油膜以控制切削过程。要求有良好的润滑作用，且油性稳定，无分解腐蚀作用。第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施表面粗糙度及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 2.其它加工方法简介其它加工方法简介三、三、超精研及其它加工方法超精研

8、及其它加工方法研磨在改善表面粗糙度的同时，还可进一步提高尺寸和形状精度，多用于精密偶件等的终加工。珩磨也能提高尺寸和形状精度。抛光主要用于去掉前工序留下的痕迹，只能改善表面粗糙度。第21次课教学课型：理论课5-1 概 述5-2 表面粗糙度及其改善的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学表面层的冷作硬化表面层的金相组织变化表面层的残余应力减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第五章机械加工表面

9、质量第五章机械加工表面质量 第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化冷作硬化：切、磨削加工过程中，加工表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒拉长、破碎和纤维化，引起表面层的强度和硬度都提高的现象。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化主要指标：硬化层深度h；显微硬度H；硬化程度N N=(H-H0)/H0。5-3

10、表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化 硬化程度取决于产生塑性变形的力、变形速度和变形时的温度。p力越大，塑性变形越大，硬化程度也越大；p变形速度越大，变形越不充分，硬化程度减小；p变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还影响金相组织的恢复程度，当温度超过(0.250.3)熔(金属熔化温度)时，就会部分甚至全部地消除冷作硬化现象。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论

11、课5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化刀 具：刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化程度和深度也越大。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施1.影响表面层冷作硬化的因素影响表面层冷作硬化的因素被加工材料：硬度越低，塑性越大，冷作硬化现象越严重。第21次课教学课型：理论课机械制造工

12、艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化切削用量：q影响较大的是v和f。qv增大，N和h都减小，其原因一是v增大使温度增高，有助于冷作硬化的恢复；二是v增大使塑性变形程度减小。qf增大，切削力增大，塑性变形严重，f 较小时，刃口圆角在加工表面上的挤压次数增多，故都使硬化现象增大。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施1.影响表面层冷作硬化的因素影响表面层冷作硬化的因素第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化切削用量

13、：5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施1.影响表面层冷作硬化的因素影响表面层冷作硬化的因素第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 一、一、表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化q合理选择刀具的几何形状，增大前、后角，减小刃口半径。q限制后刀面的磨损程度。q合理选择切削用量，增大v，减小f。q采取有效的冷却润滑措施。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施2.减小表面层冷作硬化的措施减小表面层冷作硬化的措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学表面层的冷作硬化表面

14、层的金相组织变化表面层的残余应力减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 二、表面层的金相组织变化二、表面层的金相组织变化机械加工中，由于所消耗的能量绝大部分转化为热能，使加工表面温度升高，象磨削等当温度超过金相组织变化的临界点时，就会出现表面层的金相组织变化。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工

15、艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 二、表面层的金相组织变化二、表面层的金相组织变化磨削时单位切削截面切削力最大。如此大的功率消耗绝大部分转化为热，若冷却效果不好，一大部分将传入工件表面，使加工表面极易出现金相组织变化。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施影响磨削加工时金相组织变化的因素有工件材料、磨削温度、温度梯度及冷却速度等。磨削淬火钢特别是高合金钢时，很容易产生以下三种烧伤：第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 二、表面层的金相组织变化二、表面层的金相组织变化5-3 表面层物理、

16、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施q回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度时，原来的马氏体将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组织(回火索氏体或屈氏体)；q淬火烧伤：若超过其相变临界温度，由于冷却液的急冷作用，使表面最外层出现二次淬火马氏体组织，硬度增高，其里层因冷却较慢仍为回火组织；q退火烧伤：若干磨温度超过临界相变温度，由于冷却速度较慢而使表面硬度急剧下降。第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学表面层的冷作硬化表面层的金相组织变化表面层的残余应力减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面

