機(jī)械加工表面質(zhì)量5

1、第八章 機(jī)械加工表面質(zhì)量保證機(jī)器器的使用用性能和和延長使使用壽命命，需提提高機(jī)器器零件的的耐磨性性、疲勞勞強(qiáng)度、抗蝕性性、密封封性、接接觸剛度度等性能能，主要要取決于于零件的的表面質(zhì)質(zhì)量。機(jī)機(jī)械加工工表面質(zhì)質(zhì)量是機(jī)機(jī)械零件件加工質(zhì)質(zhì)量的一一個重要要指標(biāo)。是以機(jī)機(jī)械零件件的加工工表面和和表面層層作為分分析和研研究對象象的。旨在研究究零件表表面層在在加工中中的變化化和機(jī)理理，掌握握機(jī)械加加工中各各種工藝藝因素對對表面質(zhì)質(zhì)量的影影響規(guī)律律，控制制加工中中的各種種影響因因素，以以滿足表表面質(zhì)量量的要求求。主要討論論機(jī)械加加工表面面質(zhì)量的的含義、表面質(zhì)質(zhì)量對使使用性能能的影響響、表面面質(zhì)量產(chǎn)產(chǎn)生的機(jī)機(jī)理

2、等。對生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)場中中發(fā)生的的表面質(zhì)質(zhì)量問題題從理論論上作出出解釋，提出提提高機(jī)械械加工表表面質(zhì)量量的途徑徑。本章提要要表面質(zhì)量量的含義義表面質(zhì)量量是指機(jī)機(jī)器零件件加工后后表面層層的狀態(tài)態(tài)。有兩兩部分：表面層的的幾何形形狀表面粗糙糙度：是指表面面微觀幾幾何形狀狀誤差，其波高高與波長長的比值值在L1/H140的范圍內(nèi)內(nèi)。表面波度度：是介于加加工精度度（宏觀觀幾何形形狀誤差差L3/H31000）和表面粗粗糙度之之間的一一種帶有有周期性性的幾何何形狀誤誤差，其其波高與與波長的的比值在在40L2/H21000的范圍。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量圖8.1表面幾何何形狀表面層的的物理機(jī)機(jī)械性能能表面層冷冷作硬

3、化化（簡稱稱冷硬）：零件在機(jī)機(jī)械加工工中表面面層金屬屬產(chǎn)生強(qiáng)強(qiáng)烈的冷冷態(tài)塑性性變形后后，引起起的強(qiáng)度度和硬度度都有所所提高的的現(xiàn)象。表面層金金相組織織的變化化：由于切削削熱引起起工件表表面溫升升過高，表面層層金屬發(fā)發(fā)生金相相組織變變化的現(xiàn)現(xiàn)象。表面層殘殘余應(yīng)力力：由于加工工過程中中切削變變形和切切削熱的的影響，工件表表面層產(chǎn)產(chǎn)生殘余余應(yīng)力。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量表面質(zhì)量量對零件件使用性性能的影影響對零件耐耐磨性的的影響在摩擦副副的材料料、熱處處理情況況和潤滑滑條件已已經(jīng)確定定的情況況下，零件的表表面質(zhì)量量對耐磨磨性能起起決定性性的作用用。兩個表面面粗糙度度值很大大的零件件接觸，最初接接觸的

4、只只是一些些凸峰頂頂部，實實際接觸觸面積比比名義接接觸面積積小得多多，這樣樣單位接接觸面積積上的壓壓力就很很大，當(dāng)當(dāng)壓力超超過材料料的屈服服極限時時，凸峰峰部分產(chǎn)產(chǎn)生塑性性變形；當(dāng)兩個個零件作作相對運運動時，就會產(chǎn)產(chǎn)生剪切切、凸峰峰斷裂或或塑性滑滑移，初初期磨損損速度很很快。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量圖8.2表面粗糙糙度與初初期磨損量關(guān)關(guān)系曲線存在在最佳點，對應(yīng)零零件最耐耐磨的粗粗糙度，此時零零件的初初期磨損損量最小小。若載載荷加重重或潤滑滑條件惡惡化，磨磨損曲線線將向上上向右移移動，最最佳粗糙糙度值也也隨之右右移。在表面粗粗糙度大大于最佳佳值時，減小表表面粗糙糙度值可可減少初初期磨損損量。但

5、當(dāng)表面面粗糙度度小于最最佳值時時，零件件實際接接觸面積積就增大大，接觸觸面積之之間的潤潤滑油被被擠出，金屬表表面直接接接觸，因金屬屬分子間間的親和和力而發(fā)發(fā)生粘結(jié)結(jié)（稱為為冷焊），隨著著相對運運動的進(jìn)進(jìn)行，粘粘結(jié)處在在剪切力力的作用用下發(fā)生生撕裂破破壞。有有時還由由于摩擦擦產(chǎn)生的的高溫，使摩擦擦面局部部熔化（稱為熱熱焊）等等原因，使接觸觸表面遭遭到破壞壞，初期期磨損量量反而急急劇增加加。一對摩擦擦副在一一定的工工作條件件下通常常有一最最佳粗糙糙度值，在確定定機(jī)器零零件的技技術(shù)條件件時應(yīng)該該根據(jù)零零件工作作的情況況及有關(guān)關(guān)經(jīng)驗，規(guī)定合合理的粗粗糙度。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量圖8.3表示兩個個不

6、同零零件的表表面，粗粗糙度值值相同，但輪廓廓形狀不不同，其其耐磨性性相差可可達(dá)34倍。試驗驗表明，耐磨性性決定于于輪廓峰峰頂形狀狀和凹谷谷形狀。前者決決定干摩摩擦?xí)r的的實際接接觸面積積，后者者決定潤潤滑摩擦擦?xí)r的容容油情況況。圖8.4為兩摩擦擦表面粗粗糙度紋紋路方向向?qū)α慵湍バ孕缘挠绊戫?。表面粗糙糙度對耐耐磨性能能的影響響，還與與粗糙度的的輪廓形形狀及紋紋路方向向有關(guān)。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量表面層的的冷硬可可顯著地地減少零零件的磨磨損。原因：冷硬提高高了表面面接觸點點處的屈屈服強(qiáng)度度，減少少了進(jìn)一一步塑性性變形的的可能性性，并減減少了摩摩擦表面面金屬的的冷焊現(xiàn)現(xiàn)象。但如果表表面硬化化過

7、度，零件心心部和表表面層硬硬度差過過大，會會發(fā)生表表面層剝剝落現(xiàn)象象，使磨磨損加劇劇。表面層產(chǎn)產(chǎn)生金相相組織變變化時，由于改改變了基基體材料料原來的的硬度，因而也也直接影影響其耐耐磨性。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量對零件疲疲勞強(qiáng)度度的影響響在周期性性的交變變載荷作作用下，零件表表面微觀觀不平與與表面的的缺陷一一樣都會會產(chǎn)生應(yīng)力集中中現(xiàn)象，而而且表面面粗糙度度值越大大，即凹凹陷越深深和越尖尖，應(yīng)力力集中越越嚴(yán)重，越容易易形成和和擴(kuò)展疲疲勞裂紋紋而造成成零件的的疲勞損損壞。鋼件對應(yīng)應(yīng)力集中中敏感，鋼材的的強(qiáng)度越越高，表表面粗糙糙度對疲疲勞強(qiáng)度度的影響響越大。含有石石墨的鑄鑄鐵件相相當(dāng)于存存在許多多微

