第8章機械加工表面質(zhì)量ppt課件

1、第八章 機械加工外表質(zhì)量 保證機器的運用性能和延伸運用壽命，需提高機器零件的耐磨性、疲勞強度、抗蝕性、密封性、接觸剛度等性能，主要取決于零件的外表質(zhì)量。機械加工外表質(zhì)量是機械零件加工質(zhì)量的一個重要目的。是以機械零件的加工外表和外表層作為分析和研討對象的。 旨在研討零件外表層在加工中的變化和機理，掌握機械加工中各種工藝要素對外表質(zhì)量的影響規(guī)律，控制加工中的各種影響要素，以滿足外表質(zhì)量的要求。 主要討論機械加工外表質(zhì)量的含義、外表質(zhì)量對運用性能的影響、外表質(zhì)量產(chǎn)生的機理等。對消費現(xiàn)場中發(fā)生的外表質(zhì)量問題從實際上作出解釋，提出提高機械加工外表質(zhì)量的途徑。本章提要外表質(zhì)量的含義 外表質(zhì)量是指機器零件加

2、工后外表層的形狀。有兩部分：外表層的幾何外形 外表粗糙度： 是指外表微觀幾何外形誤差，其波高與波長的比值在L1/H140的范圍內(nèi)。外表波度： 是介于加工精度宏觀幾何外形誤差L3/H31000和外表粗糙度之間的一種帶有周期性的幾何外形誤差，其波高與波長的比值在40L2/H21000的范圍。機械加工后的外表質(zhì)量圖8.1 外表幾何外形外表層的物理機械性能外表層冷作硬化簡稱冷硬： 零件在機械加工中外表層金屬產(chǎn)生劇烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強度和硬度都有所提高的景象。外表層金相組織的變化： 由于切削熱引起工件外表溫升過高，外表層金屬發(fā)生金相組織變化的景象。外表層剩余應(yīng)力： 由于加工過程中切削變形和切削熱

3、的影響，工件外表層產(chǎn)生剩余應(yīng)力。機械加工后的外表質(zhì)量外表質(zhì)量對零件運用性能的影響對零件耐磨性的影響 在摩擦副的資料、熱處置情況和光滑條件曾經(jīng)確定的情況下，零件的外表質(zhì)量對耐磨性能起決議性的作用。 兩個外表粗糙度值很大的零件接觸，最初接觸的只是一些凸峰頂部，實踐接觸面積比名義接觸面積小得多，這樣單位接觸面積上的壓力就很大，當壓力超越資料的屈服極限時，凸峰部分產(chǎn)生塑性變形；當兩個零件作相對運動時，就會產(chǎn)生剪切、凸峰斷裂或塑性滑移，初期磨損速度很快。 機械加工后的外表質(zhì)量圖8.2 外表粗糙度與初期 磨損量關(guān)系 曲線存在最正確點，對應(yīng)零件最耐磨的粗糙度，此時零件的初期磨損量最小。假設(shè)載荷加重或光滑條件

4、惡化，磨損曲線將向上向右挪動，最正確粗糙度值也隨之右移。 在外表粗糙度大于最正確值時，減小外表粗糙度值可減少初期磨損量。 但當外表粗糙度小于最正確值時，零件實踐接觸面積就增大，接觸面積之間的光滑油被擠出，金屬外表直接接觸，因金屬分子間的親和力而發(fā)生粘結(jié)稱為冷焊，隨著相對運動的進展，粘結(jié)處在剪切力的作用下發(fā)生撕裂破壞。有時還由于摩擦產(chǎn)生的高溫，使摩擦面部分熔化稱為熱焊等緣由，使接觸外表遭到破壞，初期磨損量反而急劇添加。 一對摩擦副在一定的任務(wù)條件下通常有一最正確粗糙度值，在確定機器零件的技術(shù)條件時應(yīng)該根據(jù)零件任務(wù)的情況及有關(guān)閱歷，規(guī)定合理的粗糙度。機械加工后的外表質(zhì)量 圖8.3表示兩個不同零件的

5、外表，粗糙度值一樣，但輪廓外形不同，其耐磨性相差可達34倍。實驗闡明，耐磨性決議于輪廓峰頂外形和凹谷外形。前者決議干摩擦?xí)r的實踐接觸面積，后者決議光滑摩擦?xí)r的容油情況。圖8.4為兩摩擦外表粗糙度紋路方向?qū)α慵湍バ缘挠绊憽?外表粗糙度對耐磨性能的影響，還與粗糙度的輪廓外形及紋路方向有關(guān)。機械加工后的外表質(zhì)量外表層的冷硬可顯著地減少零件的磨損。緣由： 冷硬提高了外表接觸點處的屈服強度，減少了進一步塑性變形的能夠性，并減少了摩擦外表金屬的冷焊景象。 但假設(shè)外表硬化過度，零件心部和外表層硬度差過大，會發(fā)生外表層剝落景象，使磨損加劇。 外表層產(chǎn)生金相組織變化時，由于改動了基體資料原來的硬度，因此也直接

6、影響其耐磨性。機械加工后的外表質(zhì)量對零件疲勞強度的影響 在周期性的交變載荷作用下，零件外表微觀不平與外表的缺陷一樣都會產(chǎn)生應(yīng)力集中景象，而且外表粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，應(yīng)力集中越嚴重，越容易構(gòu)成和擴展疲勞裂紋而呵斥零件的疲勞損壞。 鋼件對應(yīng)力集中敏感，鋼材的強度越高，外表粗糙度對疲勞強度的影響越大。含有石墨的鑄鐵件相當于存在許多微觀裂紋，與有色金屬件一樣對應(yīng)力集中不敏感，外表粗糙度對疲勞強度的影響就不明顯。 加工紋路方向?qū)ζ趶姸鹊挠绊懜?，假設(shè)刀痕與受力方向垂直，那么疲勞強度將顯著降低。機械加工后的外表質(zhì)量對零件疲勞強度的影響 零件外表的冷硬層可以妨礙裂紋的擴展和新裂紋的出現(xiàn)，由于由

