第2章切屑形成過(guò)程及加工表面質(zhì)量

1、第第2 2章章 切屑形成過(guò)程及加工表面量切屑形成過(guò)程及加工表面量n研究切屑形成過(guò)程對(duì)于保證加工質(zhì)量研究切屑形成過(guò)程對(duì)于保證加工質(zhì)量,降低制降低制造成本造成本.提高生產(chǎn)率有著十分重要的意義。因提高生產(chǎn)率有著十分重要的意義。因?yàn)榍邢鬟^(guò)程中的各種物理現(xiàn)象為切削過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象,如切削力如切削力,切削切削熱熱,刀具磨損和加工質(zhì)量都以切屑形成過(guò)程為刀具磨損和加工質(zhì)量都以切屑形成過(guò)程為基礎(chǔ)基礎(chǔ),而生產(chǎn)中的許多問(wèn)題如積屑瘤、鱗刺、而生產(chǎn)中的許多問(wèn)題如積屑瘤、鱗刺、振動(dòng)、卷屑與斷屑也與切屑形成有關(guān)。振動(dòng)、卷屑與斷屑也與切屑形成有關(guān)。 2.1 切削形成過(guò)程切削形成過(guò)程n切削形成過(guò)程可看成三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的變切削

2、形成過(guò)程可看成三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的變形過(guò)程，對(duì)應(yīng)三個(gè)變形區(qū)域。形過(guò)程，對(duì)應(yīng)三個(gè)變形區(qū)域。n2.1.1 第一變形區(qū)的變形及其特征第一變形區(qū)的變形及其特征一一. 變形過(guò)程變形過(guò)程n當(dāng)?shù)毒吲c工件開(kāi)始接觸的瞬間當(dāng)?shù)毒吲c工件開(kāi)始接觸的瞬間,切削刃和前刀面在接觸切削刃和前刀面在接觸處擠壓切削層金屬處擠壓切削層金屬,使切削層金屬產(chǎn)生應(yīng)力和彈性形變。使切削層金屬產(chǎn)生應(yīng)力和彈性形變。隨著切削過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行隨著切削過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行,切削刃和前刀面對(duì)切削層金切削刃和前刀面對(duì)切削層金屬的擠壓作用加強(qiáng)屬的擠壓作用加強(qiáng),應(yīng)力和變形逐漸增大應(yīng)力和變形逐漸增大,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到材當(dāng)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)料的屈服強(qiáng)度時(shí),切削層金屬開(kāi)始沿最

3、大剪應(yīng)力方向滑切削層金屬開(kāi)始沿最大剪應(yīng)力方向滑移移,產(chǎn)生塑性變形產(chǎn)生塑性變形。 第一變形區(qū)的變形過(guò)程第一變形區(qū)的變形過(guò)程n隨著切削過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行隨著切削過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行,剪應(yīng)力逐漸增大剪應(yīng)力逐漸增大,滑移量也逐滑移量也逐漸增大漸增大,當(dāng)切削層金屬流動(dòng)方向與前刀面平行當(dāng)切削層金屬流動(dòng)方向與前刀面平行,不再剪切不再剪切滑移而最終轉(zhuǎn)變成切屑。圖中滑移而最終轉(zhuǎn)變成切屑。圖中OM為為“終滑移面終滑移面”或或“終剪切面終剪切面”,始滑移面始滑移面OA和終滑移面和終滑移面OM之間的變形之間的變形區(qū)稱為第一變形區(qū)區(qū)稱為第一變形區(qū)。第一變形區(qū)的變形特征 n(1) 切削層金屬產(chǎn)生沿滑移面的剪切變形切削層金屬產(chǎn)生沿滑

4、移面的剪切變形,其變形會(huì)深其變形會(huì)深入到切削層以下。入到切削層以下。n(2) 切削層金屬經(jīng)剪切滑移變成切屑后產(chǎn)生了加工硬切削層金屬經(jīng)剪切滑移變成切屑后產(chǎn)生了加工硬化化,即切屑的硬度大于工件材料基體的硬度。即切屑的硬度大于工件材料基體的硬度。n(3) 切削層金屬經(jīng)剪切滑移后晶格扭曲切削層金屬經(jīng)剪切滑移后晶格扭曲,晶粒拉長(zhǎng)晶粒拉長(zhǎng),即金即金屬組織纖維化。屬組織纖維化。n(4) 切屑厚度變厚切屑厚度變厚, 大于切削層厚度大于切削層厚度,剪切變形越大剪切變形越大,切切屑厚度越厚。屑厚度越厚。n(5) 切削塑性金屬時(shí)切削塑性金屬時(shí),切屑背面呈鋸齒形切屑背面呈鋸齒形。2.1.2第二變形區(qū)的變形及其特征 n