8、觀裂裂紋，與與有色金金屬件一一樣對應(yīng)應(yīng)力集中中不敏感感，表面面粗糙度度對疲勞勞強(qiáng)度的的影響就就不明顯顯。加工紋路路方向?qū)ζ趶?qiáng)強(qiáng)度的影影響更大大，如果果刀痕與與受力方方向垂直直，則疲疲勞強(qiáng)度度將顯著著降低。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量對零件疲疲勞強(qiáng)度度的影響響零件表面面的冷硬硬層能夠夠阻礙裂裂紋的擴(kuò)擴(kuò)大和新新裂紋的的出現(xiàn)，因為由由摩擦學(xué)學(xué)可知疲疲勞源的的位置在在冷硬層層的中部部，因此此冷硬可可以提高高零件的的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。但但冷硬層層過深或或過硬則則容易產(chǎn)產(chǎn)生裂紋紋，反而而會降低低疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。所所以冷硬硬要適當(dāng)當(dāng)。表面層的的內(nèi)應(yīng)力力對疲勞勞強(qiáng)度的的影響很很大。表面層殘殘余的壓壓應(yīng)力能能夠部分分地抵

9、消消工作載載荷施加加的拉壓壓力，延延緩疲勞勞裂紋擴(kuò)擴(kuò)展。而而殘余拉拉應(yīng)力容容易使已已加工表表面產(chǎn)生生裂紋而而降低疲疲勞強(qiáng)度度。帶有有不同殘殘余應(yīng)力力表面層層的零件件，其疲疲勞壽命命可相差差數(shù)倍至至數(shù)十倍倍。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量對零件抗抗腐蝕性性能的影影響零件表面面粗糙度度值越大大，潮濕濕空氣和和腐蝕介介質(zhì)越容容易堆積積在零件件表面凹凹處而發(fā)發(fā)生化學(xué)腐蝕蝕，或在凸凸峰間產(chǎn)產(chǎn)生電化化學(xué)作用用而引起起電化學(xué)腐腐蝕，故抗腐腐蝕性能能越差。表面冷硬硬和金相相組織變變化都會會產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)應(yīng)力。零件在在應(yīng)力狀狀態(tài)下工工作時，會產(chǎn)生生應(yīng)力腐蝕蝕（材料在拉拉應(yīng)力集集中和特特定的腐腐蝕環(huán)境境共同作作用下發(fā)發(fā)生腐

10、蝕蝕裂紋擴(kuò)擴(kuò)展的現(xiàn)現(xiàn)象），若有裂裂紋，則則更增加加了應(yīng)力力腐蝕的的敏感性性。因此此表面內(nèi)內(nèi)應(yīng)力會會降低零零件的抗抗腐蝕性性能。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量對零件的的其它影影響表面質(zhì)量量對零件件的配合質(zhì)量量、密封封性能及及摩擦系系數(shù)都有很大大的影響響。表面面粗糙度度值越大大，初期期磨損量量越大，對動配配合來說說，使用用不久就就會使配配合性質(zhì)質(zhì)發(fā)生變變化；對對靜配合合來說，壓裝時時會減少少過盈量量，降低低配合強(qiáng)強(qiáng)度。零件表面面層狀態(tài)態(tài)對其使使用性能能有如此此大的影影響是因因為：承承受載荷荷應(yīng)力最最大的表表面層是是金屬的的邊界，機(jī)械加加工后破破壞了晶晶粒的完完整性，從而降降低了表表面的某某些機(jī)械械性能

11、。表面層層有裂紋紋、加工工痕跡等等各種缺缺陷，在在動載荷荷的作用用下，可可能引起起應(yīng)力集集中而導(dǎo)導(dǎo)致破壞壞。零件件表面經(jīng)經(jīng)過加工工后，表表面層的的物理、機(jī)械、冶金和和化學(xué)性性能都變變得和基基體材料料不同了了。機(jī)械加工工后的表表面質(zhì)量量切削加工工后的表表面粗糙糙度切削加工工時表面面粗糙度度的形成成，大致致可歸納納為三方方面的原原因：幾何因素素物理因素素工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動動機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度幾何因素素由刀具相相對于工工件作進(jìn)進(jìn)給運動動時在加加工表面面上遺留留下來的的切削層層殘留面面積（圖8.5）。理論論上的最最大粗糙糙度Rmax可由刀具具形狀、進(jìn)給量量f，按幾何關(guān)關(guān)系求得得。當(dāng)不不考慮刀刀

12、尖圓弧弧半徑時時：當(dāng)背吃刀刀量和進(jìn)進(jìn)給量很很小時，粗糙度度主要由由刀尖圓圓弧構(gòu)成成：機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度圖8.5切削層殘殘留面積積機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度物理因素素由圖知，實際粗粗糙度與與理論粗粗糙度差差別較大大。主要是與與被加工工材料的的性能及及切削機(jī)機(jī)理有關(guān)關(guān)的物理理因素的的影響。切削過過程中刀刀具的刃刃口圓角角及后刀刀面對工工件擠壓壓與摩擦擦而產(chǎn)生生塑性變變形。韌韌性越好好的材料料塑性變變形越大大，且容容易出現(xiàn)現(xiàn)積屑瘤瘤與鱗刺刺，使粗粗糙度嚴(yán)嚴(yán)重惡化化。還有切削削用量、冷卻潤潤滑液和和刀具材材料等因因素影響響。圖8.6塑性材料料加工后后表面的的實際輪輪廓和理理論輪廓廓機(jī)械加工

13、工后的表表面粗糙糙度磨削加工工后的表表面粗糙糙度影響因素素可歸納納為三方方面：與磨削過過程和砂砂輪結(jié)構(gòu)構(gòu)有關(guān)的的幾何因因素與磨削過過程和被被加工材材料塑性性變形有有關(guān)的物物理因素素工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動動因素機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度磨削加工工后的表表面粗糙糙度從幾何因因素看，砂輪上上磨粒的的微刃形形狀和分分布對于于磨削后后的表面面粗糙度度是有影影響的。磨削表表面是由由砂輪上上大量的的磨粒刻刻劃出無無數(shù)極細(xì)細(xì)的構(gòu)槽槽形成的的，每單單位面積積上刻痕痕越多，即通過過每單位位面積的的磨粒數(shù)數(shù)越多，以及刻刻痕的等等高性能能好，粗粗糙度也也就越低低。從物理因因素看，大多數(shù)數(shù)磨粒只只有滑擦擦、耕犁犁作用。在滑

14、擦擦作用下下，被加加工表面面只有彈彈性變形形，不產(chǎn)產(chǎn)生切屑屑；在耕耕犁作用用下，磨磨粒在工工件表面面上刻劃劃出一條條溝痕，工件材材料被擠擠向兩邊邊產(chǎn)生隆隆起，此此時產(chǎn)生生塑性變變形但仍仍不產(chǎn)生生切屑。磨削量量是經(jīng)過過很多后后繼磨粒粒的多次次擠壓因因疲勞而而斷裂、脫落，所以加加工表面面的塑性性變形很很大，表表面粗糙糙度值越越大。機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度磨削加工工后的表表面粗糙糙度為了降低低表面粗粗糙度值值，應(yīng)考考慮以下下主要影影響因素素：砂輪的粒粒度砂輪的粒粒度愈細(xì)細(xì)，則砂砂輪單位位面積上上的磨粒粒數(shù)愈多多，在工工件上的的刻痕也也愈密而而細(xì)，所所以粗糙糙度值愈愈低。砂輪的修修整砂輪的修修整質(zhì)