7、摩擦學(xué)可知疲勞源的位置在冷硬層的中部，因此冷硬可以提高零件的疲勞強度。但冷硬層過深或過硬那么容易產(chǎn)生裂紋，反而會降低疲勞強度。所以冷硬要適當。 外表層的內(nèi)應(yīng)力對疲勞強度的影響很大。外表層剩余的壓應(yīng)力可以部分地抵消任務(wù)載荷施加的拉壓力，延緩疲勞裂紋擴展。而剩余拉應(yīng)力容易使已加工外表產(chǎn)生裂紋而降低疲勞強度。帶有不同剩余應(yīng)力外表層的零件，其疲勞壽命可相差數(shù)倍至數(shù)十倍。機械加工后的外表質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響 零件外表粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零件外表凹處而發(fā)生化學(xué)腐蝕，或在凸峰間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起電化學(xué)腐蝕，故抗腐蝕性能越差。 外表冷硬和金相組織變化都會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。零件在應(yīng)力形

8、狀下任務(wù)時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕資料在拉應(yīng)力集中和特定的腐蝕環(huán)境共同作用下發(fā)生腐蝕裂紋擴展的景象 ，假設(shè)有裂紋，那么更添加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。因此外表內(nèi)應(yīng)力會降低零件的抗腐蝕性能。機械加工后的外表質(zhì)量對零件的其它影響 外表質(zhì)量對零件的配合質(zhì)量、密封性能及摩擦系數(shù)都有很大的影響。外表粗糙度值越大，初期磨損量越大，對動配合來說，運用不久就會使配合性質(zhì)發(fā)生變化；對靜配合來說，壓裝時會減少過盈量，降低配合強度。 零件外表層形狀對其運用性能有如此大的影響是由于：接受載荷應(yīng)力最大的外表層是金屬的邊境，機械加工后破壞了晶粒的完好性，從而降低了外表的某些機械性能。外表層有裂紋、加工痕跡等各種缺陷，在動載荷的作用下，

9、能夠引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致破壞。零件外表經(jīng)過加工后，外表層的物理、機械、冶金和化學(xué)性能都變得和基體資料不同了。機械加工后的外表質(zhì)量切削加工后的外表粗糙度 切削加工時外表粗糙度的構(gòu)成，大致可歸納為三方面的緣由：幾何要素物理要素工藝系統(tǒng)的振動機械加工后的外表粗糙度幾何要素 由刀具相對于工件作進給運動時在加工外表上遺留下來的切削層殘留面積圖8.5。實際上的最大粗糙度Rmax可由刀具外形、進給量f，按幾何關(guān)系求得。當不思索刀尖圓弧半徑時： 當背吃刀量和進給量很小時，粗糙度主要由刀尖圓弧構(gòu)成：機械加工后的外表粗糙度圖8.5 切削層殘留面積機械加工后的外表粗糙度物理要素 由圖知，實踐粗糙度與實際粗糙度差別較大

10、。 主要是與被加工資料的性能及切削機理有關(guān)的物理要素的影響。切削過程中刀具的刃口圓角及后刀面對工件擠壓與摩擦而產(chǎn)生塑性變形。韌性越好的資料塑性變形越大，且容易出現(xiàn)積屑瘤與鱗刺，使粗糙度嚴重惡化。 還有切削用量、冷卻光滑液和刀具資料等要素影響。 圖8.6 塑性資料加工后外表的實踐輪廓和實際輪廓機械加工后的外表粗糙度磨削加工后的外表粗糙度影響要素可歸納為三方面： 與磨削過程和砂輪構(gòu)造有關(guān)的幾何要素 與磨削過程和被加工資料塑性變形有關(guān)的物理要素 工藝系統(tǒng)的振動要素機械加工后的外表粗糙度磨削加工后的外表粗糙度 從幾何要素看，砂輪上磨粒的微刃外形和分布對于磨削后的外表粗糙度是有影響的。磨削外表是由砂輪上

11、大量的磨?？虅澇鰺o數(shù)極細的構(gòu)槽構(gòu)成的，每單位面積上刻痕越多，即經(jīng)過每單位面積的磨粒數(shù)越多，以及刻痕的等高性能好，粗糙度也就越低。 從物理要素看，大多數(shù)磨粒只需滑擦、耕犁作用。在滑擦作用下，被加工外表只需彈性變形，不產(chǎn)生切屑；在耕犁作用下，磨粒在工件外表上刻劃出一條溝痕，工件資料被擠向兩邊產(chǎn)生隆起，此時產(chǎn)生塑性變形但仍不產(chǎn)生切屑。磨削量是經(jīng)過很多后繼磨粒的多次擠壓因疲勞而斷裂、零落，所以加工外表的塑性變形很大，外表粗糙度值越大。機械加工后的外表粗糙度磨削加工后的外表粗糙度為了降低外表粗糙度值，應(yīng)思索以下主要影響要素：砂輪的粒度 砂輪的粒度愈細，那么砂輪單位面積上的磨粒數(shù)愈多，在工件上的刻痕也愈密

