第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、1第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 表面粗糙度及其影響因素：表面粗糙度及其影響因素：第三節(jié)第三節(jié) 表面層的物理、機(jī)械性能的影響因素。表面層的物理、機(jī)械性能的影響因素。第四節(jié)第四節(jié) 控制加工表面質(zhì)量的途徑控制加工表面質(zhì)量的途徑第五節(jié)第五節(jié) 加工中的振動(dòng)加工中的振動(dòng)2第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述3零件表面質(zhì)量零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力學(xué)表面物理力學(xué)性能的變化性能的變化表面微觀幾何表面微觀幾何形狀特征形狀特征表面層冷作硬化表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力表面層金相組織的變化表面層金相組織的變化 一、表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）一、表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）4 （1）表面

2、粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響）表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響 v 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如圖如圖3-1所示。所示。v表面粗糙度太大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，粗糙不平表面粗糙度太大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，粗糙不平的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??；的凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加劇；v表面粗糙度太小，也會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。因?yàn)楸砻嫣饣?，表面粗糙度太小，也?huì)導(dǎo)致磨損加劇。因?yàn)楸砻嫣饣?，存不住?rùn)滑油，接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘存不住潤(rùn)滑油，接觸面間不易形成油膜，容易發(fā)生分子粘結(jié)而加劇磨損。結(jié)而加劇磨損。v表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，

3、表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，載荷載荷加大時(shí)，磨損曲線向上、向右移動(dòng)，最佳表面粗糙度值也加大時(shí)，磨損曲線向上、向右移動(dòng)，最佳表面粗糙度值也隨之右移。隨之右移。 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響5圖圖31 表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系6（2）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。性。因?yàn)樗鼓ゲ粮北砻鎸咏饘俚娘@微硬度提高，因?yàn)樗鼓ゲ粮北砻鎸咏饘俚娘@微硬度

4、提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。塑性變形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是這是因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏疏松松”，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。72表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。表面粗糙度

5、越大，抗疲勞破壞的能力越差。 對(duì)承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交對(duì)承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。8（2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響度的影響

6、適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，殘余拉應(yīng)力殘余拉應(yīng)力容易使已加工容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度降低疲勞強(qiáng)度殘余壓應(yīng)力殘余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度提高零件的疲勞強(qiáng)度。93.表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件配合精度的影響）表面粗糙度對(duì)零件配合精度的影響 表面粗糙度較大，則降低了配

7、合精度。表面粗糙度較大，則降低了配合精度。（2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件工作精度的影響）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件工作精度的影響 表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會(huì)影響它表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會(huì)影響它們精度的穩(wěn)定性。們精度的穩(wěn)定性。104表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響）表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。 因此因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。能。（

8、2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不零件表面殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉應(yīng)力則降易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性。低零件耐腐蝕性。 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能還有其它方面的影響：表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能還有其它方面的影響：如減如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測(cè)量精度；小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測(cè)量精度；對(duì)滑動(dòng)零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損對(duì)滑動(dòng)零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失

9、。失。11表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性適度冷硬能提高耐磨性對(duì)疲勞強(qiáng)度的對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐腐蝕性能對(duì)耐腐蝕性能的影響的影響對(duì)工作精度的對(duì)工作精度的影響影響粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低殘余應(yīng)力越大，工作精度降低殘余應(yīng)力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反壓應(yīng)力

10、提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反之則降低耐腐蝕性之則降低耐腐蝕性12第二節(jié)、第二節(jié)、 影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制 機(jī)械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾機(jī)械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為幾何因素和物理力學(xué)因素兩個(gè)方面。何因素和物理力學(xué)因素兩個(gè)方面。（一）切削加工表面粗糙度（一）切削加工表面粗糙度1、幾何因素、幾何因素主偏角主偏角kr、副偏角、副偏角kr刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r進(jìn)給量進(jìn)給量f（圖（圖32）H=f/(cotr+cotr) (8-1)H=f 2/(8r) (8-2)13圖圖32 車(chē)削、刨削時(shí)殘留面積高度車(chē)削、刨削時(shí)殘留面積高度1

11、42、物理力學(xué)因素、物理力學(xué)因素（1）工件材料的影響）工件材料的影響v韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。大，加工表面愈粗糙。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。v 脆性材料：加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，脆性材料：加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。面粗糙。15（2）

