CH5機(jī)械加工表面質(zhì)量課件

第5章

機(jī)械加工表面質(zhì)量第5章

機(jī)械加工表面質(zhì)量本章提要

機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和延長使用壽命。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對象的。本章旨在研究零件表面層在加工中的變化和發(fā)生變化的機(jī)理，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。本章提要機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和5.15.25.35.45.5概述表面粗糙度影響的工藝因素及其改善的工藝措施影響表層物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施控制加工表面質(zhì)量的途徑機(jī)械加工中的振動及其控制措施內(nèi)容提綱5.15.25.35.45.5概述內(nèi)容提綱任何機(jī)械加工方法所得到的零件表面，實(shí)際上都不是完全理想的表面。實(shí)踐證明，機(jī)器零件的破壞，一般都從表層開始，這從一定程度上表明零件的表面質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。產(chǎn)品工作性能的可靠性、耐久性，很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。機(jī)器零件使用性能的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性等，除與材料本身的性能和熱處理有關(guān)外，主要取決于加工后的表面質(zhì)量。隨著產(chǎn)品性能的不斷提高，一些重要零件必須在高應(yīng)力、高速、高溫等極端條件下工作，因其工作表面作用有最大應(yīng)力并直接受外界介質(zhì)的腐蝕，表面層的任何缺陷都可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象而導(dǎo)致零件的損壞，于是表面質(zhì)量問題也會變得突出和復(fù)雜。

5.1

概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義任何機(jī)械加工方法所得到的零件表面，實(shí)際上都不是完全理想的表面研究表面質(zhì)量的目的，是要掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量的作用及影響規(guī)律，以便應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過程，最終提高零件的表面質(zhì)量和產(chǎn)品使用性能。機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究內(nèi)容包括加工表面幾何形狀特征和表面層物理、機(jī)械性能的變化。

5.1

概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義研究表面質(zhì)量的目的，是要掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量吸附層

<8nm基體材料纖維層壓縮區(qū)

幾十~幾百微米熱影響區(qū)顯微硬度殘余應(yīng)力加工表面層沿深度變化示意圖

5.1

概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義吸附層基體材料纖維層壓縮區(qū)熱影響區(qū)顯微硬度殘余應(yīng)力加工表面層零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀幾何形狀特征表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層金相組織的變化

表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）

5.1

概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀表面粗糙度：是指表面微觀幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在L1/H1＜40的范圍內(nèi)，波距<1mm。(Ra=0.012，0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50)表面波度：是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差L3/H3=1000）和表面粗糙度間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在40＜L2/H2＜1000的范圍，波距=1~10mm紋理方向：紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。傷痕：是加工表面上一些個別位置上出現(xiàn)的缺陷。例如：砂眼、氣孔、裂痕等。1、表面層的幾何形狀

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義表面粗糙度：是指表面微觀幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在LL1范圍內(nèi)的凹凸不平(表面粗糙度)H1L2范圍內(nèi)的凹凸不平(波度)H2平面度H3表面粗糙度和波度1、表面層的幾何形狀

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義L1范圍內(nèi)的凹凸不平(表面粗糙度)H11、表面層的幾何形狀參數(shù)及數(shù)值/um取樣長度/mm評定長度/mmRaRz、Ry≥0.008~0.02≥0.025~0.100.080.4>0.02~0.1>0.10~0.500.251.25>0.1~2.0>0.50~10.00.84.0>2.0~10.0>10.0~50.02.512.5>10.0~80.0>50~3208.040.01、表面層的幾何形狀

5.1

概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義參數(shù)及數(shù)值/um取樣長度/mm評定長度/mmRaRz、R1)表面層冷作硬化(簡稱冷硬)：在機(jī)械加工中，零件表面層產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。一般情況下表面硬化層的深度可達(dá)0.05—0.30mm。2)表面層金相組織的變化：機(jī)械加工過程中，由于切削熱或磨削熱的作用引起工件表面溫升過高，表面層金屬的金相組織發(fā)生變化的現(xiàn)象。3)表面層殘余應(yīng)力：是由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。2、表面層的物理機(jī)械性能