5、 變形過(guò)程變形過(guò)程n切削塑性金屬時(shí)切削塑性金屬時(shí),切屑從前刀面上流出時(shí)受前刀面的擠切屑從前刀面上流出時(shí)受前刀面的擠壓和摩擦壓和摩擦,在靠近前刀面處形成第二變形區(qū)。在靠近前刀面處形成第二變形區(qū)。n第二變形區(qū)的變形特征是第二變形區(qū)的變形特征是:n(1) 切屑底層靠近前刀面處流速減慢切屑底層靠近前刀面處流速減慢,甚至滯留在前刀甚至滯留在前刀面上面上,形成滯留層形成滯留層,使切屑產(chǎn)生內(nèi)摩擦。使切屑產(chǎn)生內(nèi)摩擦。n(2) 切屑底層流經(jīng)前刀面時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱使切屑與前切屑底層流經(jīng)前刀面時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱使切屑與前刀面的接觸處溫度進(jìn)一步升高刀面的接觸處溫度進(jìn)一步升高,達(dá)到幾百度甚至上千度。達(dá)到幾百度甚至上千度。n(

6、3) 切屑底層因摩擦變形而纖維化切屑底層因摩擦變形而纖維化,底層長(zhǎng)度增加底層長(zhǎng)度增加,切屑切屑發(fā)生向上彎曲發(fā)生向上彎曲,與前刀面的接觸面積減小。與前刀面的接觸面積減小。n典型特征影響：典型特征影響：1 1）前刀面摩擦力與摩擦熱很大：切削塑性金屬時(shí)）前刀面摩擦力與摩擦熱很大：切削塑性金屬時(shí),由于切屑由于切屑與前刀面之間的壓力大與前刀面之間的壓力大,23Gpa(20003000N/mm2),再加上幾百度的高溫再加上幾百度的高溫,可以使切屑底部與前刀面發(fā)生粘結(jié)。可以使切屑底部與前刀面發(fā)生粘結(jié)。在有粘結(jié)的情況下在有粘結(jié)的情況下, ,切屑與前刀面是切屑底層和刀具上的切屑與前刀面是切屑底層和刀具上的粘結(jié)層

7、與其上層的金屬之間的內(nèi)摩擦。這實(shí)際上就是金屬粘結(jié)層與其上層的金屬之間的內(nèi)摩擦。這實(shí)際上就是金屬內(nèi)部的剪切滑移內(nèi)部的剪切滑移, ,它與材料的流動(dòng)應(yīng)力特性以及粘結(jié)面積它與材料的流動(dòng)應(yīng)力特性以及粘結(jié)面積的大小有關(guān)的大小有關(guān), ,其摩擦規(guī)律與外摩擦不同。其摩擦規(guī)律與外摩擦不同。 2 2） 形成形成積屑瘤積屑瘤，改變刀具實(shí)際切削條件。改變刀具實(shí)際切削條件。2.1.2第二變形區(qū)的變形及其特征 積屑瘤的形成積屑瘤的形成n切削塑性金屬時(shí)切削塑性金屬時(shí), ,切屑對(duì)前刀面接觸處的摩擦切屑對(duì)前刀面接觸處的摩擦, ,使前刀面十分潔凈使前刀面十分潔凈, ,當(dāng)兩者接觸達(dá)到一定溫度當(dāng)兩者接觸達(dá)到一定溫度, ,同時(shí)壓力同時(shí)壓

8、力又較高時(shí)又較高時(shí), ,就會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象就會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象, ,也稱也稱“冷焊冷焊”。這在主切削刃附近的前刀面上粘著一塊剖面有時(shí)這在主切削刃附近的前刀面上粘著一塊剖面有時(shí)呈三角狀的硬塊呈三角狀的硬塊, ,它的硬度很高它的硬度很高, ,通常是工件材料的通常是工件材料的2 23 3倍倍, ,在處在處于比較穩(wěn)定時(shí)能代替刀刃進(jìn)行切削。這塊于比較穩(wěn)定時(shí)能代替刀刃進(jìn)行切削。這塊“冷焊冷焊”在前刀面上的在前刀面上的金屬層稱為積屑瘤金屬層稱為積屑瘤 。積屑瘤對(duì)切削過(guò)程的影響 n 實(shí)際前角增大實(shí)際前角增大 ：可以減小切削力可以減小切削力, ,對(duì)切削過(guò)程起著積極作用對(duì)切削過(guò)程起著積極作用 ；n 增大了切削厚度增大了

9、切削厚度: 因?yàn)榍邢鬟^(guò)程中除積屑瘤底部較穩(wěn)定外因?yàn)榍邢鬟^(guò)程中除積屑瘤底部較穩(wěn)定外,頂頂部不斷形成和脫落部不斷形成和脫落,呈周期性變化呈周期性變化,這就會(huì)引起切削力波動(dòng)這就會(huì)引起切削力波動(dòng),從而有從而有可能引起振動(dòng)。可能引起振動(dòng)。 n 使加工表面粗糙度增大使加工表面粗糙度增大: 積屑瘤頂部很不穩(wěn)定積屑瘤頂部很不穩(wěn)定,其形狀不規(guī)則其形狀不規(guī)則,在加工表面產(chǎn)生寬度和深度不同的溝紋在加工表面產(chǎn)生寬度和深度不同的溝紋,使加工表面的粗糙度增大使加工表面的粗糙度增大,脫落時(shí)一部分附在切屑底部被切屑帶走脫落時(shí)一部分附在切屑底部被切屑帶走,另一部分也可能嵌在加工另一部分也可能嵌在加工表面上形成硬質(zhì)點(diǎn)。表面上形成