12、切削速度的影響）切削速度的影響 加工塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)加工塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度的影響（對(duì)積屑瘤和鱗表面粗糙度的影響（對(duì)積屑瘤和鱗刺的影響）見(jiàn)如刺的影響）見(jiàn)如圖圖3-3所示。所示。 此外，切削速度越高，塑性變此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小形越不充分，表面粗糙度值越小 選擇低速寬刀精切和高速精切，選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。可以得到較小的表面粗糙度。 （4）其它因素的影響）其它因素的影響 此外，合理使用冷卻潤(rùn)滑液，此外，合理使用冷卻潤(rùn)滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小的刃磨質(zhì)量

13、等，均能有效地減小表面粗糙度值。表面粗糙度值。（3）進(jìn)給量的影響）進(jìn)給量的影響 減小進(jìn)給量減小進(jìn)給量f固然可以減小固然可以減小表面粗糙度值，但表面粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小，進(jìn)給量過(guò)小，表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。16圖圖33 加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響17影響切削加工表面影響切削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量刀具材料、刃磨質(zhì)量切削用量切削用量工件材料工件材料殘留面積 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角 v Raf Raap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)打滑，劃傷已加工

14、表面材料塑性 Ra同樣材料晶粒組織大 Ra，常用正火、調(diào)質(zhì)處理刀具材料強(qiáng)度 Ra刃磨質(zhì)量 Ra冷卻、潤(rùn)滑 Ra18（二）磨削加工表面粗糙度（二）磨削加工表面粗糙度1、 磨削中影響粗糙度的幾何因素磨削中影響粗糙度的幾何因素 工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o(wú)數(shù)極細(xì)工件的磨削表面是由砂輪上大量磨粒刻劃出無(wú)數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過(guò)的砂粒數(shù)越多，則刻的刻痕形成的，工件單位面積上通過(guò)的砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。 磨粒在砂輪上的分布越磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等高性越好

15、。則砂輪單位面積高性越好。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨上參加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越細(xì)密均削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗糙度值就越小。勻，表面粗糙度值就越小。（1）砂輪的磨粒）砂輪的磨粒19v砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。多，表面粗糙度值就越小。v工件轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影工件轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。響相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)減少，工件的轉(zhuǎn)速增大，通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面粗糙度值增大因此表面粗糙度值增大。v砂輪

16、的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度時(shí)，工件表面將被砂輪的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度時(shí)，工件表面將被重疊切削，而被磨次數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。重疊切削，而被磨次數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。（3）磨削用量）磨削用量（2）砂輪修整）砂輪修整 砂輪修整除了使砂輪具砂輪修整除了使砂輪具有正確的幾何形狀外，更重有正確的幾何形狀外，更重要的是使砂輪工作表面形成要的是使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃。排列整齊而又銳利的微刃。因此，砂輪修整的質(zhì)量對(duì)磨因此，砂輪修整的質(zhì)量對(duì)磨削表面的粗糙度影響很大。削表面的粗糙度影響很大。20圖圖34 砂輪上的磨粒砂輪上的磨粒212、 磨削中影響粗糙度的物理因素磨削中影

17、響粗糙度的物理因素 磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過(guò)程中只是對(duì)被加工表面擠壓，沒(méi)削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過(guò)程中只是對(duì)被加工表面擠壓，沒(méi)有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時(shí)有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時(shí)的高溫更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。的高溫更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。（1）磨削用量）磨削用量 砂輪的轉(zhuǎn)速砂輪的轉(zhuǎn)速 材料塑性變形材料塑性變形 表面粗表面粗糙度值糙度值 ；磨削深度磨削深度、工件速度工件速度 塑性變

18、形塑性變形 表表面粗糙度值面粗糙度值 ； 為提高磨削效率，通常在開(kāi)始磨削時(shí)采為提高磨削效率，通常在開(kāi)始磨削時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表小的徑向進(jìn)給量或無(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。面粗糙度值。22（2）工件材料）工件材料太硬易使磨粒磨鈍太硬易使磨粒磨鈍 Ra ；太軟容易堵塞砂輪太軟容易堵塞砂輪Ra ；韌性太大，熱導(dǎo)率差會(huì)使磨韌性太大，熱導(dǎo)率差會(huì)使磨粒早期崩落粒早期崩落Ra 。（2）砂輪粒度與硬度）砂輪粒度與硬度磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，堵塞，使表面粗糙度值增