12、而細，所以粗糙度值愈低。砂輪的修整 砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪任務(wù)外表上的等高微刃圖8.7就越多，因此磨出的工件外表粗糙度值也就愈低。圖8.7 磨粒上的微刃機械加工后的外表粗糙度磨削加工后的外表粗糙度砂輪速度 提高砂輪速度可以添加單位時間內(nèi)工件單位面積上的刻痕數(shù)，同時塑性變形呵斥的隆起量隨著砂輪速度的增大而下降，緣由是高速下塑性變形的傳播速度小于磨削速度，資料來不及變形，因此粗糙度可以顯著降低。工件速度 工件速度越大，單個磨粒的磨削厚度就越大，單位時間內(nèi)磨削工件外表的磨粒數(shù)減少，外表粗糙度值增大。機械加工后的外表粗糙度磨削加工后的外表粗糙度徑向進給量 增大磨削徑向進給量將添加塑性變形的程度從而增

13、大粗糙度。通常在磨削過程開場時采用較大的徑向進給量，以提高消費率，而在最后采用小徑向進給量或無徑向進給量磨削，以降低粗糙度值。軸向進給量 磨削時采用較小的軸向進給量，那么磨削后外表粗糙度較低。機械加工后的外表粗糙度磨削加工后的外表粗糙度 另外，引起磨削外表粗糙度增大的主要緣由還往往是工藝系統(tǒng)的振動所致。 添加工藝系統(tǒng)剛度和阻尼，做好砂輪的動平衡以及合理地修整砂輪可顯著降低粗糙度。機械加工后的外表粗糙度機械加工后外表層的冷作硬化 切削或磨削加工時，外表層金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長、扭曲和破碎而得到強化。冷作硬化的特點： 變形抵抗力提高屈服點提高，塑性降低相對延伸率降低。冷

14、硬的目的: 通常用冷硬層的深度h、外表層的顯微硬度H以及硬化程度N來表示圖8.8，其中N=H/H0，H0為原來的顯微硬度。冷作硬化產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能圖8.8 切削加工后外表層的冷硬機械加工后的外表層物理機械性能 外表層冷作硬化的程度決議于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。 力越大，塑性變形越大，那么硬化程度越大； 速度越大，塑性變形越不充分，那么硬化程度越小； 變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復(fù)程度。 冷作硬化產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能切削加工時外表層的硬化能夠有兩種情況：完全強化 此時出現(xiàn)晶格歪扭以及纖維構(gòu)造和變形層

15、物理機械性質(zhì)的改動；不完全強化 假設(shè)溫度超越0.250.30T熔熔化絕對溫度，那么除了強化景象外，同時還有回復(fù)景象，此時歪扭的晶格部分得到恢復(fù)，減低了冷硬作用；假設(shè)溫度超越0.30T熔就會發(fā)生金屬再結(jié)晶，此時由于強化而改動了的外表層物理機械性能幾乎可以完全恢復(fù)。冷作硬化產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能 機械加工時外表層的冷作硬化就是強化作用和回復(fù)作用的綜合結(jié)果。 切削溫度越高、高溫繼續(xù)時間越長、強化程度越大，那么回復(fù)作用也就越強。 因此對高溫下任務(wù)的零件，能保證疲勞強度的最正確外表層是沒有冷硬層或者只需極小1020m冷作硬化的外表層。冷作硬化產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能

16、刀具 刀具的切削刃口圓角和后刀面的磨損量對于冷硬層有很大的影響，此兩值增大時，冷硬層深度和硬度也隨之增大。前角減少時，冷硬也增大。被加工資料 被加工資料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬景象愈嚴重。影響冷作硬化的主要要素 機械加工后的外表層物理機械性能切削用量 切削速度增大時，刀具與工件接觸時間短，塑性變形程度減少，同時會使溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)，所以硬化層深度和硬度都有所減少。 進給量增大時，切削力增大，塑性變形程度也增大，因此硬化景象增大。但在進給量較小時，由于刀具的刃口圓角在加工外表單位長度上的擠壓次數(shù)增多，因此硬化傾向也會增大。徑向進給量增大時，冷硬層深度也有所增大，但其影響程度不顯

17、著。影響冷作硬化的主要要素 機械加工后的外表層物理機械性能機械加工后外表層金相組織的變化 磨削加工時切削力比其它加工方法大數(shù)十倍，切削速度也非常高，所以功率耗費遠遠大于其它切削方法。 由于砂輪導(dǎo)熱性差、切屑數(shù)量少，磨削過程中能量轉(zhuǎn)化的熱大部分都傳給了工件。磨削時，在很短的時間內(nèi)磨削區(qū)溫度可上升到4001000C，甚至更高。 這樣大的加熱速度，促使加工外表部分構(gòu)成瞬時熱聚集景象，有很高溫升和很大的溫度梯度，出現(xiàn)金相組織的變化，強度和硬度下降，產(chǎn)生剩余應(yīng)力，甚至引起裂紋，這就是磨削燒傷景象。金相組織變化的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能 磨削淬火鋼時，由于磨削燒傷，工件外表產(chǎn)生氧化膜并呈現(xiàn)出黃

18、、褐、紫、青、灰等不同顏色，相當于鋼的回火色。 不同的燒傷色表示遭到不同溫度的作用與產(chǎn)生不同的燒傷深度。有時外表雖看不出變色，但并不等于外表未受熱損傷。 例如在磨削過程中由于采用過大的磨削用量，呵斥了很深的燒傷層，以后的無進給磨削中磨去了外表的燒傷色，而未能除去燒傷層，那么留在工件上的燒傷層就會成為運用中的隱患。金相組織變化的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能磨削淬火鋼時外表層產(chǎn)生的燒傷有以下三種：回火燒傷 磨削區(qū)溫度超越馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未超越相變溫度，那么工件外表原來的馬氏體組織將產(chǎn)生回火景象，轉(zhuǎn)化成硬度降低的回火組織索氏體或屈氏體；淬火燒傷 磨削區(qū)溫度超越相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，由