10、硬質(zhì)點(diǎn)。n 對(duì)刀具耐用度的影響對(duì)刀具耐用度的影響: 積屑瘤粘附在前刀面上積屑瘤粘附在前刀面上,相對(duì)穩(wěn)定時(shí)相對(duì)穩(wěn)定時(shí),可可以代替刀刃切削以代替刀刃切削,有減小刀具磨損有減小刀具磨損,起提高刀具耐用度的作用。不起提高刀具耐用度的作用。不穩(wěn)定時(shí)穩(wěn)定時(shí),積屑瘤的脫落積屑瘤的脫落,可使刀具產(chǎn)生粘結(jié)磨損?？墒沟毒弋a(chǎn)生粘結(jié)磨損。 n總結(jié)論：弊多利少。總結(jié)論：弊多利少。防止積屑瘤的措施n 降低切削速度降低切削速度,使切削溫度較低使切削溫度較低,可避免使切屑底層可避免使切屑底層不與前刀面粘結(jié)。不與前刀面粘結(jié)。n 高速切削高速切削,使切削溫度高于積屑瘤消失的溫度。例使切削溫度高于積屑瘤消失的溫度。例如如,高速精車(chē)

11、塑性金屬既可避免積屑瘤產(chǎn)生高速精車(chē)塑性金屬既可避免積屑瘤產(chǎn)生,又可提高生又可提高生產(chǎn)效率。產(chǎn)效率。n 采用潤(rùn)滑性能良好的切削液采用潤(rùn)滑性能良好的切削液,減小前刀面與切屑底減小前刀面與切屑底層的摩擦層的摩擦,降低切削溫度降低切削溫度,可防止積屑瘤產(chǎn)生。可防止積屑瘤產(chǎn)生。n 增大刀具前角增大刀具前角,可減小刀屑接觸區(qū)的壓力可減小刀屑接觸區(qū)的壓力,可防止可防止積屑瘤的生成。積屑瘤的生成。n 提高工件材料的硬度提高工件材料的硬度,減小加工硬化減小加工硬化,可避免積屑瘤可避免積屑瘤的產(chǎn)生的產(chǎn)生,這可以通過(guò)對(duì)工件材料正火或調(diào)質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可以通過(guò)對(duì)工件材料正火或調(diào)質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.1.3第三變形區(qū)的變形第三變形

12、區(qū)的變形n刀刃圓弧刀刃圓弧OB,后刀面磨損帶寬度后刀面磨損帶寬度VB和和CD三部三部分對(duì)工件已加工表面金屬的擠壓和摩擦便構(gòu)成分對(duì)工件已加工表面金屬的擠壓和摩擦便構(gòu)成了第三變形區(qū)。了第三變形區(qū)。圖2-16 已加工表面的形成過(guò)程已加工表面的形成過(guò)程 綜述n如果將三個(gè)變形區(qū)聯(lián)系起來(lái)如果將三個(gè)變形區(qū)聯(lián)系起來(lái),當(dāng)切削層金屬進(jìn)入當(dāng)切削層金屬進(jìn)入第一變形區(qū)時(shí)第一變形區(qū)時(shí),晶粒被壓縮而變長(zhǎng)晶粒被壓縮而變長(zhǎng),因剪切滑移而因剪切滑移而傾斜。當(dāng)切削層金屬逐漸接近刀刃時(shí)傾斜。當(dāng)切削層金屬逐漸接近刀刃時(shí),晶粒變得晶粒變得更長(zhǎng)更長(zhǎng),形成了包圍刀刃的纖維層形成了包圍刀刃的纖維層,最終在刀尖最終在刀尖O點(diǎn)點(diǎn)斷裂。一部分金屬變

13、成切屑沿前刀面流出。另斷裂。一部分金屬變成切屑沿前刀面流出。另一部分受刀刃圓弧一部分受刀刃圓弧,后刀面磨損帶寬度和彈性恢后刀面磨損帶寬度和彈性恢復(fù)部分的擠壓和摩擦而留在已加工表面上復(fù)部分的擠壓和摩擦而留在已加工表面上,因此因此,已加工表面層金屬的晶粒被拉得更細(xì)更長(zhǎng)已加工表面層金屬的晶粒被拉得更細(xì)更長(zhǎng),其纖其纖維方向平行于已加工表面。已加工表面層的金維方向平行于已加工表面。已加工表面層的金屬經(jīng)多次擠壓和摩擦屬經(jīng)多次擠壓和摩擦,其組織與基體材料組織的其組織與基體材料組織的性質(zhì)不同性質(zhì)不同,所以稱這層金屬為加工變質(zhì)層。所以稱這層金屬為加工變質(zhì)層。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n已加工表面質(zhì)量也

14、稱為表面完整性已加工表面質(zhì)量也稱為表面完整性,它包它包括兩個(gè)方面的內(nèi)容括兩個(gè)方面的內(nèi)容: n(1) 表面幾何學(xué)方面表面幾何學(xué)方面: 主要指零件表面由刀刃或磨具留主要指零件表面由刀刃或磨具留下的痕跡下的痕跡,加工工藝不同加工工藝不同,痕跡的深淺、粗細(xì)不同。這種痕跡的深淺、粗細(xì)不同。這種微觀幾何形狀稱為表面粗糙度微觀幾何形狀稱為表面粗糙度,其值用其值用 或或 表示。表示。n(2) 表層材質(zhì)的變化表層材質(zhì)的變化: 零件加工后在一定深度內(nèi)的表層零件加工后在一定深度內(nèi)的表層金屬的晶粒組織發(fā)生變化金屬的晶粒組織發(fā)生變化,形成非晶質(zhì)層和纖維組織層形成非晶質(zhì)層和纖維組織層,即所謂加工變質(zhì)層。即所謂加工變質(zhì)層。

