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1、第八章第八章 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.2 表面粗糙度及其降低的工藝措施8.1 概 述8.3 表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施 8.1 概述概述一、機(jī)械加工表面質(zhì)量含義包括:微觀幾何形狀 表層物理力學(xué)性能(一)(一)加工表面的幾何形狀特征加工表面的幾何形狀特征 表面幾何誤差包括: 形狀誤差: 波長/波幅1000 表面輪廓曲線經(jīng)低通濾波獲得 波紋度: 50波長/波幅1000 表面輪廓曲線經(jīng)帶通濾波獲得 一般與刃口形狀,進(jìn)給,刀瘤等有關(guān)。 表面微觀不平度誤差: 波長/波幅0.15mm時 f Rz f0.15mm時 f Rz f0.02mm時 f Rz (2 2)切削

2、速度的影響)切削速度的影響加工脆性材料時,切削速度對于粗糙度影響不大加工塑性材料時,積屑瘤對粗糙度影響很大。(3)切削深度ap的影響一般切削深度ap對于粗糙度影響不大,但太小時,有可能吃不住刀,摩擦嚴(yán)重。2、工件材質(zhì)的影響工件材質(zhì)韌性、塑性增大,Ra增大工件材質(zhì)晶粒越均勻,顆粒越細(xì)小,Ra減小3、刀具材料的影響刀具越硬,越耐磨,加工Ra越低硬質(zhì)合金刀具加工后的Ra高速鋼加工后的Ra金剛石刀具的性能:金剛石刀具的性能:二、磨削加工二、磨削加工 砂輪上的磨粒因幾何角度,位置不同起三種不同的作用a)鋒利、位置靠前的起切削作用b)較鋒利、位置較靠前的起刻劃作用c)較鈍、位置靠后的起拋光作用磨削表面粗糙

3、度與砂輪、工件材質(zhì)、磨削用量有關(guān)1、砂輪: 砂輪粒度 表面粗糙度Ra * 一般磨料的粒度用粒度號表示,每英寸長度上的網(wǎng)眼個數(shù)為粒度號,例80#,60#; 微粉用最大 顆粒的最大 尺寸的微米 數(shù)表示,例 W28、W14。 2、磨削用量砂輪速度v砂 表面粗糙度Ra 工件速度v工 表面粗糙度Ra 砂輪相對于工件的進(jìn)給量f 表面粗糙度Ra磨削深度ap 表面粗糙度Ra根據(jù)上述實驗關(guān)系,可以得到經(jīng)驗公式:3、砂輪修整砂輪修整質(zhì)量越高,磨削表面質(zhì)量越好。三、超精研、研磨、珩磨、拋光三、超精研、研磨、珩磨、拋光超精研、研磨、珩磨、拋光加工的共同特點是:1、不選擇切削用量,只限定壓強(qiáng)和加工時間2、無需精密機(jī)床3

4、、降低表面粗糙度效果明顯,提高精度不明顯4、加工余量?。ㄒ唬┏校ㄒ唬┏?、工作原理:采用細(xì)粒度的磨條在一定壓力和切削速度下往復(fù)運動,對表面進(jìn)行光整加工。加工運動:A、工件低速回轉(zhuǎn)運動;B、磨條軸向進(jìn)給運動:C、磨條高速往復(fù)振動。2、切削過程:可分為四個階段、切削過程:可分為四個階段(1)強(qiáng)烈切削階段:少數(shù)波峰上壓強(qiáng)很大,切削作用劇烈。(2)正常切削階段:接觸面積增大,接觸壓強(qiáng)減小,切削作用減弱。(3)微弱切削階段:接觸面積進(jìn)一步增大,接觸壓強(qiáng)進(jìn)一步減小,磨條起拋光作用。(4)停止切削階段:工件被研平,接觸壓強(qiáng)很小,磨條與工件之間形成油膜,切削停止。(二)研磨(二)研磨研磨可以達(dá)到很高的

5、精度和表面質(zhì)量。基本原理:通過介于工件和硬質(zhì)研具之間的磨料或研磨液的流動產(chǎn)生機(jī)械摩擦和化學(xué)作用去除微小加工余量。1、研磨特點:(1)研具較軟,以鑄鐵、塑料、硬木制成。(2)磨料中混有化學(xué)物質(zhì),機(jī)械與化學(xué)作用同時進(jìn)行,磨粒運動軌跡復(fù)雜,保證均勻性。(3)加工表面質(zhì)量高。2、研具:磨具應(yīng)軟硬適當(dāng),組織均勻。 粗研采用銅、鋁,精研采用鑄鐵。3、研磨劑:研磨劑為磨料與油脂的混合劑。 磨料種類:金剛石微粉,碳化硅,氧化鋁等。 油脂起調(diào)和磨料.化學(xué)腐蝕作用。 油脂種類:油酸,凡士林,變壓汽油。4、研磨參數(shù)(1)磨料粒度:粒度,則粗糙度 , 效率。(2)研磨速度:一般研磨速度0.5m/s, 精研速度0.16