15、量量越高，砂輪工工作表面面上的等等高微刃刃（圖8.7）就越多，因而磨磨出的工工件表面面粗糙度度值也就就愈低。圖8.7磨粒上的的微刃機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度磨削加工工后的表表面粗糙糙度砂輪速度度提高砂輪輪速度可可以增加加單位時時間內(nèi)工工件單位位面積上上的刻痕痕數(shù)，同同時塑性性變形造造成的隆隆起量隨隨著砂輪輪速度的的增大而而下降，原因是是高速下下塑性變變形的傳傳播速度度小于磨磨削速度度，材料料來不及及變形，因而粗粗糙度可可以顯著著降低。工件速度度工件速度度越大，單個磨磨粒的磨磨削厚度度就越大大，單位位時間內(nèi)內(nèi)磨削工工件表面面的磨粒粒數(shù)減少少，表面面粗糙度度值增大大。機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度

16、磨削加工工后的表表面粗糙糙度徑向進(jìn)給給量增大磨削削徑向進(jìn)進(jìn)給量將將增加塑塑性變形形的程度度從而增增大粗糙糙度。通通常在磨磨削過程程開始時時采用較較大的徑徑向進(jìn)給給量，以以提高生生產(chǎn)率，而在最最后采用用小徑向向進(jìn)給量量或無徑徑向進(jìn)給給量磨削削，以降降低粗糙糙度值。軸向進(jìn)給給量磨削時采采用較小小的軸向向進(jìn)給量量，則磨磨削后表表面粗糙糙度較低低。機(jī)械加工工后的表表面粗糙糙度磨削加工工后的表表面粗糙糙度另外，引引起磨削削表面粗粗糙度增增大的主主要原因因還往往往是工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動動所致。增加工藝藝系統(tǒng)剛剛度和阻阻尼，做做好砂輪輪的動平平衡以及及合理地地修整砂砂輪可顯著降降低粗糙糙度。機(jī)械加工工后的表表面

17、粗糙糙度機(jī)械加工工后表面面層的冷冷作硬化化切削或磨磨削加工工時，表表面層金金屬由于于塑性變變形使晶晶體間產(chǎn)產(chǎn)生剪切切滑移，晶格發(fā)發(fā)生拉長長、扭曲曲和破碎碎而得到到強(qiáng)化。冷作硬化化的特點點：變形抵抗抗力提高高（屈服服點提高高），塑塑性降低低（相對對延伸率率降低）。冷硬的指指標(biāo):通常用冷冷硬層的的深度h、表面層的的顯微硬硬度H以及硬化化程度N來表示（圖8.8），其中中N=H/H0，H0為原來的的顯微硬硬度。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能圖8.8切削加工工后表面面層的冷冷硬機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能表面層冷冷作硬化化的程度度決定于于產(chǎn)生塑塑性變形形的力、變形

18、速速度及變變形時的的溫度。力越大，塑性變變形越大大，則硬硬化程度度越大；速度越大大，塑性性變形越越不充分分，則硬硬化程度度越??；變形時的的溫度不不僅影響響塑性變變形程度度，還會會影響變變形后金金相組織織的恢復(fù)復(fù)程度。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能切削加工工時表面面層的硬硬化可能能有兩種種情況：完全強(qiáng)化化此時出現(xiàn)現(xiàn)晶格歪歪扭以及及纖維結(jié)結(jié)構(gòu)和變變形層物物理機(jī)械械性質(zhì)的的改變；不完全強(qiáng)強(qiáng)化若溫度超超過（0.250.30）T熔（熔化絕絕對溫度度），則則除了強(qiáng)強(qiáng)化現(xiàn)象象外，同同時還有有回復(fù)現(xiàn)現(xiàn)象，此此時歪扭扭的晶格格局部得得到恢復(fù)復(fù)，減低低了冷硬硬作用；如果溫溫度超過過0

19、.30T熔就會發(fā)發(fā)生金屬屬再結(jié)晶晶，此時時由于強(qiáng)強(qiáng)化而改改變了的的表面層層物理機(jī)機(jī)械性能能幾乎可可以完全全恢復(fù)。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工時表面面層的冷冷作硬化化就是強(qiáng)化作用用和回復(fù)復(fù)作用的的綜合結(jié)結(jié)果。切削溫度度越高、高溫持持續(xù)時間間越長、強(qiáng)化程程度越大大，則回回復(fù)作用用也就越越強(qiáng)。因此對高高溫下工工作的零零件，能能保證疲疲勞強(qiáng)度度的最佳佳表面層層是沒有有冷硬層層或者只只有極小?。?020m）冷作硬化化的表面面層。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能刀具刀具的切切削刃口口圓角和和后刀面面的磨損損量對于于冷硬層層有很大大的影響

20、響，此兩兩值增大大時，冷冷硬層深深度和硬硬度也隨隨之增大大。前角角減少時時，冷硬硬也增大大。被加工材材料被加工材材料硬度度愈低、塑性愈愈大，切切削后的的冷硬現(xiàn)現(xiàn)象愈嚴(yán)嚴(yán)重。影響冷作作硬化的的主要因因素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能切削用量量切削速度度增大時時，刀具具與工件件接觸時時間短，塑性變變形程度度減少，同時會會使溫度度增高，有助于于冷硬的的回復(fù)，所以硬硬化層深深度和硬硬度都有有所減少少。進(jìn)給量增增大時，切削力力增大，塑性變變形程度度也增大大，因此此硬化現(xiàn)現(xiàn)象增大大。但在在進(jìn)給量量較小時時，由于于刀具的的刃口圓圓角在加加工表面面單位長長度上的的擠壓次次數(shù)增多多，因此此硬化傾傾向也會

21、會增大。徑向進(jìn)進(jìn)給量增增大時，冷硬層層深度也也有所增增大，但但其影響響程度不不顯著。影響冷作作硬化的的主要因因素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工后表面面層金相相組織的的變化磨削加工工時切削削力比其其它加工工方法大大數(shù)十倍倍，切削削速度也也非常高高，所以以功率消消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其其它切削削方法。由于砂輪輪導(dǎo)熱性性差、切切屑數(shù)量量少，磨磨削過程程中能量量轉(zhuǎn)化的的熱大部部分都傳傳給了工工件。磨磨削時，在很短短的時間間內(nèi)磨削削區(qū)溫度度可上升升到4001000C，甚至更高高。這樣大的的加熱速速度，促促使加工工表面局局部形成成瞬時熱熱聚集現(xiàn)現(xiàn)象，有有很高溫溫升和很很大的溫溫度梯度度，出現(xiàn)現(xiàn)金

22、相組組織的變變化，強(qiáng)強(qiáng)度和硬硬度下降降，產(chǎn)生生殘余應(yīng)應(yīng)力，甚甚至引起起裂紋，這就是是磨削燒傷傷現(xiàn)象。金相組織織變化的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能磨削淬火火鋼時，由于磨磨削燒傷傷，工件件表面產(chǎn)產(chǎn)生氧化化膜并呈呈現(xiàn)出黃黃、褐、紫、青青、灰等等不同顏顏色，相相當(dāng)于鋼鋼的回火火色。不同的燒燒傷色表表示受到到不同溫溫度的作作用與產(chǎn)產(chǎn)生不同同的燒傷傷深度。有時表表面雖看看不出變變色，但但并不等等于表面面未受熱熱損傷。例如在磨磨削過程程中由于于采用過過大的磨磨削用量量，造成成了很深深的燒傷傷層，以以后的無無進(jìn)給磨磨削中磨磨去了表表面的燒燒傷色，而未能能除去燒燒傷層，則留在在工件上上的燒傷傷層