15、 零件表層材質(zhì)特性的表達(dá)方式有塑性變形零件表層材質(zhì)特性的表達(dá)方式有塑性變形,硬度變化硬度變化,微裂紋微裂紋,殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力,熱損傷區(qū)化學(xué)性質(zhì)及特性的變化等多熱損傷區(qū)化學(xué)性質(zhì)及特性的變化等多種。種。n1.表面粗糙度表面粗糙度已加工表面粗糙度是指已加工表面的微觀不平度。已加工表面粗糙度是指已加工表面的微觀不平度。 表面粗糙度的類(lèi)型有縱向粗糙度和橫向粗糙度兩表面粗糙度的類(lèi)型有縱向粗糙度和橫向粗糙度兩種?？v向粗糙度指沿切削速度方向的粗糙度種?？v向粗糙度指沿切削速度方向的粗糙度,如振如振紋等。橫向粗糙度指進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的粗糙度紋等。橫向粗糙度指進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的粗糙度,主要主要由進(jìn)給量由進(jìn)給量,刀具的主偏角

16、刀具的主偏角,刀尖的圓弧半徑引起刀尖的圓弧半徑引起,其其值約為縱向粗糙度的值約為縱向粗糙度的23倍。倍。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n產(chǎn)生表面粗糙度的原因產(chǎn)生表面粗糙度的原因:n(1) 由幾何因素引起的表面粗糙度由幾何因素引起的表面粗糙度,其值由殘留面積高其值由殘留面積高度決定。度決定。 (a) (b)圖218 車(chē)削時(shí)的殘留面積高度已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n(2) 由切削過(guò)程中的不穩(wěn)定因素引起的粗糙度由切削過(guò)程中的不穩(wěn)定因素引起的粗糙度,如積屑瘤如積屑瘤,鱗刺鱗刺,切削過(guò)程中的變形切削過(guò)程中的變形,刀具邊界磨刀具邊界磨損損,刀刃與工件之間的相互位置變動(dòng)等。刀刃與工件之間的相

17、互位置變動(dòng)等。 已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n(3)切削過(guò)程中切削過(guò)程中,工藝系統(tǒng)可能發(fā)生振動(dòng)工藝系統(tǒng)可能發(fā)生振動(dòng),使已加工表面使已加工表面產(chǎn)生振紋產(chǎn)生振紋,影響已加工表面粗糙度影響已加工表面粗糙度,甚至損壞刀具。甚至損壞刀具。n切削過(guò)程中的振動(dòng)可分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。強(qiáng)迫切削過(guò)程中的振動(dòng)可分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)是由外來(lái)周期性的或非周期性的激振力引起的振振動(dòng)是由外來(lái)周期性的或非周期性的激振力引起的振動(dòng)。其特點(diǎn)是動(dòng)。其特點(diǎn)是: 工件表面的振痕的頻率等于外來(lái)激振力工件表面的振痕的頻率等于外來(lái)激振力的頻率。的頻率。n自激振動(dòng)是在沒(méi)有外來(lái)周期性或非周期性的激振力的自激振動(dòng)是在沒(méi)有外

18、來(lái)周期性或非周期性的激振力的條件下產(chǎn)生的振動(dòng)。激振力是切削過(guò)程自身激發(fā)的。條件下產(chǎn)生的振動(dòng)。激振力是切削過(guò)程自身激發(fā)的。如積屑瘤的產(chǎn)生和消失等。自激振動(dòng)的特點(diǎn)是如積屑瘤的產(chǎn)生和消失等。自激振動(dòng)的特點(diǎn)是: 自激振自激振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率,振動(dòng)頻率很高振動(dòng)頻率很高,通常稱為通常稱為顫振。顫振。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n減小或消除振動(dòng)的措施減小或消除振動(dòng)的措施:n(1) 提高工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具、工件的剛度。提高工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具、工件的剛度。n(2) 對(duì)高速回轉(zhuǎn)的零件進(jìn)行動(dòng)、靜平衡對(duì)高速回轉(zhuǎn)的零件進(jìn)行動(dòng)、靜平衡,降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)部

19、件的速度。部件的速度。n(3) 提高機(jī)床傳動(dòng)件的制造精度和裝配精度。提高機(jī)床傳動(dòng)件的制造精度和裝配精度。n(4) 合理選擇切削用量。在條件允許的情況下適當(dāng)增合理選擇切削用量。在條件允許的情況下適當(dāng)增大進(jìn)給量和切削速度既可抑制振動(dòng)又可提高生產(chǎn)率。大進(jìn)給量和切削速度既可抑制振動(dòng)又可提高生產(chǎn)率。n(5) 合理選擇刀具幾何參數(shù)。例如采用合理選擇刀具幾何參數(shù)。例如采用=的外圓車(chē)刀的外圓車(chē)刀;在后刀面上磨消振棱在后刀面上磨消振棱, 如圖如圖411所示所示;適當(dāng)減小后角適當(dāng)減小后角,增大阻尼。增大阻尼。n(6) 采用減振措施。例如采用阻尼減振器采用減振措施。例如采用阻尼減振器,摩擦減振器摩擦減振器防止振動(dòng)。