5.1

概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義1)表面層冷作硬化(簡稱冷硬)：在機(jī)械加工中，零件表面層產(chǎn)1、表面質(zhì)量對耐磨性的影響耐磨性主要取決于摩擦副的材料及潤滑條件，還與零件的表面質(zhì)量有關(guān)。零件磨損三個階段：初期磨損階段；正常磨損階段；劇烈磨損階段摩擦副的磨損過程

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響1、表面質(zhì)量對耐磨性的影響耐磨性主要取決于摩擦副的材料及潤

（1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響

表面粗糙度太大和太小都不耐磨表面粗糙度太大，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，故磨損加劇；表面粗糙度太小，也會導(dǎo)致磨損加劇。因?yàn)楸砻嫣饣?，存不住潤滑油，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。1、表面質(zhì)量對耐磨性的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響1、表面質(zhì)量對耐

（1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，載荷加大時，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也隨之右移。

1、表面質(zhì)量對耐磨性的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（1）表面粗糙度對零件耐磨性的影響1、表面質(zhì)量對耐（2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響

加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因?yàn)樗鼓ゲ粮北砻鎸咏饘俚娘@微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是因?yàn)檫^分的冷作硬化，將引起金屬組織過度“疏松”，在相對運(yùn)動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。1、表面質(zhì)量對耐磨性的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化（1）表面粗糙度對零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。

對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。2、表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（1）表面粗糙度對零件疲勞強(qiáng)度的影響2、表面質(zhì)量對零件（2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響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:

殘余拉應(yīng)力容易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度殘余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。2、表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響2、（1）表面粗糙度對零件配合精度的影響

表面粗糙度較大，則降低了配合精度。（2）表面殘余應(yīng)力對零件工作精度的影響

表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會影響它們精度的穩(wěn)定性。3、表面質(zhì)量對零件工作精度的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（1）表面粗糙度對零件配合精度的影響3、表面質(zhì)量對零件（1）表面粗糙度對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，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此減小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。（2）表面殘余應(yīng)力對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。

表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響：如減小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測量精度；對滑動零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。4、表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響（1）表面粗糙度對零件耐腐蝕性能的影響4、表面質(zhì)量對零零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性對疲勞強(qiáng)度的影響對耐磨性的影響對耐腐蝕性能的影響對工作精度的影響粗糙度越大，疲勞強(qiáng)度越差適度冷硬、殘余壓應(yīng)力能提高疲勞強(qiáng)度粗糙度越大、工作精度降低殘余應(yīng)力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蝕性越差壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反之則降低耐腐蝕性

5.1

概述5.1.2

機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性對疲

5.1

概述5.1.3

機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究內(nèi)容為保證機(jī)器產(chǎn)品的使用性能和使用壽命，機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究應(yīng)包括如下內(nèi)容：（1）表面粗糙度及其降低的工藝措施；（2）表面層物理、力學(xué)性能及其改善的工藝措施；（3）機(jī)械加工中的振動及其控制。5.1概述5.1.3機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究內(nèi)容為保證機(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)因素兩個方面。1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度機(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1、切削加工表面粗糙度的形成及影響因素(1)幾何因素刀尖圓弧半徑rε主偏角kr、副偏角kr′進(jìn)給量f

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度1、切削加工表面粗糙度的形成及影響因素(1)幾何因素刀尖圓(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度切削加工后表面的實(shí)際輪廓與純幾何因素所形成的理想輪廓往往差別較大。這主要是因?yàn)樵诩庸み^程中還有塑性變形等物理因素的影響。這些物理因素的影響一般較復(fù)雜，它與切削原理中所敘述的加工表面的形成過程有關(guān)，如在加工過程中產(chǎn)生的積屑瘤、鱗刺和振動等對加工表面粗糙度的形成均有很大影響。(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成5.2表(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