19、于冷卻液的急冷作用，表層會出現(xiàn)二次淬火馬氏體，硬度較原來的回火馬氏體高，而它的下層那么由于冷卻緩慢成為硬度降低的回火組織。退火燒傷 不同冷卻液進展干磨削時，磨削區(qū)溫度超越相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，那么表層硬度急劇下降，這時工件表層被退火。金相組織變化的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能影響磨削加工時金相組織變化的要素有: 工件資料 磨削溫度 溫度梯度 冷卻速度等。影響磨削加工時金相組織變化的要素 機械加工后的外表層物理機械性能 工件資料為低碳鋼時不會發(fā)生相變； 高合金鋼如軸承鋼、高速鋼、鎳鉻鋼等傳熱性特別差，在冷卻不充分時易出現(xiàn)磨削燒傷。 未淬火鋼為分散度低的珠光體，磨削

20、時間短時不會發(fā)生金相組織的變化； 淬火鋼極易相變。影響磨削加工時金相組織變化的要素 機械加工后的外表層物理機械性能圖8.9 磨削高碳淬火鋼時外表的硬度分布機械加工后的外表層物理機械性能 當磨削深度小于10m時，由于溫度的影響使外表層的回火馬氏體產(chǎn)生弱化，并與塑性變形產(chǎn)生的冷作硬化景象綜合而產(chǎn)生了比基體硬度低的部分，而外表的里層由于磨削加工中的冷作硬化起了主導(dǎo)作用而又產(chǎn)生了比基體硬度高的部分。 當磨削深度為2030m時，冷作硬化的影響減少，磨削溫度起了主導(dǎo)作用。由于磨削區(qū)溫度高于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，低于相變溫度而使外表層馬氏體回火產(chǎn)生回火燒傷。 當磨削深度增大至50m時，磨削區(qū)最高溫度超越了相變臨界

21、溫度，急冷時產(chǎn)生淬火燒傷，而再往里層那么硬度又逐漸升高直至未受熱影響的基體組織。影響磨削加工時金相組織變化的要素 機械加工后的外表層物理機械性能機械加工后外表層的剩余應(yīng)力 在機械加工中，工件外表層金屬相對基體金屬發(fā)生外形、體積的變化或金相組織變化時，工件外表層中將殘留相互平衡的剩余應(yīng)力。產(chǎn)生外表層剩余應(yīng)力的緣由：冷態(tài)塑性變形 機械加工時，表層金屬產(chǎn)生劇烈的塑性變形。沿切削速度方向外表產(chǎn)生拉伸變形，晶粒被拉長，金屬密度會下降，即比容增大，而里層資料那么妨礙這種變形，因此在外表層產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力，在里層那么產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力。剩余應(yīng)力產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能熱態(tài)塑性變形 機械加工時，切

22、削或磨削熱使工件外表部分溫升過高，引起高溫塑性變形。圖8.10為因加工溫度而引起剩余應(yīng)力的表示圖。 第1層溫度在塑性溫度以上，產(chǎn)生熱塑變形，故沒有應(yīng)力；第2層溫度在塑性溫度與室溫之間，只產(chǎn)生彈性熱膨脹，膨脹遭到第3層的妨礙，產(chǎn)生壓應(yīng)力；第3層處在室溫的冷態(tài)層不產(chǎn)生熱變形，產(chǎn)生拉應(yīng)力。開場冷卻時，當?shù)?層冷到塑性溫度以下，體積收縮，但第2層妨礙其收縮，第1層中產(chǎn)生拉應(yīng)力，第2層中的壓應(yīng)力添加。而由于第2層的冷卻收縮，第3層中的拉應(yīng)力有所減小。最后冷卻時，第1層繼續(xù)收縮，拉應(yīng)力進一步增大，而第2層熱膨脹全部消逝，完全由第1層的收縮而構(gòu)成一個不大的壓應(yīng)力，第3層拉應(yīng)力消逝，而與第2層一同受第1層的影

23、響，也構(gòu)成一個不大的壓應(yīng)力。剩余應(yīng)力產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能機械加工后的外表層物理機械性能金相組織變化 切削時產(chǎn)生的高溫會引起外表的相變。 由于不同的金相組織有不同的比容，外表層金相變化的結(jié)果將呵斥體積的變化。 外表層體積膨脹時，由于遭到基體的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力；反之產(chǎn)生拉應(yīng)力。剩余應(yīng)力產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能 實踐機械加工后的外表層剩余應(yīng)力及其分布，是上述三方面要素綜協(xié)作用的結(jié)果，在一定條件下，其中某一或二種要素能夠起主導(dǎo)作用。 例如：切削時切削熱不多那么以冷態(tài)塑性變形為主，假設(shè)切削熱多那么以熱態(tài)塑性變形為主。磨削時外表層剩余應(yīng)力歲磨削條件不同而不同，圖8