23、就會會成為使使用中的的隱患。金相組織織變化的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能磨削淬火火鋼時表表面層產(chǎn)產(chǎn)生的燒燒傷有以以下三種種：回火燒傷傷磨削區(qū)溫溫度超過過馬氏體體轉(zhuǎn)變溫溫度而未未超過相相變溫度度，則工工件表面面原來的的馬氏體體組織將將產(chǎn)生回回火現(xiàn)象象，轉(zhuǎn)化化成硬度度降低的的回火組組織索氏體或或屈氏體體；淬火燒傷傷磨削區(qū)溫溫度超過過相變溫溫度，馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體，由于冷冷卻液的的急冷作作用，表表層會出出現(xiàn)二次次淬火馬馬氏體，硬度較較原來的的回火馬馬氏體高高，而它它的下層層則因為為冷卻緩緩慢成為為硬度降降低的回回火組織織。退火燒傷傷不同冷卻卻液進(jìn)行行干磨削削時，磨磨削區(qū)溫溫度超

24、過過相變溫溫度，馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體，因工件件冷卻緩緩慢，則則表層硬硬度急劇劇下降，這時工工件表層層被退火火。金相組織織變化的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能影響磨削削加工時時金相組組織變化化的因素素有:工件材料料磨削溫度度溫度梯度度冷卻速度度等。影響磨削削加工時時金相組組織變化化的因素素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能工件材料料為低碳鋼時不會發(fā)發(fā)生相變變；高合金鋼鋼如軸承鋼鋼、高速速鋼、鎳鎳鉻鋼等等傳熱性性特別差差，在冷冷卻不充充分時易易出現(xiàn)磨磨削燒傷傷。未淬火鋼鋼為擴(kuò)散度度低的珠珠光體，磨削時時間短時時不會發(fā)發(fā)生金相相組織的的變化；淬火鋼極易相變變。影響磨削削加工時時

25、金相組組織變化化的因素素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能圖8.9磨削高碳碳淬火鋼鋼時表面面的硬度度分布機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能當(dāng)磨削深深度小于于10m時，由于于溫度的的影響使使表面層層的回火火馬氏體體產(chǎn)生弱弱化，并并與塑性性變形產(chǎn)產(chǎn)生的冷冷作硬化化現(xiàn)象綜綜合而產(chǎn)產(chǎn)生了比比基體硬硬度低的的部分，而表面面的里層層由于磨磨削加工工中的冷冷作硬化化起了主主導(dǎo)作用用而又產(chǎn)產(chǎn)生了比比基體硬硬度高的的部分。當(dāng)磨削深深度為2030m時，冷作作硬化的的影響減減少，磨磨削溫度度起了主主導(dǎo)作用用。由于于磨削區(qū)區(qū)溫度高于馬氏氏體轉(zhuǎn)變變溫度，低于相相變溫度度而使表表面層馬馬氏體回回火產(chǎn)生生回火燒燒傷

26、。當(dāng)磨削深深度增大大至50m時，磨削削區(qū)最高高溫度超過了相變臨界界溫度，急冷時時產(chǎn)生淬淬火燒傷傷，而再再往里層層則硬度度又逐漸漸升高直直至未受受熱影響響的基體體組織。影響磨削削加工時時金相組組織變化化的因素素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工后表面面層的殘殘余應(yīng)力力在機(jī)械加加工中，工件表表面層金金屬相對對基體金金屬發(fā)生生形狀、體積的的變化或或金相組組織變化化時，工工件表面面層中將將殘留相相互平衡衡的殘余余應(yīng)力。產(chǎn)生表表面層殘殘余應(yīng)力力的原因因：冷態(tài)塑性性變形機(jī)械加工工時，表表層金屬屬產(chǎn)生強(qiáng)強(qiáng)烈的塑塑性變形形。沿切切削速度度方向表表面產(chǎn)生生拉伸變變形，晶晶粒被拉拉長，金金屬密度度會

27、下降降，即比比容增大大，而里里層材料料則阻礙礙這種變變形，因因而在表表面層產(chǎn)產(chǎn)生殘余余壓應(yīng)力力，在里里層則產(chǎn)產(chǎn)生殘余余拉應(yīng)力力。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能熱態(tài)塑塑性變形形機(jī)械加工工時，切切削或磨磨削熱使使工件表表面局部部溫升過過高，引引起高溫塑性性變形。圖8.10為因加工工溫度而而引起殘殘余應(yīng)力力的示意意圖。第1層溫度在在塑性溫溫度以上上，產(chǎn)生生熱塑變變形，故故沒有應(yīng)應(yīng)力；第第2層溫度在在塑性溫溫度與室室溫之間間，只產(chǎn)產(chǎn)生彈性性熱膨脹脹，膨脹脹受到第第3層的阻礙礙，產(chǎn)生生壓應(yīng)力力；第3層處在室室溫的冷冷態(tài)層不不產(chǎn)生熱熱變形，產(chǎn)生拉拉應(yīng)力。開始冷卻卻時，當(dāng)當(dāng)?shù)?

28、層冷到塑塑性溫度度以下，體積收收縮，但但第2層阻礙其其收縮，第1層中產(chǎn)生生拉應(yīng)力力，第2層中的壓壓應(yīng)力增增加。而而由于第第2層的冷卻卻收縮，第3層中的拉拉應(yīng)力有有所減小小。最后冷卻卻時，第第1層繼續(xù)收收縮，拉拉應(yīng)力進(jìn)進(jìn)一步增增大，而而第2層熱膨脹脹全部消消失，完完全由第第1層的收縮縮而形成成一個不不大的壓壓應(yīng)力，第3層拉應(yīng)力力消失，而與第第2層一起受受第1層的影響響，也形形成一個個不大的的壓應(yīng)力力。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能金相組織織變化切削時產(chǎn)產(chǎn)生的高高溫會引引起表面面的相變變。由于不同同的金相相組織有有不同的的比容，表

29、面層層金相變變化的結(jié)結(jié)果將造造成體積積的變化化。表面層體體積膨脹脹時，因因為受到到基體的的限制，產(chǎn)生了了壓應(yīng)力力；反之之產(chǎn)生拉拉應(yīng)力。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能實際機(jī)械械加工后后的表面面層殘余余應(yīng)力及及其分布布，是上上述三方面因因素綜合合作用的的結(jié)果，在一定定條件下下，其中中某一或或二種因因素可能能起主導(dǎo)導(dǎo)作用。例如：切切削時切切削熱不不多則以以冷態(tài)塑塑性變形形為主，若切削削熱多則則以熱態(tài)態(tài)塑性變變形為主主。磨削削時表面面層殘余余應(yīng)力歲歲磨削條條件不同同而不同同，圖8.11所示為三三類磨削削條件下下產(chǎn)生的的表面層層殘余應(yīng)應(yīng)力。輕輕磨削條條件產(chǎn)生生淺而小小的殘余