19、大，若導(dǎo)熱情況不好，還會(huì)燒傷若導(dǎo)熱情況不好，還會(huì)燒傷工件表面。工件表面。砂輪太硬，使表面粗糙度增砂輪太硬，使表面粗糙度增大；大；砂輪選得太軟，使表面粗糙砂輪選得太軟，使表面粗糙度值增大。度值增大。23影響磨削加工表面影響磨削加工表面粗糙度的因素粗糙度的因素粒度Ra 金剛石筆鋒利，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量 Ra磨粒等高性Ra硬度鈍化磨粒脫落 Ra硬度磨粒脫落Ra硬度合適、自勵(lì)性好Ra太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差 Ra砂輪粒度砂輪粒度工件材料性質(zhì)工件材料性質(zhì)砂輪修正砂輪修正磨削用量磨削用量砂輪硬度砂輪硬度砂輪V Raap、工件V 塑變 Ra粗磨ap生產(chǎn)率精磨ap Ra(ap=0光磨) 24第三節(jié)第三節(jié)

20、表面層的物理、機(jī)械性能的影響因素。表面層的物理、機(jī)械性能的影響因素。影響表面層物理機(jī)械性能的主要因素影響表面層物理機(jī)械性能的主要因素表面物理力學(xué)表面物理力學(xué)性能性能影響金相組織變化影響金相組織變化因素因素影響顯微硬度因素影響顯微硬度因素影響殘余應(yīng)力因素影響殘余應(yīng)力因素塑變引起的冷硬金相組織變化引起的硬度變化冷塑性變形熱塑性變形金相組織變化切削熱251. 表面層的冷作硬化表面層的冷作硬化（1 1） 表面層加工硬化的產(chǎn)生表面層加工硬化的產(chǎn)生定義：定義：機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)

21、生剪切滑移，晶粒被拉格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強(qiáng)長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化，度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)冷作硬化和強(qiáng)化。又稱(chēng)冷作硬化和強(qiáng)化。26（2 2） 衡量表面層加工硬化的指標(biāo)衡量表面層加工硬化的指標(biāo)衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有下列三項(xiàng)：衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有下列三項(xiàng)： 1）表面層的顯微硬度）表面層的顯微硬度HV；2）硬化層深度）硬化層深度h；3）硬化程度）硬化程度NN=(HV-HV0)/HV0100式中式中 HV0工件原表面層的顯微硬度。工件原表面層的顯微硬度。27（3）影響表面

22、層加工硬化的因素）影響表面層加工硬化的因素 刀具幾何形狀的影響刀具幾何形狀的影響切削刃切削刃 r、前角、前角、后面磨損量、后面磨損量VB 表層金屬的塑變加劇表層金屬的塑變加劇冷硬冷硬切削用量的影響切削用量的影響 切削速度切削速度v塑變塑變冷硬冷硬 f切削力切削力塑變塑變冷硬冷硬工件材料性能的影響工件材料性能的影響 材料塑性材料塑性冷硬冷硬282. 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力定義：定義： 機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性力。這種應(yīng)界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性力。這種應(yīng)力即為表面層的殘

23、余應(yīng)力。力即為表面層的殘余應(yīng)力。29（1）表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生）表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生 1） 冷態(tài)塑變冷態(tài)塑變 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長(zhǎng)塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。2） 熱態(tài)塑變熱態(tài)塑變 表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力(其原理見(jiàn)圖3-5)3） 金相組織變化金相組織變化 比容大的組織比容小的組織體積收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力，反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。（密度小，比容大）30圖圖3-5 切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的示意圖切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的示意圖31 機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性

24、變形、熱冷態(tài)塑性變形、熱 態(tài)塑態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。切削加工時(shí)起主要作用的往往切削加工時(shí)起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。磨削加工時(shí)起主要磨削加工時(shí)起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。層常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。（2 2）磨削裂紋的產(chǎn)生）磨削裂紋的產(chǎn)生 磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。在磨削過(guò)程中，當(dāng)磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。在磨削過(guò)程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

25、超過(guò)工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過(guò)工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。就會(huì)產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。 （3 3）影響表面殘余應(yīng)力的主要因素）影響表面殘余應(yīng)力的主要因素32 切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加工區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。工區(qū)及其鄰近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。 定義：定義：磨削加工時(shí)，表面層有很高的溫度，當(dāng)磨削加工時(shí)，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界點(diǎn)時(shí)，表層金屬就發(fā)生金相組溫度達(dá)到相變臨界點(diǎn)時(shí)，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應(yīng)力、甚至