20、防止振動(dòng)。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n2.加工硬化加工硬化n1). 加工硬化對(duì)零件使用性能的影響加工硬化對(duì)零件使用性能的影響:n(1) 有助于提高零件的耐磨性有助于提高零件的耐磨性,但容易出現(xiàn)微裂紋但容易出現(xiàn)微裂紋,影響零件的疲勞強(qiáng)度。影響零件的疲勞強(qiáng)度。n(2) 給后繼工序加工帶來(lái)困難給后繼工序加工帶來(lái)困難,加劇刀具的磨損加劇刀具的磨損,降低刀具的耐用度。降低刀具的耐用度。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n2). 加工硬化產(chǎn)生的原因加工硬化產(chǎn)生的原因:n(1) 第一變形區(qū)的變形會(huì)深入到切削層以下。第一變形區(qū)的變形會(huì)深入到切削層以下。n(2)

21、刀刃圓弧的擠壓刀刃圓弧的擠壓,刀具后刀面磨損帶寬度的擠刀具后刀面磨損帶寬度的擠壓和摩擦壓和摩擦,產(chǎn)生附加塑性變形。產(chǎn)生附加塑性變形。n(3) 里層金屬的彈性恢復(fù)使已加工表面與刀具的里層金屬的彈性恢復(fù)使已加工表面與刀具的后刀面繼續(xù)產(chǎn)生擠壓和摩擦后刀面繼續(xù)產(chǎn)生擠壓和摩擦,已加工表面經(jīng)上述多已加工表面經(jīng)上述多次擠壓和摩擦后產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形次擠壓和摩擦后產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形,晶格扭曲晶格扭曲.晶晶粒拉長(zhǎng)粒拉長(zhǎng),晶粒破碎而強(qiáng)化晶粒破碎而強(qiáng)化,硬度顯著提高。硬度顯著提高。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n3.殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力n 殘余應(yīng)力指在沒(méi)有外力作用的情況下殘余應(yīng)力指在沒(méi)有外力作用的情況下,在物體內(nèi)

22、部為在物體內(nèi)部為保持平衡而留下的應(yīng)力保持平衡而留下的應(yīng)力,殘余應(yīng)力有殘余拉應(yīng)力和殘余殘余應(yīng)力有殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力之分壓應(yīng)力之分,而且成對(duì)出現(xiàn)。物體內(nèi)、外層殘余應(yīng)力符而且成對(duì)出現(xiàn)。物體內(nèi)、外層殘余應(yīng)力符號(hào)相反。號(hào)相反。n1). 殘余應(yīng)力對(duì)零件使用性能的影響殘余應(yīng)力對(duì)零件使用性能的影響n(1) 使加工后的零件變形使加工后的零件變形,影響零件的形狀精度。影響零件的形狀精度。n(2) (2) 容易產(chǎn)生微裂紋容易產(chǎn)生微裂紋,影響受交變載荷的零件的抗疲勞影響受交變載荷的零件的抗疲勞強(qiáng)度能力。強(qiáng)度能力。 已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n2). 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因n(1) 機(jī)械應(yīng)力

23、引起的塑性變形使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力引起的塑性變形使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力。n已加工表面形成時(shí)已加工表面形成時(shí),在刀刃圓弧在刀刃圓弧OB。磨損帶寬度磨損帶寬度VB的的強(qiáng)烈擠壓和摩擦作用下強(qiáng)烈擠壓和摩擦作用下,表層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形表層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形,而里層產(chǎn)生彈性變形。已加工表面形成后而里層產(chǎn)生彈性變形。已加工表面形成后,因刀具的作因刀具的作用力消失用力消失.里層金屬產(chǎn)生彈性恢復(fù)里層金屬產(chǎn)生彈性恢復(fù),但受到表層金屬的限但受到表層金屬的限制制,因而在表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。如果里層產(chǎn)生的是壓縮因而在表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。如果里層產(chǎn)生的是壓縮彈性變形彈性變形,則表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力則表層產(chǎn)生殘余拉

24、應(yīng)力,里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力;如果里層產(chǎn)生的是拉伸彈性變形如果里層產(chǎn)生的是拉伸彈性變形,則表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)則表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力力,里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n(2) 由熱應(yīng)力引起的塑性變形使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力由熱應(yīng)力引起的塑性變形使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力n切切而形成奧氏體而形成奧氏體,冷卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體冷卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體,由于馬氏體的由于馬氏體的體積比奧氏體大體積比奧氏體大,因而表層金屬產(chǎn)生膨脹因而表層金屬產(chǎn)生膨脹,但受到里層金但受到里層金屬的阻礙屬的阻礙,于是表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力于是表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)