30、余壓應(yīng)力力，因為為此時沒沒有金相相組織變變化，溫溫度影響響也很小小，主要要是塑性性變形的的影響在在起作用用。中等等磨削條條件產(chǎn)生生淺而大大的拉應(yīng)應(yīng)力。淬淬火鋼重重磨削條條件則產(chǎn)產(chǎn)生深而而大的拉拉應(yīng)力（最外表表面可能能出現(xiàn)小小而淺的的壓應(yīng)力力），這這里顯然然是由于于熱態(tài)塑塑性變形形和金相相組織變變化的影影響在起起主導(dǎo)作作用的緣緣故。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能影響殘余余應(yīng)力的的主要工工藝因素素：刀具的前前角切削速度度工件材料料的性質(zhì)質(zhì)和冷卻卻潤滑液液。具體的情情況則看看其對切切削時的的塑性變變形、切切削溫度度和金相相組織變變化的影影響程度度而定。影響殘余余應(yīng)力的的

31、工藝因因素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能總的來說說，磨削削加工中中熱態(tài)塑塑性變形形和金相相組織變變化的影影響較大大，故大大多數(shù)磨磨削零件件的表面面層往往往有殘余余拉應(yīng)力力。當(dāng)殘余拉拉應(yīng)力超超過材料料的強(qiáng)度度極限時時，零件件表面就就會出現(xiàn)現(xiàn)裂紋。有的磨磨削裂紋紋也可能能不在工工件的外外表面，而是在在表面層層下成為為肉眼難難以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的缺陷陷。磨削裂紋紋一般很很淺（0.25.050mm），大多數(shù)垂垂直于磨磨削方向向或成網(wǎng)網(wǎng)狀（磨磨螺紋時時有時也也有平行行于磨削削方向的的裂紋），如圖圖8.12所示。裂裂紋總是是拉應(yīng)力力引起的的，且常常與燒傷傷同時出出現(xiàn)。磨削裂紋紋的產(chǎn)生生機(jī)械加工工后的表表面層

32、物物理機(jī)械械性能圖8.12磨削裂紋紋機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能磨削裂紋紋的產(chǎn)生生與材料料性質(zhì)及及熱處理理工序有有很大關(guān)關(guān)系。磨削硬質(zhì)質(zhì)合金時時，由于于其脆性性大，抗抗拉強(qiáng)度度低以及及導(dǎo)熱性性差，所所以特別別容易產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋。磨削含含碳量高高的淬火火鋼時，由于其其晶界脆脆弱，也也容易產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋。工件在在淬火后后如果存存在殘余余應(yīng)力，則即使使在正常常的磨削削條件下下也可能能出現(xiàn)裂裂紋，故故在磨削削前進(jìn)行行去除應(yīng)應(yīng)力的工工序能收收到很好好的效果果。滲碳碳、滲氮氮時如果果工藝不不當(dāng)，就就會在表表面層晶晶界面上上析出脆脆性的碳碳化物、氮化物物，當(dāng)磨磨削時在在熱應(yīng)力力作用下下，就容容

33、易沿著著這些組組織發(fā)生生脆性破破壞，而而出現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)狀裂紋紋。磨削裂紋紋的產(chǎn)生生機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能例題8.1在外圓磨磨床上磨磨削一根根淬火鋼鋼軸，其其強(qiáng)度極極限b=2000MPa，工件表面面溫度升升至8000C，因使用冷冷卻液而而產(chǎn)生回回火。表表面層金金屬由馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹橹楣怏w，其密度度從7.75103kg/m3增至7.78103kg/m3。問工件表表面層將將產(chǎn)生多多大的殘殘余應(yīng)力力？是壓壓應(yīng)力還還是拉應(yīng)應(yīng)力？是是否會產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋？由于表表面層熱熱作用引引起高溫溫塑性變變形，冷冷卻后表表面層產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力。已知：T1=8000C，T0=200C，=1210-6/0C，E

34、=21011N/mm，由式（7.16）得表面面層的熱熱伸長量量：所以線膨膨脹系數(shù)數(shù)殘1由于表表層金相相組織的的變化引引起的應(yīng)應(yīng)力：表表面層回回火，表表層組織織由馬氏氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)橹楣夤怏w，其其密度增增加，由由馬增大到珠，比容積積由V減小到V-V，因此表面面層產(chǎn)生生的收縮縮受到基基體組織織的阻礙礙，就產(chǎn)產(chǎn)生了殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力。已知：馬=7.75103kg/m3，珠=7.78103kg/m3，由容積與與密度的的關(guān)系得得：V-V/V=馬/珠即：1-V/V=馬/珠=7.75/7.78=1-0.03/7.78得體膨脹脹系數(shù)：V/V=0.03/7.78由于體膨膨脹系數(shù)數(shù)是線膨膨脹系數(shù)數(shù)的三倍倍,故殘2綜合上面

35、面兩個情情況,工件表面面總的殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力為：殘=殘1+殘2=1872+257=2129Mpa因為殘余余拉應(yīng)力力殘=2129Mpa工件強(qiáng)度度極限b=2000MPa，所以加工工中產(chǎn)生生磨削裂裂紋，裂裂紋方向向與磨削削方向垂垂直。8.4.1減小殘余余拉應(yīng)力力、防止止磨削燒燒傷和磨磨削裂紋紋的工藝藝途徑8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑對零件使使用性能能危害甚甚大的殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力、磨磨削燒傷傷和磨削削裂紋均均起因于于磨削熱熱，所以以如何降降低磨削削熱并減減少其影影響是生生產(chǎn)上的的一項重重要問題題。解決決的原則則：一是是減少磨磨削熱的的發(fā)生，二是加加速磨削削熱的傳傳出。8.4.1.1選擇合理理

36、的磨削削參數(shù)8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑為了直接接減少磨磨削熱的的發(fā)生，降低磨磨削區(qū)的的溫度，應(yīng)合理理選擇磨磨削參數(shù)數(shù)：減少少砂輪速速度和背背吃刀量量；適當(dāng)當(dāng)提高進(jìn)進(jìn)給量和和工件速速度。但但這會使使粗糙度度值增大大而造成成矛盾。生產(chǎn)中中比較可可行的辦辦法是通通過試驗驗來確定定磨削參參數(shù)：先先按初步步選定的的磨削參參數(shù)試磨磨，檢查查工件表表面熱損損傷情況況，根據(jù)據(jù)此調(diào)整整磨削參參數(shù)直至至最后確確定下來來。另一一種方法法是在磨磨削過程程中連續(xù)續(xù)測量磨磨削區(qū)溫溫度，然然后控制制磨削參參數(shù)。國國外研究究通過計計算機(jī)進(jìn)進(jìn)行過程程控制磨磨削和自自適應(yīng)磨磨削等方方法來減減少磨削削熱。8.4.1

37、.2選擇有效效的冷卻卻方法8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑選擇適宜宜的磨削削液和有有效的冷冷卻方法法。如采采用高壓壓達(dá)流量量冷卻、內(nèi)冷卻卻或減輕輕旋轉(zhuǎn)的的砂輪表表面的高高壓附著著氣流的的作用，加裝空空氣擋板板，以使使冷卻液液能順利利地噴注注到磨削削區(qū)。8.4.2采用冷壓壓強(qiáng)化工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑對于承受受高應(yīng)力力、交變變載荷的的零件可可以采用用噴丸、液壓、擠壓、等表面面強(qiáng)化工工藝使表表面層產(chǎn)產(chǎn)生殘余余壓應(yīng)力力和冷硬硬層并降降低表面面粗糙度度值，從從而提高高耐疲勞勞強(qiáng)度及及抗應(yīng)力力腐蝕性性能。但但是采用用強(qiáng)化工工藝時應(yīng)應(yīng)很好控控制工藝藝參數(shù)，不要造造成過度度