被加工材料的性能——塑性變形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。與切削機(jī)理有關(guān)的物理因素——刀瘤和鱗刺的影響切削用量的影響刀具材料的影響

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成被加工材料刀瘤對工件表面質(zhì)量的影響切削過程中切屑底層和前刀面發(fā)生冷焊的結(jié)果。(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度刀瘤對工件表面質(zhì)量的影響(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面鱗刺的產(chǎn)生：切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層和工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。鱗刺的形成：抹試階段、導(dǎo)裂階段、層積階段、刮成階段(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度鱗刺的產(chǎn)生：切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性的停留，①工件材料的影響

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。故對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，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。

脆性材料：加工粗糙度接近理論值。加工脆性材料時，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)，使表面粗糙。(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度①工件材料的影響韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈②切削速度的影響

加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響如圖所示。積屑瘤和鱗刺僅在低速時產(chǎn)生。切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越?。贿x擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。加工塑性材料時切削速度對表面粗糙度的影響實(shí)線——只考慮塑性變形的影響虛線——考慮刀瘤和鱗刺的影響(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度②切削速度的影響加工塑性材料時，切削速度對表④其它因素的影響

合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。③進(jìn)給量的影響

減小進(jìn)給量f固然可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢。(2)物理力學(xué)因素1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度④其它因素的影響合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具的前(3)工藝系統(tǒng)振動1、切削加工表面粗糙度的形成

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度工藝系統(tǒng)的低頻振動，一般在工件的已加工表面上產(chǎn)生表面波度，而工藝系統(tǒng)的高頻振動將對已加工表面的粗糙度產(chǎn)生影響。為降低加工表面的粗糙度，則必須采取相應(yīng)措施防止加工過程中產(chǎn)生高頻振動。(3)工藝系統(tǒng)振動1、切削加工表面粗糙度的形成5.2表影響切削加工表面粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量切削用量工件材料殘留面積↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃傾角會影響實(shí)際工作前角v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對Ra影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面材料塑性↑→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、潤滑↑→Ra↓

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面粗糙度影響切削加工表面粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量切工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過的砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。1、磨削加工后表面粗糙度的形成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)磨粒在磨削過程中只是對被加工表面擠壓，沒有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時的高溫更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面粗糙度工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，1、磨削加工后表面粗糙度磨粒在工件上的刻痕

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面粗糙度1、磨削加工后表面粗糙度磨粒在工件上的刻痕5.2表面粗

磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等高性越好。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗糙度值就越小。2、磨削中影響粗糙度的因素

砂輪修整除了使砂輪具有正確的幾何形狀外，更重要的是使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃。因此，砂輪修整的質(zhì)量對磨削表面的粗糙度影響很大。

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面粗糙度(1)砂輪的磨粒(2)砂輪修整磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等高性越好

砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。

工件速度對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。工件的速度增大，通過加工表面的磨粒數(shù)減少，因此表面粗糙度值增大。

砂輪的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度時，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。為提高磨削效率，通常在開始磨削時采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。2、磨削中影響粗糙度的因素(3)磨削用量

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面粗糙度砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙太硬易使磨粒磨鈍→Ra↑；太軟容易堵塞砂輪→Ra↑；韌性太大，熱導(dǎo)率差會使磨粒早期崩落→Ra↑。2、磨削中影響粗糙度的因素(4)工件材料

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面粗糙度太硬易使磨粒磨鈍→Ra↑；2、磨削中影響粗糙度的因影響磨削加工表面粗糙度的因素

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、自勵性好↑→Ra↓太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差↑→Ra↓砂輪粒度工件材料性質(zhì)砂輪修正磨削用量砂輪硬度砂輪V↑→Ra↓ap、工件V↑→塑變↑→Ra↑粗磨ap↑→生產(chǎn)率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面粗糙度影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓金剛石筆鋒利↑