24、.11所示為三類磨削條件下產(chǎn)生的外表層剩余應(yīng)力。輕磨削條件產(chǎn)生淺而小的剩余壓應(yīng)力，由于此時沒有金相組織變化，溫度影響也很小，主要是塑性變形的影響在起作用。中等磨削條件產(chǎn)生淺而大的拉應(yīng)力。淬火鋼重磨削條件那么產(chǎn)生深而大的拉應(yīng)力最外外表能夠出現(xiàn)小而淺的壓應(yīng)力，這里顯然是由于熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響在起主導(dǎo)作用的緣故。剩余應(yīng)力產(chǎn)生的緣由 機械加工后的外表層物理機械性能影響剩余應(yīng)力的主要工藝要素：刀具的前角切削速度工件資料的性質(zhì)和冷卻光滑液。 詳細的情況那么看其對切削時的塑性變形、切削溫度和金相組織變化的影響程度而定。影響剩余應(yīng)力的工藝要素 機械加工后的外表層物理機械性能 總的來說，磨削加工中

25、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響較大，故大多數(shù)磨削零件的外表層往往有剩余拉應(yīng)力。 當剩余拉應(yīng)力超越資料的強度極限時，零件外表就會出現(xiàn)裂紋。有的磨削裂紋也能夠不在工件的外外表，而是在外表層下成為肉眼難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。 磨削裂紋普通很淺0.25.050mm，大多數(shù)垂直于磨削方向或成網(wǎng)狀磨螺紋時有時也有平行于磨削方向的裂紋，如圖8.12所示。裂紋總是拉應(yīng)力引起的，且常與燒傷同時出現(xiàn)。磨削裂紋的產(chǎn)生 機械加工后的外表層物理機械性能圖8.12 磨削裂紋機械加工后的外表層物理機械性能 磨削裂紋的產(chǎn)生與資料性質(zhì)及熱處置工序有很大關(guān)系。 磨削硬質(zhì)合金時，由于其脆性大，抗拉強度低以及導(dǎo)熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削

26、裂紋。磨削含碳量高的淬火鋼時，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。工件在淬火后假設(shè)存在剩余應(yīng)力，那么即使在正常的磨削條件下也能夠出現(xiàn)裂紋，故在磨削前進展去除應(yīng)力的工序能收到很好的效果。滲碳、滲氮時假設(shè)工藝不當，就會在外表層晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物，當磨削時在熱應(yīng)力作用下，就容易沿著這些組織發(fā)生脆性破壞，而出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。磨削裂紋的產(chǎn)生 機械加工后的外表層物理機械性能例題8.1 在外圓磨床上磨削一根淬火鋼軸，其強度極限b=2000MPa，工件外表溫度升至8000C，因運用冷卻液而產(chǎn)生回火。外表層金屬由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度從7.75103kg/m3增至7.78103kg/m3。問工件外

27、表層將產(chǎn)生多大的剩余應(yīng)力？是壓應(yīng)力還是拉應(yīng)力？能否會產(chǎn)生磨削裂紋？由于外表層熱作用引起高溫塑性變形，冷卻后外表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。知：T1=8000C，T0=200C，=1210-6/0C，E=21011N/mm，由式7.16得外表層的熱伸長量：所以線膨脹系數(shù)殘1 由于表層金相組織的變化引起的應(yīng)力：外表層回火，表層組織由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度添加，由馬增大到珠，比容積由V減小到V-V，因此外表層產(chǎn)生的收縮遭到基體組織的妨礙，就產(chǎn)生了剩余拉應(yīng)力。知：馬=7.75103kg/m3，珠=7.78103kg/m3，由容積與密度的關(guān)系得：V-V/V=馬/珠即：1-V/V=馬/珠=7.75/7.78=1-0

28、.03/7.78得體膨脹系數(shù)：V/V=0.03/7.78由于體膨脹系數(shù)是線膨脹系數(shù)的三倍,故殘2綜合上面兩個情況,工件外表總的剩余拉應(yīng)力為：殘=殘1+殘2=1872+257=2129Mpa由于剩余拉應(yīng)力殘=2129Mpa工件強度極限b=2000MPa，所以加工中產(chǎn)生磨削裂紋，裂紋方向與磨削方向垂直。8.4.1 減小剩余拉應(yīng)力、防止磨削燒傷和磨削裂紋的工藝途徑8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑對零件運用性能危害甚大的剩余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨削裂紋均原因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是消費上的一項重要問題。處理的原那么：一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。8.4.1.1 選擇合理

29、的磨削參數(shù)8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑為了直接減少磨削熱的發(fā)生，降低磨削區(qū)的溫度，應(yīng)合理選擇磨削參數(shù)：減少砂輪速度和背吃刀量；適當提高進給量和工件速度。但這會使粗糙度值增大而呵斥矛盾。消費中比較可行的方法是經(jīng)過實驗來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件外表熱損傷情況，根據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來。另一種方法是在磨削過程中延續(xù)丈量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。國外研討經(jīng)過計算機進展過程控制磨削和自順應(yīng)磨削等方法來減少磨削熱。8.4.1.2 選擇有效的冷卻方法8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑選擇適宜的磨削液和有效的冷卻方法。如采用高壓達流量冷卻、內(nèi)冷卻或減輕旋轉(zhuǎn)的砂輪外

30、表的高壓附著氣流的作用，加裝空氣擋板，以使冷卻液能順利地噴注到磨削區(qū)。8.4.2 采用冷壓強化工藝8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑對于接受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以采用噴丸、液壓、擠壓、等外表強化工藝使外表層產(chǎn)生剩余壓應(yīng)力和冷硬層并降低外表粗糙度值，從而提高耐疲勞強度及抗應(yīng)力腐蝕性能。但是采用強化工藝時應(yīng)很好控制工藝參數(shù)，不要呵斥過度硬化，否那么會使外表完全失去塑性性質(zhì)，甚至引起顯微裂紋和資料剝落，帶來不良的后果。8.4.2.1 噴丸8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑噴丸是一種用緊縮空氣或離心力將大量直徑細小.mm的丸粒鋼丸、玻璃丸以m/s的速度向零件外表放射的方法?？梢杂糜谌魏螐?fù)雜外形的零