25、力。力。削加工時(shí)削加工時(shí),由于刀刃圓弧，磨損帶寬度由于刀刃圓弧，磨損帶寬度VB的強(qiáng)烈擠的強(qiáng)烈擠壓和摩擦以及彈性恢復(fù)使已加工表面溫度升高而膨脹壓和摩擦以及彈性恢復(fù)使已加工表面溫度升高而膨脹,切削后冷卻時(shí)切削后冷卻時(shí),表層收縮表層收縮,但受到里層金屬的阻礙但受到里層金屬的阻礙,因而因而表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力,里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,使用切削使用切削液更是如此。液更是如此。已加工表面質(zhì)量描述已加工表面質(zhì)量描述n(3) 相變引起的體積變化使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力相變引起的體積變化使工件產(chǎn)生殘余應(yīng)力n 高速切削時(shí)高速切削時(shí),表層金屬可能發(fā)生相變而形成奧氏體表層金屬可能發(fā)生相變而

26、形成奧氏體, ,冷冷卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體卻后又轉(zhuǎn)變成馬氏體, ,由于馬氏體的體積比奧氏體大由于馬氏體的體積比奧氏體大, ,因因而表層金屬產(chǎn)生膨脹而表層金屬產(chǎn)生膨脹, ,但受到里層金屬的阻礙但受到里層金屬的阻礙, ,于是表層于是表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力, ,里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。磨淬火鋼時(shí)磨淬火鋼時(shí), ,若若表層金屬發(fā)生退火表層金屬發(fā)生退火, ,則馬氏體轉(zhuǎn)變成屈氏體或索氏體則馬氏體轉(zhuǎn)變成屈氏體或索氏體, ,因因而表層體積縮小而收縮而表層體積縮小而收縮, , 但受到里層金屬的阻礙但受到里層金屬的阻礙, ,于是表于是表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力, ,里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。

27、里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。n 已加工表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是上述三種殘余應(yīng)力合成已加工表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是上述三種殘余應(yīng)力合成的結(jié)果。的結(jié)果。殘余應(yīng)力的大小和符號(hào)由起主導(dǎo)作用的因素決殘余應(yīng)力的大小和符號(hào)由起主導(dǎo)作用的因素決定定, ,可能是殘余拉應(yīng)力可能是殘余拉應(yīng)力, ,也可能是殘余壓應(yīng)力。也可能是殘余壓應(yīng)力。 2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n2.3.1砂輪的特性和砂輪選擇砂輪的特性和砂輪選擇 砂輪是一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來(lái)經(jīng)壓坯、干燥、砂輪是一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來(lái)經(jīng)壓坯、干燥、焙燒及車(chē)整而成焙燒及車(chē)整而成,具有很多氣孔具有很多氣孔,而用磨粒進(jìn)行切削的工而用磨粒進(jìn)行切削的工具具,砂輪的結(jié)

28、構(gòu)。砂輪特性主要由磨粒、粒度、結(jié)合劑、砂輪的結(jié)構(gòu)。砂輪特性主要由磨粒、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織及形狀尺寸等因素決定。硬度、組織及形狀尺寸等因素決定。 圖2-36砂輪的結(jié)構(gòu)1-磨粒 2-結(jié)合劑 3-氣孔2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n一一.磨料磨料n 生產(chǎn)中所用磨料有五個(gè)系生產(chǎn)中所用磨料有五個(gè)系,它們是它們是:剛玉系、碳化硅剛玉系、碳化硅系、碳化硼系、金剛石系及立方氮化硼系。其中以剛系、碳化硼系、金剛石系及立方氮化硼系。其中以剛玉系玉系()及碳化硅及碳化硅(SiC)磨料應(yīng)用最多。碳化硅磨粒比氧磨料應(yīng)用最多。碳化硅磨粒比氧化鋁磨粒堅(jiān)硬化鋁磨粒堅(jiān)硬,但抗彎強(qiáng)度比氧化鋁磨粒差得多。磨削但抗

29、彎強(qiáng)度比氧化鋁磨粒差得多。磨削硬鑄鐵等類(lèi)材料時(shí)硬鑄鐵等類(lèi)材料時(shí),碳化硅磨粒的磨削效率比氧化鋁磨碳化硅磨粒的磨削效率比氧化鋁磨粒高粒高;但當(dāng)磨削強(qiáng)度較高的鋼材時(shí)但當(dāng)磨削強(qiáng)度較高的鋼材時(shí),碳化硅磨粒比氧化鋁碳化硅磨粒比氧化鋁磨粒易于磨鈍磨粒易于磨鈍,一般認(rèn)為，磨削各類(lèi)鋼包括不銹鋼及高一般認(rèn)為，磨削各類(lèi)鋼包括不銹鋼及高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度鋼,退了火的可鍛鑄鐵和硬青銅退了火的可鍛鑄鐵和硬青銅,可選用氧化鋁類(lèi)砂可選用氧化鋁類(lèi)砂輪輪;磨鑄鐵、黃銅、軟青銅、鋁、硬質(zhì)合金磨鑄鐵、黃銅、軟青銅、鋁、硬質(zhì)合金,可選用碳化可選用碳化硅砂輪。硅砂輪。 2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n二二.粒度粒度n磨料的粒度表示磨