17、层物理、机械性能及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 三、表面层的残余应力三、表面层的残余应力各种加工方法得到的表面层都存在大小不同、拉压各异的残余应力。产生的主要原因是：q表面层曾出现过高温，引起局部高温塑性变形；q产生局部金相组织变化；q曾发生过局部冷态塑性变形；q经冷态塑性变形后，比重下降，比容积增大，而引起表面层受力状况变化等。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五

18、章机械加工表面质量 三、表面层的残余应力三、表面层的残余应力表面层温度过高，必然引起这层金属伸长。但由于温度超过一定值（约800）后，弹性几乎全部消失，处于塑性状态。因此，尽管表面层受热伸长，但受基层金属的限制，而全部被压缩掉，不产生任何压应力。加工完后，温度降低，弹性恢复，表面层的收缩受基层的阻碍而使其产生残余拉应力。l/l=a(1-0)，拉=El/l。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施1.局部温升过高局部温升过高第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 三、表面层的残余应力三、表面层的残余应力不同

19、的金相组织其比重也不相同。如：马7.75，珠7.78。磨削淬火钢时，若出现回火烧伤现象，表面层组织（屈、索氏体）的比重接近珠光体，比重增大，比容积减小，出现收缩现象。但受基层组织的阻碍而必然产生残余拉应力。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施2.局部金相组织变化局部金相组织变化第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 三、表面层的残余应力三、表面层的残余应力一般切削时若刀具具有正前角，则产生残余拉应力，相反则产生残余压应力。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺

20、措施3.表面层局部冷态塑性变形表面层局部冷态塑性变形第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 三、表面层的残余应力三、表面层的残余应力加工前晶格中的原子排列相当紧密，冷态塑性变形后晶格被扭曲，由此引起比重下降，比容积增大。但受基层材料的阻碍，表面层便产生残余压应力。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施4.金属冷态塑性变形，比容积增大金属冷态塑性变形，比容积增大第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 三、表面层的残余应力三、表面层的残余应力综上所述，各种原因都

21、能影响表面层的残余应力。但在不同情况下，某种原因可能起主导作用。q切削加工以冷态塑性变形为主，将产生残余压应力(当然，因加工条件的不同也可能产生残余拉应力)；q磨削加工以局部高温和金相组织变化为主，常产生残余拉应力，超过强度极限时将产生裂纹。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学表面层的冷作硬化表面层的金相组织变化表面层的残余应力减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 第21次

22、课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施加工表面具有残余拉应力时，其疲劳强度会明显下降。而磨削加工中，产生残余拉应力、烧伤和裂纹的主要原因是磨削区温度过高。因此，可从减少磨削热的产生和加速磨削热的传出两方面入手，解决残余拉应力、烧伤和裂纹的问题。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施四

23、、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施v合理选择磨削用量v提高冷却效果v提高砂轮的磨削性能工艺措施工艺措施第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施q增大磨削深度ap，会使表面温度升高；q增大工件和砂轮速度v工、v砂，也会使温升增大，但其影响程度不如ap大；q增大横向进给量f会降低表面温度；qv工越大，表面附近的温度梯度越大，因此即使产生烧伤层也很薄，一般在后续无进

24、给磨削或研磨、抛光等工序中即可去除。但v工增大后，表面粗糙度会变差，若相应提高v砂即可解决。采用高速磨削来避免表面烧伤等，是磨削工艺的一个重要发展方向。5-3 表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施表面层物理、机械性能及其改善的工艺措施1.合理选择磨削用量合理选择磨削用量第21次课教学课型：理论课机械制造工艺学第五章机械加工表面质量第五章机械加工表面质量 四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹的工艺措施按说在高温表面注入冷却液即应使表面温度明显下降，不致出现烧伤。但由于高速旋转的砂轮表面产生强大气流，以致冷却液很难进入磨削区。因此，采取下面的措施改进冷却效果，是非常必要的：5-3 表面层物理、机械性能及其改