31、件。噴丸的結(jié)果在外表層產(chǎn)生很大的塑性變形，呵斥外表的冷作硬化和剩余壓應(yīng)力。硬化深度可達.mm,外表粗糙度可自.降到.。噴丸后零件的運用壽命可提高數(shù)倍至數(shù)十倍。例如，齒輪可提高倍，螺旋彈簧可提高倍以上。8.4.2.2滾壓8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑用工具鋼淬硬自稱的鋼滾輪或鋼珠在零件上進展?jié)L壓，使表層資料產(chǎn)生塑性流動，構(gòu)成新的光潔外表。外表粗糙度可自.降至.，外表硬化深度達.mm硬化程度。8.4.3采用精細和光整加工工藝8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑精細和光整加工工藝是指經(jīng)濟加工精度在級以上，外表粗糙度小于.，外表物理機械性能也處于非常良好形狀的各種加工工藝方法。采用精細加工工藝能全面

32、地提高加工精度和外表質(zhì)量，而光整加工工藝主要是為了獲得較高的外表質(zhì)量。8.4.3.1精細加工工藝8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑精細加工工藝的加工精度主要由高精度的機床保證。精細加工的切削深度和進給量普通極小，切削速度那么很高或極低，加工時盡能夠進展充分的冷卻和光滑，以有利于最大限制地排除切削力，切削熱對加工質(zhì)量的影響，并有利于降低外表粗糙度。精細加工切削效率不高，故加工余量不能太大，所以對前道工序有較高的要求。8.4.3.1精細加工工藝8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑精細加工工藝方法有高速精膛、高速精車、寬刃精刨和細密磨削等。下面引見細密磨削。8.4.3.1精細加工工藝8.4 控制加工外

33、表質(zhì)量的工藝途徑使工件外表獲得粗糙度小于.、圓度誤差小于.在、直線度誤差小于mm，同軸度誤差小于的磨削工藝，通常稱為細密磨削。普通以能獲得的稱為精細磨削，能獲得的稱為超精細磨削，能獲得的稱為鏡面磨削。細密磨削是依托砂輪任務(wù)面上修整出大量等高微刃進展精細加工的，這些等高微刃能從尚具有微量缺陷和尺寸、外形誤差的工件外表切除極微薄的余量，故可獲得很高的加工精度。又由于大量等高微刃在加工外表留下極微細的切削痕跡，加上無火花磨削的滑擦、擠壓、拋光作用，所以可以得到很低的外表粗糙度。8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑光整加工是用粒度很細的磨料對工件外表進展微量切削和擠壓的過程.

34、光整加工是按照隨機創(chuàng)知成形原理,加工中磨具與工件的相對運動盡能夠復(fù)雜,盡能夠使磨料不走反復(fù)的軌跡,讓工件加工外表各點都遭到具有很大隨機性的接觸條件,以突出它們間的高點,進展相互修整,使誤差逐漸均化而得到消除,從而獲得極光的外表和高于磨具原始精度的加工精度.8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑光整加工是用粒度很細的磨料對工件外表進展微量切削和擠壓的過程.光整加工是按照隨機創(chuàng)知成形原理,加工中磨具與工件的相對運動盡能夠復(fù)雜,盡能夠使磨料不走反復(fù)的軌跡,讓工件加工外表各點都遭到具有很大隨機性的接觸條件,以突出它們間的高點,進展相互修整,使誤差逐漸均化而得到消除,從而獲得極光

35、的外表和高于磨具原始精度的加工精度.8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑光整加工工藝的共同特點是沒有與磨削深度相對應(yīng)的磨削用量參數(shù),普通只規(guī)定加工時的很低的單位切削壓力,因此加工過程中的切削力和切削熱都很小,從而能獲得很低的外表粗糙度.外表層不會產(chǎn)生熱損傷,并具有剩余壓應(yīng)力.所運用的工具都是浮動銜接.由加工面本身導(dǎo)向,而相對于工件的定位基準沒有確定的位置,所運用的機床也不需求具有非常準確的成形運動.這些加工方法的主要作用是降低外表粗糙度,普通不能糾正外形和位置誤差,加工精度主要由前面工序保證.對上道工序的外表粗糙度要求高,普通要求到達,外表不得有較深得加工痕跡.加工余

36、量都很小，普通不超越mm，以免使加工時間過長，產(chǎn)生切削熱，降低消費效率，甚至破壞上一道工序已到達得精度8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑珩磨珩磨是利用珩磨頭上得細粒砂條對孔進展加工得方法，在大批消費中運用很普遍其任務(wù)原理如下圖，珩磨頭上裝有條砂石，砂條由張開機構(gòu)作用沿徑向張開在孔壁上產(chǎn)生一定得壓力對工件進展微量切削擠壓和擦光.珩磨時,珩磨頭作旋轉(zhuǎn)運動和往復(fù)運動,由于珩磨頭的轉(zhuǎn)速與每分鐘往復(fù)次數(shù)不通約,故被加工外表上呈現(xiàn)交叉而互不反復(fù)的網(wǎng)狀痕跡,呵斥了儲存光滑油的良好條件.8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑珩磨壓力低,切深小,故珩磨功率小,

