第六章机械加工表面质量.ppt

1、1,第6章 机械加工表面质量,本章要点,振动对表面质量的影响 及其控制,机械加工表面质量的概念,控制加工表面质量的途径,表面粗糙度及其影响因素,机械加工后表面物理机械性能的变化,2,机械制造技术基础,第6章 机械加工表面质量Qualities of Machined Surface,6.1 概述 Introduction to the Qualities of Machined Surface,3,6.1 概述,（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）,表面粗糙度 波度 纹理方向 伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）,图6-1-0 加工质量包含的内容,4,6.1 概述, 加工精度：零件

2、加工后实际几何参数与理想几何参数接近程度。 表面质量: 零件宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度,宏观几何形状误差（平面度、圆度等）波长/波高1000 波度 波长/波高=501000；且具有周期特性 表面粗糙度 波长/波高50,5,6.1概述-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（图6-1）,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,6,机械制造技术基础,第6章 机械加工表面质量,7,6.2.1 切削加工表面粗糙度影响因

3、素,图6-5 车削时残留面积的高度,直线刃车刀（图6-5a）,圆弧刃车刀（图6-5b）,影响因素：,8,切削速度影响最大：vc = 1050m/min范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（图6-6-0） 。,其他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等,6.2.1 切削加工表面粗糙度影响因素,9,砂轮速度v，Ra 工件速度vw，Ra 砂轮纵向进给f，Ra 磨削深度ap，Ra ,6.2.2 磨削加工表面粗糙度影响因素,光磨次数，Ra,10,砂轮粒度号，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 ,6.2

4、.2 磨削加工表面粗糙度影响因素,工件材料 冷却润滑液等,11,机械制造技术基础,第6章 机械加工表面质量,12,6.3.1 影响表面冷作硬化的因素,切削加工,f，冷硬程度(图6-13-0), 切削用量影响, 刀具影响,r，冷硬程度 其他几何参数影响不明显 后刀面磨损影响显著（图6-14-0）, 工件材料,材料塑性，冷硬倾向,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,13,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（图6-15-0）, 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

5、热性 冷硬倾向,6.3.1 影响表面冷作硬化的因素,14,6.3.2 磨削烧伤与磨削裂纹,合理选择砂轮 合理选择磨削用量 改善冷却条件,工件表层温度达到或超过金属材料相变温度时，表层金相组织、显微硬度发生变化，并伴随残余应力产生，同时出现彩色氧化膜,磨削烧伤,磨削表面残余拉应力达到材料强度极限，在表层或表面层下产生微裂纹。裂纹方向常与磨削方向垂直或呈网状，常与烧伤同时出现,图6-16 带空气挡板冷却喷嘴,15,6.3.3 影响层金属残余应力的因素,vc残余应力（热应力起主导作用，图6-16-0）,材料塑性残余应力 铸铁等脆性材料易产生残余压应力,f残余应力（图6-17-0）,切削深度影响不显著

6、,仅讨论切削加工, 切削用量, 刀具, 工件材料,前角+，残余拉应力 刀具磨损残余应力,16,机械制造技术基础,第6章 机械加工表面质量,17,6.4 控制加工表面质量的途径,控制磨削参数,采用超精加工、珩磨等光整加工方法作为最终加工工序,采用喷丸、滚压、辗光等表面强化工艺,18,6.4 控制加工表面质量的途径,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（图6-19-0）,利用大量快速运动珠丸打击工件表面, 使工件表面产生冷硬层和压应力,疲劳强度（图6-18-0）,喷丸强化,图6-19-

7、0 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,19,机械制造技术基础,第6章 机械加工表面质量,20,6.5.1 机械加工过程中的振动概述,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。,21,6.5.2 机械加工过程中强迫振动,强迫振动产生原因,由外界周期性的干扰力（激振

8、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。,22,6.5.3 机械加工过程中自激振动,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6-23）,自激振动是一种不衰减振动

9、 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6-24）。,23,再生机理：切削过程由于偶然干扰，使加工系统产生振动并在加工表面上留下振纹。第二次走刀时,刀具将在有振纹的表面上切削，使切削厚度发生变化，导致切削力周期性地变化，产生自激振动,自激振动机理, 产生条件（图6-24-0） ： a）b）c）系统无能量获得； d）y 滞后于y0，即 0- ，此时切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出时切削力所作正功（获得能量）大于切入时所作负功，系统有能量获得，产生自激振动,6.5.3 机械加工过程中自激振动,24, 振

10、型耦合机理：将车床刀架简化为两自由度振动系统，等效质量m用相互垂直的等效刚度分别为k1与k2两组弹簧支撑（设x1为低刚度主轴，图6-24-1）, 自激振动的产生： k1=k2，x1与x2无相位差, 轨迹为直线，无能量输入,6.5.3 机械加工过程中自激振动, k1k2，x1超前x2 ，轨迹dcba为一椭圆，切入半周期内的平均切削厚度比切出半周期内的大，系统无能量输入 k1k2，x1滞后于x2 ，轨迹为一顺时针方向椭圆，即：abcd。此时，切入半周期内的平均切削厚度比切出半周期内的小，有能量获得，振动能够维持 。,25,6.5.4 机械加工中振动的防治,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6-25-0）,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6-25-0 两种尾座结构,26,6.5.4 机械加工中振动的防治, 减小切削或磨削时的重叠系数（图6-26-0）,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。,27,减小重叠系数方法, 增加切削阻尼（例采用倒棱车刀，图6-27-0）,增加主