26、織變化，強(qiáng)度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨削燒傷。出現(xiàn)微觀裂紋。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨削燒傷。 淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。磨削燒傷有三種形式。三、表面層金相組織變化與磨削燒傷三、表面層金相組織變化與磨削燒傷1.1.表面層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生表面層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生33 淬火燒傷淬火燒傷回火燒傷回火燒傷退火燒傷退火燒傷 磨削時(shí)工件表面溫度超過(guò)相變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來(lái)的回火馬氏體高，但很薄，其下為硬度

27、較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為淬火燒傷。 磨削時(shí)，如果工件表面層溫度只是超過(guò)原來(lái)的回火溫度，則表層原來(lái)的回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或屈氏體），這種現(xiàn)象稱(chēng)為回火燒傷。 磨削時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時(shí)無(wú)冷卻液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱(chēng)為退火燒傷。2. 磨削燒傷的三種形式磨削燒傷的三種形式34磨削用量磨削用量砂輪與工件材料砂輪與工件材料改善冷卻條件改善冷卻條件1）砂輪轉(zhuǎn)速 磨削燒傷2）徑向進(jìn)給量fp 磨削燒傷3） 軸

28、向進(jìn)給量fa磨削燒傷4）工件速度vw磨削燒傷1)磨削時(shí)，砂輪表面上磨粒的切削刃口鋒利磨削力磨削區(qū)的溫度2)磨削導(dǎo)熱性差的材料(耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼)磨削燒傷3)應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和組織磨削燒傷 采用內(nèi)冷卻法 磨削燒傷 圖3-63.影響磨削燒傷的因素及改善途徑采用開(kāi)槽砂輪采用開(kāi)槽砂輪間斷磨削受熱磨削燒傷圖37 35 圖圖3-6 內(nèi)冷卻裝置內(nèi)冷卻裝置1錐形蓋錐形蓋 2通道孔通道孔 3砂輪中心孔砂輪中心孔 4有徑向小孔的薄壁套有徑向小孔的薄壁套36 圖圖37 開(kāi)槽砂輪開(kāi)槽砂輪 a） 槽均勻分布槽均勻分布 b）槽均勻分布）槽均勻分布 37第四節(jié)第四節(jié) 控制加工表面質(zhì)量的途徑控制加工表面質(zhì)量

29、的途徑提高表面質(zhì)量的途徑： 控制磨削參數(shù) 采用超精加工，珩磨等光整加工方法作為最終加工工序 采用噴丸、滾壓、輾光等強(qiáng)化工藝 表面質(zhì)量的檢查381滾壓加工滾壓加工 滾壓加工是利用經(jīng)過(guò)淬火和精細(xì)研磨過(guò)的滾輪或滾壓加工是利用經(jīng)過(guò)淬火和精細(xì)研磨過(guò)的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對(duì)金屬表面進(jìn)行擠壓，使受壓滾珠，在常溫狀態(tài)下對(duì)金屬表面進(jìn)行擠壓，使受壓點(diǎn)產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，點(diǎn)產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰壓平，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰壓平，降低了表面粗糙度；同時(shí)它還能使工件表面產(chǎn)生硬降低了表面粗糙度；同時(shí)它還能使工件表面產(chǎn)生硬化

30、層和殘余壓應(yīng)力。因此提高了零件的承載能力和化層和殘余壓應(yīng)力。因此提高了零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度。 滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型表面，滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型表面，通常在普通車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床或自動(dòng)車(chē)床上進(jìn)行。如通常在普通車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床或自動(dòng)車(chē)床上進(jìn)行。如圖圖38為典型的滾壓加工示意圖。為典型的滾壓加工示意圖。39圖圖38 滾壓加工原理滾壓加工原理402. 噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化 噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸打擊被加工工件表面，使噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，如圖工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，如圖8-13所示為

31、珠丸擠壓工所示為珠丸擠壓工件表面的狀態(tài)件表面的狀態(tài), 可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間后，自然變成球狀）。對(duì)于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而后，自然變成球狀）。對(duì)于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.24mm，對(duì)于尺寸較小、表面粗糙度值較小的工件，采用直徑較小的珠丸。對(duì)于尺寸較小、表面粗糙度值較小的工件，采用直徑較小的珠丸。 噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用