38、硬化，否則會會使表面面完全失失去塑性性性質(zhì)，甚至引引起顯微微裂紋和和材料剝剝落，帶帶來不良良的后果果。8.4.2.1噴丸8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑噴丸是一一種用壓壓縮空氣氣或離心心力將大大量直徑徑細(xì)?。?mm）的丸粒粒（鋼丸丸、玻璃璃丸）以以m/s的速度向向零件表表面噴射射的方法法?？梢砸杂糜谌稳魏螐?fù)雜雜形狀的的零件。噴丸的的結(jié)果在在表面層層產(chǎn)生很很大的塑塑性變形形，造成成表面的的冷作硬硬化和殘殘余壓應(yīng)應(yīng)力。硬硬化深度度可達(dá).mm,表面粗糙糙度可自自.降到.。噴丸丸后零件件的使用用壽命可可提高數(shù)數(shù)倍至數(shù)數(shù)十倍。例如，齒輪可可提高倍，螺螺旋彈簧簧可提高高倍倍以上。8.4.2.2滾

39、壓8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑用工具鋼鋼淬硬自自稱的鋼鋼滾輪或或鋼珠在在零件上上進(jìn)行滾滾壓，使使表層材材料產(chǎn)生生塑性流流動，形形成新的的光潔表表面。表表面粗糙糙度可自自.降至.，表面面硬化深深度達(dá).mm硬化程度度。8.4.3采用精密密和光整整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑精密和光光整加工工工藝是是指經(jīng)濟(jì)濟(jì)加工精精度在級以上上，表面面粗糙度度小于.，表表面物理理機(jī)械性性能也處處于十分分良好狀狀態(tài)的各各種加工工工藝方方法。采采用精密密加工工工藝能全全面地提提高加工工精度和和表面質(zhì)質(zhì)量，而而光整加加工工藝藝主要是是為了獲獲得較高高的表面面質(zhì)量。8.4.3.1精密加

40、工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑精密加工工工藝的的加工精精度主要要由高精精度的機(jī)機(jī)床保證證。精密密加工的的切削深深度和進(jìn)進(jìn)給量一一般極小小，切削削速度則則很高或或極低，加工時時盡可能能進(jìn)行充充分的冷冷卻和潤潤滑，以以有利于于最大限限度地排排除切削削力，切切削熱對對加工質(zhì)質(zhì)量的影影響，并并有利于于降低表表面粗糙糙度。精精密加工工切削效效率不高高，故加加工余量量不能太太大，所所以對前前道工序序有較高高的要求求。8.4.3.1精密加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑精密加工工工藝方方法有高高速精膛膛、高速速精車、寬刃精精刨和細(xì)細(xì)密磨削削等。下下面介紹紹細(xì)密磨磨削。8

41、.4.3.1精密加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑使工件表表面獲得得粗糙度度小于.、圓圓度誤差差小于.在、直直線度誤誤差小于于mm，同軸度度誤差小小于的的磨削工工藝，通通常稱為為細(xì)密磨磨削。一一般以能能獲得的的稱為精精密磨削削，能獲獲得的稱稱為超精精密磨削削，能獲獲得的稱稱為鏡面面磨削。細(xì)密磨磨削是依依靠砂輪輪工作面面上修整整出大量量等高微微刃進(jìn)行行精密加加工的，這些等等高微刃刃能從尚尚具有微微量缺陷陷和尺寸寸、形狀狀誤差的的工件表表面切除除極微薄薄的余量量，故可可獲得很很高的加加工精度度。又由由于大量量等高微微刃在加加工表面面留下極極微細(xì)的的切削痕痕跡，加加上無火火花磨削削

42、的滑擦擦、擠壓壓、拋光光作用，所以可可以得到到很低的的表面粗粗糙度。8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑光整加工工是用粒粒度很細(xì)細(xì)的磨料料對工件件表面進(jìn)進(jìn)行微量量切削和和擠壓的的過程.光整加工工是按照照隨機(jī)創(chuàng)創(chuàng)知成形形原理,加工中磨磨具與工工件的相相對運動動盡可能能復(fù)雜,盡可能使使磨料不不走重復(fù)復(fù)的軌跡跡,讓工件加加工表面面各點都都受到具具有很大大隨機(jī)性性的接觸觸條件,以突出它它們間的的高點,進(jìn)行相互互修整,使誤差逐逐步均化化而得到到消除,從而獲得得極光的的表面和和高于磨磨具原始始精度的的加工精精度.8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的

43、工藝途途徑光整加工工是用粒粒度很細(xì)細(xì)的磨料料對工件件表面進(jìn)進(jìn)行微量量切削和和擠壓的的過程.光整加工工是按照照隨機(jī)創(chuàng)創(chuàng)知成形形原理,加工中磨磨具與工工件的相相對運動動盡可能能復(fù)雜,盡可能使使磨料不不走重復(fù)復(fù)的軌跡跡,讓工件加加工表面面各點都都受到具具有很大大隨機(jī)性性的接觸觸條件,以突出它它們間的的高點,進(jìn)行相互互修整,使誤差逐逐步均化化而得到到消除,從而獲得得極光的的表面和和高于磨磨具原始始精度的的加工精精度.8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑光整加工工工藝的的共同特特點是沒沒有與磨磨削深度度相對應(yīng)應(yīng)的磨削削用量參參數(shù),一般只規(guī)規(guī)定加工工時的很很低的單單位切削

44、削壓力,因此加工工過程中中的切削削力和切切削熱都都很小,從而能獲獲得很低低的表面面粗糙度度.表面層不不會產(chǎn)生生熱損傷傷,并具有殘殘余壓應(yīng)應(yīng)力.所使用的的工具都都是浮動動連接.由加工面面自身導(dǎo)導(dǎo)向,而相對于于工件的的定位基基準(zhǔn)沒有有確定的的位置,所使用的的機(jī)床也也不需要要具有非非常精確確的成形形運動.這些加工工方法的的主要作作用是降降低表面面粗糙度度,一般不能能糾正形形狀和位位置誤差差,加工精度度主要由由前面工工序保證證.對上道工工序的表表面粗糙糙度要求求高,一般要求求達(dá)到,表面不得得有較深深得加工工痕跡.加工余量量都很小小，一般般不超過過mm，以免使使加工時時間過長長，產(chǎn)生生切削熱熱，降低低生

45、產(chǎn)效效率，甚甚至破壞壞上一道道工序已已達(dá)到得得精度8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑珩磨珩珩磨是利利用珩磨磨頭上得得細(xì)粒砂砂條對孔孔進(jìn)行加加工得方方法，在在大批生生產(chǎn)中應(yīng)應(yīng)用很普普遍其其工作原原理如圖圖所示，珩珩磨頭上上裝有條條砂石，砂條由由張開機(jī)機(jī)構(gòu)作用用沿徑向向張開在在孔壁上上產(chǎn)生一一定得壓壓力對工工件進(jìn)行行微量切切削擠壓和擦擦光.珩磨時,珩磨頭作作旋轉(zhuǎn)運運動和往往復(fù)運動動,由于珩磨磨頭的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與每每分鐘往往復(fù)次數(shù)數(shù)不通約約,故被加工工表面上上呈現(xiàn)交交叉而互互不重復(fù)復(fù)的網(wǎng)狀狀痕跡,造成了儲儲存潤滑滑油的良良好條件件.8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控