30、料顆粒尺寸的大小。磨料的粒度表示磨料顆粒尺寸的大小。 顆粒尺寸大于顆粒尺寸大于40的磨料的磨料,用機(jī)械篩分法確定粒用機(jī)械篩分法確定粒度號(hào)數(shù)度號(hào)數(shù),其粒度號(hào)數(shù)值就是該種顆粒通過(guò)篩孔一英其粒度號(hào)數(shù)值就是該種顆粒通過(guò)篩孔一英寸寸(25.4mm)長(zhǎng)度上的孔數(shù)。因此長(zhǎng)度上的孔數(shù)。因此,粒度號(hào)數(shù)越大粒度號(hào)數(shù)越大顆粒越細(xì)。顆粒尺寸小于顆粒越細(xì)。顆粒尺寸小于40的磨料用顯微鏡分析的磨料用顯微鏡分析法測(cè)量法測(cè)量,其粒度號(hào)數(shù)即為該顆粒最大尺寸的微米數(shù)。其粒度號(hào)數(shù)即為該顆粒最大尺寸的微米數(shù)。 n砂輪粒度的選擇原則砂輪粒度的選擇原則:n1.精磨時(shí)精磨時(shí),應(yīng)選用磨料粒度號(hào)數(shù)較大應(yīng)選用磨料粒度號(hào)數(shù)較大,或顆粒尺寸較小的或

31、顆粒尺寸較小的砂輪砂輪,以減小已加工表面粗糙度。以減小已加工表面粗糙度。n2.粗磨時(shí)粗磨時(shí),應(yīng)選用磨料粒度號(hào)數(shù)較小應(yīng)選用磨料粒度號(hào)數(shù)較小,或顆粒尺寸較粗的或顆粒尺寸較粗的砂輪砂輪,以提高磨削生產(chǎn)率。以提高磨削生產(chǎn)率。 n3.砂輪速度高時(shí)砂輪速度高時(shí),或砂輪與工件接觸面積較大時(shí)或砂輪與工件接觸面積較大時(shí),選用顆選用顆粒較粗的砂輪粒較粗的砂輪,以減少參加同時(shí)磨削的磨粒數(shù)以減少參加同時(shí)磨削的磨粒數(shù),以免發(fā)熱以免發(fā)熱過(guò)多而引起工件表面燒傷。過(guò)多而引起工件表面燒傷。n4.磨削軟而韌的金屬時(shí)磨削軟而韌的金屬時(shí),用顆粒較粗的砂輪用顆粒較粗的砂輪,以免砂輪過(guò)以免砂輪過(guò)早堵塞早堵塞;磨削脆而硬的金屬時(shí)磨削脆而硬

32、的金屬時(shí),選用顆粒較細(xì)的砂輪選用顆粒較細(xì)的砂輪,以以增加同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù)增加同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù),提高生產(chǎn)率。提高生產(chǎn)率。2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n三三.結(jié)合劑結(jié)合劑n結(jié)合劑的作用是將磨粒粘結(jié)起來(lái)結(jié)合劑的作用是將磨粒粘結(jié)起來(lái),使砂輪具有一定強(qiáng)度、使砂輪具有一定強(qiáng)度、氣孔、硬度和抗腐蝕、抗潮濕的性能氣孔、硬度和抗腐蝕、抗潮濕的性能,國(guó)產(chǎn)砂輪的結(jié)合國(guó)產(chǎn)砂輪的結(jié)合劑有以下四種劑有以下四種:n1. 陶瓷結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑 :此種結(jié)合劑是由粘土、長(zhǎng)石、滑石、此種結(jié)合劑是由粘土、長(zhǎng)石、滑石、硼玻璃、硅石等材料配制而成。它的特點(diǎn)是硼玻璃、硅石等材料配制而成。它的特點(diǎn)是: 粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度

33、高高,剛性好剛性好,耐熱性和耐腐蝕性好耐熱性和耐腐蝕性好,不怕潮濕不怕潮濕,氣孔率大氣孔率大,能能很好地保持砂輪的廓形很好地保持砂輪的廓形,磨削生產(chǎn)率高磨削生產(chǎn)率高,是最常用的一種是最常用的一種結(jié)合劑。在日本結(jié)合劑。在日本90%以上的磨具使用陶瓷結(jié)合劑。其以上的磨具使用陶瓷結(jié)合劑。其缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是: 性脆性脆,韌性及彈性較差韌性及彈性較差,不宜制造切斷砂輪。不宜制造切斷砂輪。 2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n2. 樹(shù)脂結(jié)合劑樹(shù)脂結(jié)合劑 :此種結(jié)合劑多采用酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)此種結(jié)合劑多采用酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂。其特點(diǎn)是脂。其特點(diǎn)是: 強(qiáng)度高強(qiáng)度高,彈性好。耐熱性差彈性好。耐熱性差, ,磨削

34、溫磨削溫度度 時(shí)時(shí), ,結(jié)合能力顯著下降結(jié)合能力顯著下降, ,致使磨粒容易脫落。致使磨粒容易脫落。用于磨避免燒傷的薄壁件用于磨避免燒傷的薄壁件, ,磨刀具以及超精磨和拋光磨刀具以及超精磨和拋光; ; 氣孔率小氣孔率小, ,易堵塞易堵塞; ; 磨損快磨損快, ,易失去砂輪廓形易失去砂輪廓形; ; 耐腐蝕性差。耐腐蝕性差。 n3. 橡膠結(jié)合劑橡膠結(jié)合劑：此種結(jié)合劑多采用人造橡膠。與樹(shù)脂此種結(jié)合劑多采用人造橡膠。與樹(shù)脂結(jié)合劑相比更具有彈性和強(qiáng)度結(jié)合劑相比更具有彈性和強(qiáng)度,氣孔小氣孔小,具有很好的拋光具有很好的拋光性能性能,可制造可制造0.1mm厚度的薄砂輪。允許使用的極限厚度的薄砂輪。允許使用的極限