32、其它方法強(qiáng)化的工件，噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)硬化層深度可達(dá)0.7mm，零件表面粗糙度值可由，零件表面粗糙度值可由Ra52.5m 減小到減小到Ra0.630.32m ，可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命。，可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命。41 第五節(jié)第五節(jié) 機(jī)械加工中的振動(dòng)機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)會(huì)在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面振動(dòng)會(huì)在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量；質(zhì)量； 振動(dòng)會(huì)引起刀

33、具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動(dòng)會(huì)引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動(dòng)使機(jī)床連接部分松動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床振動(dòng)使機(jī)床連接部分松動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度；喪失精度； 強(qiáng)烈的振動(dòng)及伴隨而來(lái)的噪聲，還會(huì)污染環(huán)境，危害操作者的身強(qiáng)烈的振動(dòng)及伴隨而來(lái)的噪聲，還會(huì)污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過(guò)程中的振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)心健康。為減小加工過(guò)程中的振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。械加工生產(chǎn)率降低。一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象1、振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響、振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響422 2、機(jī)械

34、加工中振動(dòng)的種類(lèi)及其主要特點(diǎn)、機(jī)械加工中振動(dòng)的種類(lèi)及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱(chēng)為自由振動(dòng)。由于總存在阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰減，如圖39a所示。(占5%)系統(tǒng)在周期性激振力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，稱(chēng)為強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是諧振動(dòng)，只要有激振力存在振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。如圖3-9b所示。(占35%)在沒(méi)有周期性干擾力作用的情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)，稱(chēng)為自激振動(dòng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱(chēng)為顫振。(占65%)4344一

35、）強(qiáng)迫振動(dòng)的振源一）強(qiáng)迫振動(dòng)的振源系統(tǒng)外部的周期性干擾力系統(tǒng)外部的周期性干擾力旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷切削過(guò)程的間隙特性切削過(guò)程的間隙特性 二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與控制二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與控制45二）強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特性二）強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特性1、動(dòng)力學(xué)模型的建立、動(dòng)力學(xué)模型的建立幾點(diǎn)假設(shè)：幾點(diǎn)假設(shè)：1）（a）只有質(zhì)量、沒(méi)有彈性的集中質(zhì)量，（b）只有彈性、沒(méi)有質(zhì)量的集中彈簧；2）阻尼力在線性范圍內(nèi)，即： 3）系統(tǒng)在平衡位置附近作微小的振動(dòng)（圖310示）xcR46 圖310 內(nèi)圓磨削振動(dòng)系統(tǒng) a) 模型示意圖 b）動(dòng)力學(xué)模型 c）受力圖47

36、根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立微分方程：tFkxxxmsin 式中 衰減系數(shù)，m20系統(tǒng)無(wú)阻尼振動(dòng)時(shí)的固有頻率，mk20激振力頻率 該式是一個(gè)二階常系數(shù)線性非齊次微分方程。根據(jù)微分方程理論，當(dāng)系統(tǒng)為小阻尼時(shí)，它的解由令0mF而得到的齊次方程的通解和非齊次方程的一個(gè)特解組成：)sin()sin(212201tAteAxt48a）有阻尼的自由振動(dòng)b）強(qiáng)迫振動(dòng)c）有阻尼的自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的合成49進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后的振動(dòng)方程為：進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后的振動(dòng)方程為：)sin(tAx式中 A強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值； 振動(dòng)體位移相對(duì)于激振力的相位角； t 時(shí)間其中強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅為：2220222220)2()1 (4)(AfA相位角為：21

37、2arctan50式中 f f=F/m； A0系統(tǒng)在靜力F作用下的靜位移（m)kFmkmFfA200k系統(tǒng)的靜剛度（N/m）；頻率比，/0阻尼比，ckmmkm2/2/0c臨界阻尼系數(shù)，kmc2511）強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，）強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，振動(dòng)本身也不能使激振力變化。振動(dòng)本身也不能使激振力變化。2）強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相同，而與系）強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。統(tǒng)的固有頻率無(wú)關(guān)。3）強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)）強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。的特性有關(guān)。 激振力的影響。激振力的影響。A0=F/k2、強(qiáng)迫振動(dòng)的