37、工件外表層的變形小,切削才干弱.而切削軌跡不反復(fù),切削過程平穩(wěn),且運用大量的切削液沖走零落的砂粒并對工件外表進展充分冷卻，使珩磨的外表質(zhì)量很高，外表粗糙度達珩磨還能對前工序遺留下來的幾何外形誤差進展一定程度的修正，由于外表的突出部分總是先與砂條接觸而被磨去，直至砂條與工件外表完全接觸為了補償機床珩磨頭夾具間的同軸度誤差，珩磨頭與機床主軸之間的銜接是浮動的，因此珩磨加工不能修正孔間的相對誤差8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑2超精加工超精加工是用細粒度的砂條以一定的壓力壓在作低速旋轉(zhuǎn)運動的工件外表上，并在軸向作往復(fù)運動，工件或砂條還作軸向進給運動以進展微量切削圖5的加

38、工方法，超精加工后的外表粗超度低.00120.08，留有網(wǎng)狀的痕跡,呵斥了良好的儲油條件，故外表耐磨性好超精加工常用于加工內(nèi)外圓柱圓錐面和滾動軸承套圈的溝道8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑2 超精加工普通可劃分為四個加工階段：劇烈切削階段：加工初期砂條主要起切削作用，砂條同比較粗糙的工件外表接觸，實踐的接觸面積小，單位面積壓力較大，工件與砂條之間不能構(gòu)成完好的光滑油膜，且砂條作往復(fù)振動，切削力方向經(jīng)常變化，磨粒破碎的時機多，自礪性好，故切削作用劇烈正常切削階段：工件外表逐漸被磨平后，接觸面積逐漸增大，單位面積上的壓力減少，切削作用減弱進入正常切削階段微弱切削階段：

39、隨著工件外表接觸面積進一步增大，單位面積上的壓力更小，切削作用微弱，砂條外表液因有極細的切屑氧化物嵌入空隙而變得光滑，產(chǎn)生拋光作用自動停頓切削階段：工件外表被磨平，單位面積上得壓力極低，工件和砂條間光滑油膜逐漸構(gòu)成，不再接觸，故自動停頓切削8.4.3.2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑研磨 研磨是用研具圖6以一定得相對滑動速度粗研時m/s,精研時0.10.2m/s再a壓力下與被加工面作復(fù)雜相對運動的一種光整加工方法研具與工件之間的磨粒能從工件外表上切去極微薄的一層資料，得到尺寸誤差和外表粗糙度極低的外表研磨后工件的尺寸誤差可以在0.0010.003mm內(nèi)，外表粗糙度8.4.3.

40、2光整加工工藝 8.4 控制加工外表質(zhì)量的工藝途徑4拋光 拋光是在布輪布盤或砂帶等軟的磨具上涂拋光膏來加工工件的拋光器具高速旋轉(zhuǎn)，由拋光膏的機械刮擦和化學(xué)作用將粗糙外表的峰頂去掉，從而使外表獲得光澤鏡面拋光時普通不去掉余量，所以不能提高工件的精度甚至還會損壞原有精度，經(jīng)拋光的外表能減小剩余拉應(yīng)力851 振動的概念與類型85 機械加工過程中的振動問題金屬切削過程中，工件和刀具之間經(jīng)常會發(fā)生劇烈的振動，這是一種破壞正常切削過程的極其有害的景象。當切削振動發(fā)生時，工件外表質(zhì)量嚴重惡化，粗糙度增大。產(chǎn)生明顯的外表痕跡，這時不得不降低切學(xué)用量，使消費率的提高遭到限制。振動嚴重時，會產(chǎn)生崩刃景象，使加工過

41、程無法進展下去。此外，振動將加速刀具和機床的磨損。從而縮短刀具和機床的運用壽命；振動噪聲危害工人的安康。弄清機械加工過程中產(chǎn)生震動的緣由，掌握它的發(fā)生、開展的規(guī)律，使機械加工過程既堅持高的消費率，又保證零件外表的加工質(zhì)量，是機械加工中應(yīng)予研討的一個重要內(nèi)容。機械加工過程中產(chǎn)生的振動，也和其他的機械振動一樣，按其產(chǎn)生的緣由可分為自在震動、強迫振動和自激振動三大類。其中自在振動往往是由于切削力的忽然變化或其他外界力的沖擊等緣由引起，普通可迅速衰減，對加工過程影響較小，這里不予討論。8.5.2 機械加工中的強迫振動85 機械加工過程中的振動問題強迫振動是工藝系統(tǒng)在一個穩(wěn)定的外界周期性干擾力(激振力)

42、作用下引起的振動.除了力之外,凡是隨時間變化的位移、速度和加速度，也可以激起系統(tǒng)的振動。8521 強迫振動產(chǎn)生的緣由85 機械加工過程中的振動問題強迫振動產(chǎn)生的緣由分工藝系統(tǒng)內(nèi)部和外部兩方面。內(nèi)部振源：各個電動機的振動，包括電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡引起的振動；機床回轉(zhuǎn)零件的不平衡，例如砂輪、皮帶輪和旋轉(zhuǎn)軸的不平衡引起的振動，運動傳送過程 中引起的振動，如齒輪嚙合時的沖擊、皮帶輪圓度誤差及皮帶厚度不均引起的張力變化，滾動軸承的套圈和滾子尺寸及外形誤差，使運動在傳送過程中產(chǎn)生了振動；往復(fù)部件的沖擊；液壓傳動系統(tǒng)的壓力脈動；切削時的沖擊振動，切削負荷不均引起切削力的變化而導(dǎo)致的振動。外部振源：其他機床、