35、速度為速度為65m/s。多用于制造無(wú)心磨導(dǎo)輪多用于制造無(wú)心磨導(dǎo)輪,切斷切斷,開(kāi)槽開(kāi)槽,拋拋光等砂輪。耐熱性差光等砂輪。耐熱性差,磨削溫度就軟化磨削溫度就軟化,砂輪耐用度低。砂輪耐用度低。遇油易變形遇油易變形,不宜用油性冷卻液。不宜用油性冷卻液。2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n4. 金屬結(jié)合劑：常用的結(jié)合劑是青銅金屬結(jié)合劑：常用的結(jié)合劑是青銅,用于制造金剛石用于制造金剛石砂輪。其特點(diǎn)是砂輪。其特點(diǎn)是: 砂輪型面保持能力強(qiáng)砂輪型面保持能力強(qiáng),抗張強(qiáng)度高抗張強(qiáng)度高,有有一定韌性一定韌性,但但自礪性自礪性差。主要用于粗磨差。主要用于粗磨,精磨硬質(zhì)合金精磨硬質(zhì)合金,磨削與切斷光學(xué)玻璃磨削與切

36、斷光學(xué)玻璃,寶石寶石,陶瓷陶瓷,花崗石花崗石,半導(dǎo)體等。半導(dǎo)體等。 2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n四四. 砂輪的硬度砂輪的硬度n砂輪的硬度指砂輪工作表面的磨粒在磨削力作用下自砂輪的硬度指砂輪工作表面的磨粒在磨削力作用下自砂輪表面脫落的難易程度。它反映了磨粒與粘結(jié)劑的砂輪表面脫落的難易程度。它反映了磨粒與粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度而與磨粒本身硬度無(wú)關(guān)。砂輪硬度低粘結(jié)強(qiáng)度而與磨粒本身硬度無(wú)關(guān)。砂輪硬度低,表示磨表示磨粒容易脫落粒容易脫落;砂輪硬度高砂輪硬度高,表示磨粒難脫落。表示磨粒難脫落。 n砂輪硬度的選擇原則砂輪硬度的選擇原則:n(1) 工件材料越硬工件材料越硬,應(yīng)選擇越軟的砂輪。這是因?yàn)?/p>

37、硬材應(yīng)選擇越軟的砂輪。這是因?yàn)橛膊牧弦资鼓チＤp料易使磨粒磨損,需用較軟的砂輪以使磨鈍的磨粒及時(shí)需用較軟的砂輪以使磨鈍的磨粒及時(shí)脫落。同時(shí)脫落。同時(shí),軟砂輪氣孔較多軟砂輪氣孔較多,較大較大,容屑性能好。但是容屑性能好。但是磨削有色金屬磨削有色金屬(鋁、黃銅、青銅等鋁、黃銅、青銅等)、橡膠、樹(shù)脂等軟、橡膠、樹(shù)脂等軟材料也選較軟的砂輪材料也選較軟的砂輪,使磨損的磨粒容易脫落使磨損的磨粒容易脫落,以免砂輪以免砂輪表面被磨屑堵塞。表面被磨屑堵塞。2.3砂輪特性及磨削過(guò)程砂輪特性及磨削過(guò)程n(2) 砂輪與工件接觸面積大時(shí)砂輪與工件接觸面積大時(shí),應(yīng)選用軟砂輪應(yīng)選用軟砂輪,使磨粒脫落快些使磨粒脫落快些,以以

38、免工件因磨屑堵塞砂輪表面而引起工件表面燒傷。內(nèi)圓磨和端面免工件因磨屑堵塞砂輪表面而引起工件表面燒傷。內(nèi)圓磨和端面平磨時(shí)平磨時(shí),砂輪硬度應(yīng)比外圓磨砂輪硬度低。磨薄壁件及導(dǎo)熱性差的砂輪硬度應(yīng)比外圓磨砂輪硬度低。磨薄壁件及導(dǎo)熱性差的工件時(shí)工件時(shí),砂輪硬度應(yīng)選得低些。砂輪硬度應(yīng)選得低些。n(3) 半精磨的砂輪硬度應(yīng)比粗磨的砂輪硬度低半精磨的砂輪硬度應(yīng)比粗磨的砂輪硬度低,以免工件發(fā)熱燒傷。以免工件發(fā)熱燒傷。精磨精磨,成形磨時(shí)成形磨時(shí),為了使砂輪廓形保持較長(zhǎng)時(shí)間為了使砂輪廓形保持較長(zhǎng)時(shí)間,以減少修砂輪的次以減少修砂輪的次數(shù)數(shù),應(yīng)選硬度較高的砂輪。應(yīng)選硬度較高的砂輪。n(4) 樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪,由于耐熱性差由于耐熱性差,磨粒容易脫落磨粒容易脫落,其硬度應(yīng)比陶其硬度應(yīng)比陶