46、制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑珩磨壓力力低,切深小,故珩磨功功率小,工件表面面層的變變形小,切削能力力弱.而切削軌軌跡不重重復(fù),切削過程程平穩(wěn),且使用大大量的切切削液沖沖走脫落落的砂粒粒并對工工件表面面進(jìn)行充充分冷卻卻，使珩珩磨的表表面質(zhì)量量很高，表面粗粗糙度達(dá)達(dá)珩磨磨還能對對前工序序遺留下下來的幾幾何形狀狀誤差進(jìn)進(jìn)行一定定程度的的修正，因為表表面的突突出部分分總是先先與砂條條接觸而而被磨去去，直至至砂條與與工件表表面完全全接觸為了補(bǔ)補(bǔ)償機(jī)床床珩磨磨頭夾夾具間的的同軸度度誤差，珩磨頭頭與機(jī)床床主軸之之間的連連接是浮浮動的，因此珩珩磨加工工不能修修正孔間間的相對對誤差8.4.3.2光整加工工工

47、藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑（2）超精加工工超精精加工是是用細(xì)粒粒度的砂砂條以一一定的壓壓力壓在在作低速速旋轉(zhuǎn)運運動的工工件表面面上，并并在軸向向作往復(fù)復(fù)運動，工件或或砂條還還作軸向向進(jìn)給運運動以進(jìn)進(jìn)行微量量切削（圖5）的加工工方法，超精加加工后的的表面粗粗超度低低（.00120.08），留有有網(wǎng)狀的的痕跡,造成了良良好的儲儲油條件件，故表表面耐磨磨性好超精加加工常用用于加工工內(nèi)外圓圓柱圓圓錐面和和滾動軸軸承套圈圈的溝道道8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑2超精加工工一般可可劃分為為四個加加工階段段：強(qiáng)烈切削削階段：加工初初期砂條條主要起起切

48、削作作用，砂砂條同同比較粗粗糙的工工件表面面接觸，實際的的接觸面面積小，單位面面積壓力力較大，工件與與砂條之之間不能能形成完完整的潤潤滑油膜膜，且砂砂條作往往復(fù)振動動，切削削力方向向經(jīng)常變變化，磨磨粒破碎碎的機(jī)會會多，自自礪性好好，故切切削作用用強(qiáng)烈正常切削削階段：工件表表面逐漸漸被磨平平后，接接觸面積積逐步增增大，單單位面積積上的壓壓力減少少，切削削作用減減弱進(jìn)入入正常切切削階段段微弱切削削階段：隨著工工件表面面接觸面面積進(jìn)一一步增大大，單位位面積上上的壓力力更小，切削作作用微弱弱，砂條條表面液液因有極極細(xì)的切切屑氧化化物嵌入入空隙而而變得光光滑，產(chǎn)產(chǎn)生拋光光作用自動停止止切削階階段：工工件

49、表面面被磨平平，單位位面積上上得壓力力極低，工件和和砂條間間潤滑油油膜逐漸漸形成，不再接接觸，故故自動停停止切削削8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的的工藝途途徑研磨研磨是用用研具（圖6）以一定定得相對對滑動速速度（粗粗研時m/s,精研時0.10.2m/s）再a壓力下與與被加工工面作復(fù)復(fù)雜相對對運動的的一種光光整加工工方法研具與與工件之之間的磨磨粒能從從工件表表面上切切去極微微薄的一一層材料料，得到到尺寸誤誤差和表表面粗糙糙度極低低的表面面研磨磨后工件件的尺寸寸誤差可可以在0.0010.003mm內(nèi)，表面面粗糙度度8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加加工表面面質(zhì)量的

50、的工藝途途徑4拋光拋光是在在布輪布盤或或砂帶等等軟的磨磨具上涂涂拋光膏膏來加工工工件的的拋光光器具高高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，由拋拋光膏的的機(jī)械刮刮擦和化化學(xué)作用用將粗糙糙表面的的峰頂去去掉，從從而使表表面獲得得光澤鏡鏡面拋拋光時一一般不去去掉余量量，所以以不能提提高工件件的精度度甚至還還會損壞壞原有精精度，經(jīng)經(jīng)拋光的的表面能能減小殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力851振動的概概念與類類型85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題金屬切削削過程中中，工件件和刀具具之間常常常會發(fā)發(fā)生強(qiáng)烈烈的振動動，這是是一種破破壞正常常切削過過程的極極其有害害的現(xiàn)象象。當(dāng)切切削振動動發(fā)生時時，工件件表面質(zhì)質(zhì)量嚴(yán)重重惡化，粗糙度度增大。產(chǎn)生明明顯的

51、表表面痕跡跡，這時時不得不不降低切切學(xué)用量量，使生生產(chǎn)率的的提高受受到限制制。振動動嚴(yán)重時時，會產(chǎn)產(chǎn)生崩刃刃現(xiàn)象，使加工工過程無無法進(jìn)行行下去。此外，振動將將加速刀刀具和機(jī)機(jī)床的磨磨損。從從而縮短短刀具和和機(jī)床的的使用壽壽命；振振動噪聲聲危害工工人的健健康。弄弄清機(jī)械械加工過過程中產(chǎn)產(chǎn)生震動動的原因因，掌握握它的發(fā)發(fā)生、發(fā)發(fā)展的規(guī)規(guī)律，使使機(jī)械加加工過程程既保持持高的生生產(chǎn)率，又保證證零件表表面的加加工質(zhì)量量，是機(jī)機(jī)械加工工中應(yīng)予予研究的的一個重重要內(nèi)容容。機(jī)械加工工過程中中產(chǎn)生的的振動，也和其其他的機(jī)機(jī)械振動動一樣，按其產(chǎn)產(chǎn)生的原原因可分分為自由由震動、強(qiáng)迫振振動和自自激振動動三大類類。其中

52、中自由振振動往往往是由于于切削力力的突然然變化或或其他外外界力的的沖擊等等原因引引起，一一般可迅迅速衰減減，對加加工過程程影響較較小，這這里不予予討論。8.5.2機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動動85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題強(qiáng)迫振動動是工藝藝系統(tǒng)在在一個穩(wěn)穩(wěn)定的外外界周期期性干擾擾力(激振力)作用下引引起的振振動.除了力之之外,凡是隨時時間變化化的位移移、速度度和加速速度，也也可以激激起系統(tǒng)統(tǒng)的振動動。8521強(qiáng)迫振動動產(chǎn)生的的原因85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題強(qiáng)迫振動動產(chǎn)生的的原因分分工藝系系統(tǒng)內(nèi)部部和外部部兩方面面。內(nèi)部振源源：各個個電動機(jī)機(jī)的振動動，包括括電動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子旋旋轉(zhuǎn)不平

53、平衡引起起的振動動；機(jī)床床回轉(zhuǎn)零零件的不不平衡，例如砂砂輪、皮皮帶輪和和旋轉(zhuǎn)軸軸的不平平衡引起起的振動動，運動動傳遞過過程中中引起的的振動，如齒輪輪嚙合時時的沖擊擊、皮帶帶輪圓度度誤差及及皮帶厚厚度不均均引起的的張力變變化，滾滾動軸承承的套圈圈和滾子子尺寸及及形狀誤誤差，使使運動在在傳遞過過程中產(chǎn)產(chǎn)生了振振動；往往復(fù)部件件的沖擊擊；液壓壓傳動系系統(tǒng)的壓壓力脈動動；切削削時的沖沖擊振動動，切削削負(fù)荷不不均引起起切削力力的變化化而導(dǎo)致致的振動動。外部振源源：其他他機(jī)床、鍛錘、火車、卡車等等通過機(jī)機(jī)床地基基傳給機(jī)機(jī)床的振振動。8522強(qiáng)迫振動動的運動動方程85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題工藝系