6、m/s。(3)研磨余量:手工研磨余量10m, 機(jī)械研磨余量(0.250.3)倍的金屬熔化溫度時, 變形金相組織會有所恢復(fù),冷作硬化。(一)影響表面層冷作硬化的因素(一)影響表面層冷作硬化的因素1、刀具:刀刃鈍圓半徑,冷作硬化; 后刀面磨損,冷作硬化。2、切削用量:切削速度,切削溫度,則 冷作硬化; 進(jìn)給量,冷作硬化。3、被加工材料:硬度,冷作硬化; 塑性,冷作硬化。(二)減少表面層冷作硬化的措施(二)減少表面層冷作硬化的措施1、合理選擇刀具幾何參數(shù) 前角,冷作硬化; 后角,冷作硬化; 鈍圓半徑 ,冷作硬化。2、限制后刀面磨損3、合理選擇切削用量 切削速度,冷作硬化; 進(jìn)給量 ,冷作硬化 。二、

7、表面層的金相組織變化二、表面層的金相組織變化切削一般不會導(dǎo)致金相組織變化,磨削因單位切削截面消耗的功率較大,常常導(dǎo)致金相組織變化。磨削淬火鋼時容易出現(xiàn)的燒傷:回火燒傷:磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度, 而未達(dá)相變溫度,產(chǎn)生回火組織 (索氏體或屈氏體)。淬火燒傷:磨削區(qū)溫度超過相變溫度,由于冷 卻液急冷,表層出現(xiàn)二次淬火馬氏 體。退火燒傷:磨削區(qū)溫度超過相變溫度,不用冷 卻液,工件緩慢冷卻,發(fā)生退火。表面顏色與燒傷之間的關(guān)系: 黑 青 淡青 米黃 淡黃三、表面層殘余應(yīng)力定義:去除外力和熱源作用后,零件內(nèi)部自身 平衡的應(yīng)力,稱殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的成因:(一)局部溫升過高引起的熱應(yīng)力*材料在高溫下,處

8、于塑性狀態(tài),因溫度升高 體積膨脹而發(fā)生塑性流動;*材料在低溫下,處于彈性狀態(tài),因溫度降低體積減小而發(fā)生收縮,受下層材料的限制, 發(fā)生彈性變形,形成殘余應(yīng)力。設(shè)材料從20C升至800C,然后回到20C,這層金屬長度l的相對伸長量為:所產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力為:(二)局部金相組織變化引起的相變應(yīng)力殘余奧氏體回火馬氏體:體積膨脹,表層為 殘余壓應(yīng)力;馬氏體屈(索)氏體:體積收縮,表層為 殘余拉應(yīng)力。(三)表面局部冷塑變形引起的塑變應(yīng)力在切削方向上存在拉應(yīng)力,與其垂直的方向上存在壓應(yīng)力。(四)金屬冷塑變形,比容積增大導(dǎo)致的表面 殘余應(yīng)力金屬發(fā)生冷塑變形,比重下降,體積增大,使:表層存在壓應(yīng)力 下層存在拉應(yīng)力四、減小殘余拉應(yīng)力、防止表面燒傷和裂紋 的工藝措施(一)合理選擇磨削用量磨削傳熱分析模型:*磨削區(qū)溫度與磨削用量之間的關(guān)系為:磨削深度,磨削溫度 ;砂輪速度,磨削溫度 ; 工件速度,磨削溫度 ; 進(jìn)給量,磨削溫度。*磨削區(qū)溫度剃度分布規(guī)律:工件速度,溫度剃度 ,高溫層厚度;可以同時提高砂輪和工件速度,既減小高溫層厚度,又控制表面粗糙度。較薄的燒傷層可在清磨時去掉。磨削18CrNiWA鋼時的無燒傷臨界比值曲線:(二)提高冷卻效果1、采用高壓大流量冷卻,沖刷砂輪,加強(qiáng)冷卻;2、在砂輪上安裝空氣擋板,消除附著氣 流;3、利用砂輪孔隙實現(xiàn)內(nèi)冷卻

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