第五章機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、u加工表面質(zhì)量及其對(duì)加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響使用性能的影響u影響表面粗糙度的工影響表面粗糙度的工藝因素及其改進(jìn)措施藝因素及其改進(jìn)措施u影響表層金屬力學(xué)物影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素及理性能的工藝因素及其改進(jìn)措施其改進(jìn)措施u機(jī)械加工過(guò)程中的振機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)動(dòng) 第五章第五章 機(jī)械加工表面質(zhì)量及控制機(jī)械加工表面質(zhì)量及控制本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)5.1 5.1 加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響加工表面質(zhì)量及其對(duì)使用性能的影響已加工表已加工表面質(zhì)量面質(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表面微觀幾何形狀特征何形狀特征表面層冷作硬化表面層

2、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 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ 表面粗糙度：加工表面的微觀幾何誤差，波長(zhǎng)與波高比表面粗糙度：加工表面的微觀幾何誤差，波長(zhǎng)與波高比值小于值小于5050。表面波度：加工表面不平度波長(zhǎng)與波高比值在表面波度：加工表面不平度波長(zhǎng)與波高比值在505010001000的幾何形狀誤差的幾何形狀誤差紋理方向：表面刀紋的方向紋理方向：表面刀紋的方向傷痕：加工表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)的缺陷傷痕：加工表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)的缺陷切屑刀具 切屑的分離和積屑瘤積屑瘤Ra（m）初始磨損量重載荷輕載荷 表面粗糙度與初始磨損量表面粗

3、糙度值 耐疲勞性適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值耐蝕性表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值 配合質(zhì)量表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好適當(dāng)硬化可提高耐磨性rrfHctgctg28fHr,rrrkkf刀尖圓弧半徑主偏角副偏角進(jìn)給量 車削時(shí)殘留面積的高度f(wàn)rRmaxvfrb）Rmaxfa）vfrr5.25.2影響表面粗糙度的因素及改進(jìn)措施影響表面粗糙度的因素及改進(jìn)措施 切削45鋼時(shí)切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 0200

4、400600hKsRzv 砂輪速度vs，Rav 工件速度vw，Ra v 砂輪縱向進(jìn)給f，Ra v 磨削深度ap，Ra 磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)vs = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v s(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b） 光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/

5、GCW14KB)v光磨次數(shù)，Rav 砂輪粒度砂輪粒度，R Ra a；但要適量；但要適量v 砂輪硬度適中，砂輪硬度適中， R Ra a ；常取中軟；常取中軟v 砂輪組織適中，砂輪組織適中，R Ra a ；常取中等組織；常取中等組織v 采用超硬砂輪材料，采用超硬砂輪材料，R Ra a v 砂輪精細(xì)修整，砂輪精細(xì)修整， R Ra a 冷卻潤(rùn)滑液冷卻潤(rùn)滑液 5.35.3影響表層材料力學(xué)物理性能的工藝因素影響表層材料力學(xué)物理性能的工藝因素及改進(jìn)措施及改進(jìn)措施00100%HVHVNHV切削用量工件材料 f 對(duì)冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135

6、(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45刀具幾何參數(shù)00.20.40.60.81.0磨損高度VB(mm)100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)刀具后刀面磨損對(duì)冷硬影響rrVB0rr磨削用量砂輪工件材料 磨削深度對(duì)冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削彩色氧化膜彩色氧化膜 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 微裂紋微裂紋 內(nèi)冷卻砂輪內(nèi)冷卻砂輪 開槽砂輪開槽砂輪 a） 槽均勻分布槽均勻分布 b）90度內(nèi)變距開槽度內(nèi)變距開槽 表層比

7、容增大表層比容減小熱生殘余拉應(yīng)力的示意圖熱生殘余拉應(yīng)力的示意圖切削用量刀具工件材料 vc 對(duì)殘余應(yīng)力的影響0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距離表面深度(m)殘余應(yīng)力(Gpa)-0.2000.20vc =7.7m/minvc =86m/minvc =213m/min磨削用量的影響磨削用量的影響 工件材料工件材料熱變形和塑性變形對(duì)殘余應(yīng)力影響很大熱變形和塑性變形對(duì)殘余應(yīng)力影響很大熱因素起主導(dǎo)作用殘余拉應(yīng)力塑性變形起主導(dǎo)作用殘余壓應(yīng)力淬火燒傷時(shí)，金相組織變化起主導(dǎo)作用殘余壓應(yīng)力ap對(duì)殘余應(yīng)力的

8、影響加工方法加工方法殘余應(yīng)力符號(hào)殘余應(yīng)力符號(hào) /MPa應(yīng)力層深度應(yīng)力層深度h/mm車削車削一般外拉內(nèi)壓一般外拉內(nèi)壓 外壓內(nèi)拉外壓內(nèi)拉200800 刀具磨損刀具磨損1000一般外拉內(nèi)壓一般外拉內(nèi)壓0.050.1高速、負(fù)前角時(shí)高速、負(fù)前角時(shí)0.65磨削磨削一般外壓內(nèi)拉一般外壓內(nèi)拉20010000.050.30銑削銑削外壓內(nèi)拉外壓內(nèi)拉6001500碳鋼淬硬碳鋼淬硬外壓內(nèi)拉外壓內(nèi)拉400750鋼珠滾壓鋼件鋼珠滾壓鋼件外壓內(nèi)拉外壓內(nèi)拉700800噴丸強(qiáng)化鋼件噴丸強(qiáng)化鋼件外壓內(nèi)拉外壓內(nèi)拉10001200滲碳淬火滲碳淬火外壓內(nèi)拉外壓內(nèi)拉10001100鍍鉻鍍鉻外拉內(nèi)壓外拉內(nèi)壓400鍍銅鍍銅外拉內(nèi)壓外拉內(nèi)壓2

9、00500/minm各種加工方法在工件表面殘余的內(nèi)應(yīng)力各種加工方法在工件表面殘余的內(nèi)應(yīng)力 滾壓加工原理圖珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力 壓縮拉伸塑性變形區(qū)域v 影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度v 影響生產(chǎn)效率 v 加速刀具磨損，易引起崩刃v 影響機(jī)床、夾具的使用壽命v 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康v 工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。v 由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰弱，對(duì)加工影響不大。自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)5.4 5.4 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)v 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起v 強(qiáng)迫振動(dòng)振源：機(jī)外

10、機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過(guò)地基把振動(dòng)傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi)： 1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡 2）機(jī)床傳動(dòng)件的制造誤差和缺陷 3）切削過(guò)程中的沖擊v 頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)v 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振v 相角特征：強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。 自激振動(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ) B C能量EQEE0振幅電動(dòng)機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動(dòng)位移X(t) 自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過(guò)程）調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率x2x2x1x1x1x1x2x2 兩種尾座結(jié)構(gòu)0.25nfff減小切削或磨削時(shí)的重疊系數(shù)（圖4-77）式中 bd 等效切削寬度，即本次切削實(shí)際切到上次切削殘留振紋 在垂直于振動(dòng)方向投影寬度； b 本次切削在垂直于振動(dòng)方向上的切削寬度； B , fa 砂輪寬度與軸向進(jìn)給量。 重疊系數(shù)apfaB振動(dòng)方向XDfbbda）切削b）磨削rr，dabBfbB（切削）（磨削）v 減小重疊系數(shù)方法車刀消振棱0.10.3-5 -202 3增加切削阻尼（例采用倒棱車刀）提高工藝系統(tǒng)剛度 增大工藝系統(tǒng)阻尼 阻尼材料鑄鐵環(huán)鑄