54、統(tǒng)統(tǒng)是個多多自由度度的振動動系統(tǒng)，其振動動形態(tài)很很復(fù)雜，但就某某一特定定情況而而言，其其振動特特性與相相應(yīng)頻率率的單自自由度系系統(tǒng)有相相似之處處，因此此可以簡簡化為單單自由度度系統(tǒng)來來分析，例如，內(nèi)圓磨磨削時工工件系統(tǒng)統(tǒng)的剛度度比磨頭頭系統(tǒng)剛剛度大很很多，此此時磨削削系統(tǒng)可可簡化為為磨桿和和砂輪的的單自由由度振動動系統(tǒng)，將磨桿桿簡化為為“無質(zhì)質(zhì)量“的的彈簧K，砂輪簡簡化為”無彈性性“的質(zhì)質(zhì)量m，組成一一個彈簧簧質(zhì)量系系統(tǒng)模型型。由質(zhì)量塊塊受力分分析得:8522強(qiáng)迫振動動的運動動方程85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題這是一個個非齊次次線性微微分方程程,它的解由由該式齊齊次方程程的通解解和非齊

55、齊次方程程的一個個特解疊疊加而成成。齊次次方程的的通解為為有阻尼尼的自由由振動過過程。經(jīng)經(jīng)過一段段時間后后這部分分振動會會衰減為為零，特特解是園園頻率等等于激振振力園頻頻率的強(qiáng)強(qiáng)迫振動動，它純純粹由激激振力引引起。響響應(yīng)過程程如圖，經(jīng)過過過渡過程程以后，強(qiáng)迫振振動起主主要作用用，只要要交變激激振力存存在，強(qiáng)強(qiáng)迫振動動就不會會被阻尼尼衰減掉掉。根據(jù)據(jù)以上所所述，我我們就不不考慮很很快衰減減為零的的自由阻阻尼振動動部分，而只研研究經(jīng)歷歷了過渡渡過程而而進(jìn)入穩(wěn)穩(wěn)態(tài)后的的諧振運運動。8522強(qiáng)迫振動動的運動動方程85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題即其特解解為（8.4）其中（8.5）（8.6）其中：

56、A強(qiáng)迫振動動的振幅幅，mm振幅相對對于力幅幅的相位位角，radK系統(tǒng)剛度度，N/mm系統(tǒng)在靜靜力作用用下產(chǎn)生生的靜位位移，mm頻率比振動頻率率，rad/s振動系統(tǒng)統(tǒng)無阻尼尼時的固固有頻率率，rad/sV動態(tài)放大大系數(shù)。8522強(qiáng)迫振動動的運動動方程85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題式（8.5）表示了了單自由由度強(qiáng)迫迫振動振振幅與干干擾頻率率的依從從關(guān)系，稱為單單自由度度強(qiáng)迫振振動的幅幅頻特性性。式（8.6）表示了了強(qiáng)迫振振動中位位移與干干擾力之之間的相相位與干干擾頻率率的依從從關(guān)系，稱為單單自由度度強(qiáng)迫振振動相頻頻特性。8523強(qiáng)迫振動動的特性性85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題幅頻特

57、性性曲線和和相頻特特性曲線線依據(jù)式（8.5）和（8.6）并以阻阻尼比為為參數(shù)畫畫成曲線線圖，從從圖可以以看出當(dāng)當(dāng)時，這時激激振力的的頻率極極低，近近似于靜靜載荷，振幅接接近于靜靜位移，這種現(xiàn)現(xiàn)象發(fā)生生在區(qū)域域內(nèi)，稱稱此范圍圍為準(zhǔn)靜靜態(tài)范圍圍。當(dāng)且阻尼尼比較小小時，激激振力使使系統(tǒng)的的振幅形形成了一一個凸峰峰，其峰峰值比靜靜態(tài)響應(yīng)應(yīng)大許多多倍，這這種現(xiàn)象象稱為“共振”。工程上把把系統(tǒng)的的固有頻頻率作為為共振頻頻率，把把固有頻頻率前后后20%30%區(qū)域作為為共振區(qū)區(qū)，為避避免系統(tǒng)統(tǒng)共振，應(yīng)避免免進(jìn)入這這個區(qū)域域，由圖圖還可看看出，阻阻尼在共共振區(qū)對對降低振振幅的作作用很大大，在其其他區(qū)域域作用較較

58、小。當(dāng)時，這這是由于于激振力力的變化化頻率太太高，而而振動系系統(tǒng)因本本身的慣慣性來不不及響應(yīng)應(yīng)，故系系統(tǒng)反而而不振，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為慣性區(qū)區(qū)。由相頻曲曲線可以以看出，無論系系統(tǒng)的阻阻尼比為為何值，當(dāng)相相位滯后后90度8523強(qiáng)迫振動動的特性性85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題綜上所述述，強(qiáng)迫迫振動的的主要特特性如下下：強(qiáng)迫振動動是在外外界周期期性干擾擾力的作作用下產(chǎn)產(chǎn)生的，但振動動本身并并不能引引起干擾擾力的變變化，不不管振動動系統(tǒng)本本身的固固有頻率率如何，強(qiáng)迫振振動的固固有頻率率總是與與外界干干擾力的的頻率相相同，強(qiáng)強(qiáng)迫振動動的振幅幅大小在在很大程程度上取取決于干干擾力的的頻率與與系統(tǒng)固

59、固有頻率率的比值值，當(dāng)這這個頻率率比等于于或接近近1時，振幅幅達(dá)到最最大值，出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，干擾力力越大，系統(tǒng)剛剛度及阻阻尼系數(shù)數(shù)越小，強(qiáng)迫振振動的振振幅就越越大。8523強(qiáng)迫振動動的特性性85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題例題8.2把一臺質(zhì)質(zhì)量M=2000Kg的機(jī)床安安裝在無無質(zhì)量的的彈性地地板上（圖8。23），當(dāng)將將一個總總質(zhì)量，并帶有有兩個偏偏心為e的不平衡衡質(zhì)量m/2的激振器器放在機(jī)機(jī)床上，以產(chǎn)生生一個垂垂直的簡簡諧激振振力，今今測得共共振時的的頻率，求機(jī)床床的固有有頻率。由題意，激振時時的共振振頻率則則，故故機(jī)床固有有頻率:機(jī)床固有有頻率8.5.3機(jī)械加工工中的自自激振動動85

60、機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題自激振動動時由振振動過程程本身引引起切削削力周期期性變化化,又由這個個周期性性變化的的切削力力反過來來加強(qiáng)和和維持振振動,使振動系系統(tǒng)補(bǔ)充充了由阻阻尼作用用消耗的的能量,讓振動維維持下去去。切削削過程中中產(chǎn)生的的自激震震動是頻頻率較高高的不衰衰減振動動，通常常又稱顫顫振，約約占振動動的65%，它往往往是影響響加工表表面質(zhì)量量和限制制機(jī)床生生產(chǎn)率提提高的主主要障礙礙，故應(yīng)應(yīng)對其十十分重視視。8.5.3機(jī)械加工工中的自自激振動動85機(jī)機(jī)械加加工過程程中的振振動問題題切削過程程中的自自激振動動可舉日日常生活活中常常見的電電鈴為例例 。如如圖,以電池1為能源，當(dāng)按下下