43、鍛錘、火車、卡車等經(jīng)過機床地基傳給機床的振動。8522 強迫振動的運動方程85 機械加工過程中的振動問題 工藝系統(tǒng)是個多自在度的振動系統(tǒng)，其振動形狀很復(fù)雜，但就某一特定情況而言，其振動特性與相應(yīng)頻率的單自在度系統(tǒng)有類似之處，因此可以簡化為單自在度系統(tǒng)來分析，例如，內(nèi)圓磨削時工件系統(tǒng)的剛度比磨頭系統(tǒng)剛度大很多，此時磨削系統(tǒng)可簡化為磨桿和砂輪的單自在度振動系統(tǒng)，將磨桿簡化為“無質(zhì)量“的彈簧K，砂輪簡化為無彈性“的質(zhì)量m，組成一個彈簧質(zhì)量系統(tǒng)模型。 由質(zhì)量塊受力分析得: 8522 強迫振動的運動方程85 機械加工過程中的振動問題 這是一個非齊次線性微分方程,它的解由該式齊次方程的通解和非齊次方程的一

44、個特解疊加而成。齊次方程的通解為有阻尼的自在振動過程。經(jīng)過一段時間后這部分振動會衰減為零，特解是園頻率等于激振力園頻率的強迫振動，它純粹由激振力引起。呼應(yīng)過程如圖，經(jīng)過過渡過程以后，強迫振動起主要作用，只需交變激振力存在，強迫振動就不會被阻尼衰減掉。根據(jù)以上所述，我們就不思索很快衰減為零的自在阻尼振動部分，而只研討閱歷了過渡過程而進入穩(wěn)態(tài)后的諧振運動。 8522 強迫振動的運動方程85 機械加工過程中的振動問題即其特解為 8.4其中 8.5 8.6其中：A 強迫振動的振幅，mm 振幅相對于力幅的相位角，radK 系統(tǒng)剛度，N/mm 系統(tǒng)在靜力作用下產(chǎn)生的靜位移，mm 頻率比振動頻率，rad/s

45、振動系統(tǒng)無阻尼時的固有頻率，rad/sV 動態(tài)放大系數(shù)。8522 強迫振動的運動方程85 機械加工過程中的振動問題式8.5表示了單自在度強迫振動振幅與干擾頻率的依從關(guān)系，稱為單自在度強迫振動的幅頻特性。式8.6表示了強迫振動中位移與干擾力之間的相位與干擾頻率的依從關(guān)系，稱為單自在度強迫振動相頻特性。8523 強迫振動的特性85 機械加工過程中的振動問題幅頻特性曲線和相頻特性曲線根據(jù)式8.5和8.6并以阻尼比為參數(shù)畫成曲線圖，從圖可以看出當時，這時激振力的頻率極低，近似于靜載荷，振幅接近于靜位移，這種景象發(fā)生在區(qū)域內(nèi)，稱此范圍為準靜態(tài)范圍。當且阻尼比較小時，激振力使系統(tǒng)的振幅構(gòu)成了一個凸峰，其峰

46、值比靜態(tài)呼應(yīng)大許多倍，這種景象稱為“共振。工程上把系統(tǒng)的固有頻率作為共振頻率，把固有頻率前后20%30%區(qū)域作為共振區(qū)，為防止系統(tǒng)共振，應(yīng)防止進入這個區(qū)域，由圖還可看出，阻尼在共振區(qū)對降低振幅的作用很大，在其他區(qū)域作用較小。當時，這是由于激振力的變化頻率太高，而振動系統(tǒng)因本身的慣性來不及呼應(yīng)，故系統(tǒng)反而不振，這種景象稱為慣性區(qū)。 由相頻曲線可以看出，無論系統(tǒng)的阻尼比為何值，當 相位滯后90度 8523 強迫振動的特性85 機械加工過程中的振動問題綜上所述，強迫振動的主要特性如下：強迫振動是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但振動本身并不能引起干擾力的變化，不論振動系統(tǒng)本身的固有頻率如何，強迫振

47、動的固有頻率總是與外界干擾力的頻率一樣，強迫振動的振幅大小在很大程度上取決于干擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值，當這個頻率比等于或接近1時，振幅到達最大值，出現(xiàn)“共振景象，干擾力越大，系統(tǒng)剛度及阻尼系數(shù)越小，強迫振動的振幅就越大。8523 強迫振動的特性85 機械加工過程中的振動問題例題8.2 把一臺質(zhì)量M=2000Kg的機床安裝在無質(zhì)量的彈性地板上圖8。23，當將一個總質(zhì)量，并帶有兩個偏心為e的不平衡質(zhì)量m/2的激振器放在機床上，以產(chǎn)生一個垂直的簡諧激振力，今測得共振時的頻率 ，求機床的固有頻率。由題意，激振時的共振頻率 那么 ，故機床固有頻率:機床固有頻率8.5.3 機械加工中的自激振動85

48、 機械加工過程中的振動問題自激振動時由振動過程本身引起切削力周期性變化,又由這個周期性變化的切削力反過來加強和維持振動,使振動系統(tǒng)補充了由阻尼作用耗費的能量,讓振動維持下去。切削過程中產(chǎn)生的自激震動是頻率較高的不衰減振動，通常又稱顫振，約占振動的65%，它往往是影響加工外表質(zhì)量和限制機床消費率提高的主要妨礙，故應(yīng)對其非常注重。8.5.3 機械加工中的自激振動85 機械加工過程中的振動問題切削過程中的自激振動可舉日常生活中 常見的電鈴為例 。如圖,以電池1為能源，當按下按鈕2后，電流經(jīng)過7-3-5及電池構(gòu)成的通路，電磁鐵5產(chǎn)生磁力吸引銜鐵4，使彈簧片7帶動小錘敲擊鈴6。但當彈簧片被吸引后，觸點3處斷電，電磁鐵失去磁性，小錘靠彈簧力彈回原處，電路又被接通