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.3超精研、研磨、珩磨和拋光加工的表面粗糙度超精研、研磨、珩磨和拋光加工，一般只規(guī)定加工時的壓強(qiáng)。加工時所用的工具由加工面本身導(dǎo)向而相對于工件的定位基準(zhǔn)沒有確定的位置，所使用的機(jī)床也不需要具有非常精確的成型運(yùn)動。這些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，而加工精度則主要由前面工序保證。采用這些方法加工時，其加工余量都不可能太大，一般只是前道工序公差的幾分之一。因此，這些加工方法均被稱為零件表面的光整加工技術(shù)。5.2表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬的物理機(jī)械性能產(chǎn)生變化，最主要的變化是表面層冷作硬化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。由于磨削加工時所產(chǎn)生的塑性變形和切削熱比刀刃切削時更嚴(yán)重，因而磨削加工后加工表面層上述三項(xiàng)物理機(jī)械性能的變化會很大。

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施在切削加工中，工件由于受到切削力和切削熱的作用，使表面層金屬影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素表面物理力學(xué)性能影響金相組織變化因素影響顯微硬度因素影響殘余應(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

切削熱冷作硬化金相組織變化殘余應(yīng)力表現(xiàn)形式

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素表面物理力學(xué)性能影響金相組織切削或磨削加工中，表面層金屬由于塑性變形使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移,晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，引起材料的強(qiáng)化（使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高），這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化或強(qiáng)化。1、冷作硬化的概念

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的冷作硬化切削或磨削加工中，表面層金屬由于塑性變形使晶格扭曲、畸變，晶弱化：被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有可能，金屬的不穩(wěn)定狀態(tài)就要向比較穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)象稱為弱化。弱化作用的大小取決于溫度的高低、熱作用時間的長短和表層金屬的強(qiáng)化程度。由于在加工過程中表層金屬同時受到變形和熱的作用，加工后表層金屬的最后性質(zhì)取決于強(qiáng)化和弱化綜合作用的結(jié)果。1、冷作硬化的概念

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的冷作硬化弱化：被冷作硬化的金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，只要一有可能，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H；2）硬化層深度h；3）硬化程度NN=(H-H0)/H0×100％式中H0——工件原表面層的顯微硬度。2、冷作硬化的評定

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的冷作硬化衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有下列三項(xiàng)：2、冷作硬化的評定

表面層冷作硬化的程度決定于產(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，則硬化程度越大；速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越??；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。3、影響冷作硬化的主要因素

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的冷作硬化表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量VB↑→表層金屬的塑變加劇→冷硬↑⑵切削用量的影響

切削速度v↑→溫度升高，冷硬恢復(fù)；刀具、工件接觸時間短，塑變↓→冷硬↓

f↑→切削力↑→塑變↑→冷硬↑f較小→刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數(shù)增多↑→冷硬↑⑶工件材料性能的影響

材料塑性↑→冷硬↑3、影響冷作硬化的主要因素

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的冷作硬化

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量VB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。定義：磨削加工時，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界點(diǎn)時，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、甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。淬火鋼在磨削時，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。1.機(jī)械加工表面層金相組織的變化

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化切削加工中，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)生淬火燒傷回火燒傷退火燒傷

2.磨削燒傷的三種形式

磨削時，當(dāng)工件表面層溫度超過相變臨界溫度Ac3時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時無冷卻液，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)象稱為退火燒傷。磨削時，如果工件表面層溫度只是超過原來的回火溫度，則表層原來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)象稱為回火燒傷。磨削時工件表面溫度超過相變臨界溫度Ac3時，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，其下為硬度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)象稱為淬火燒傷。

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化淬火燒傷回火燒傷退火燒傷2.磨削燒傷距表層距離Ⅰ：二次淬火層Ⅱ：高溫回火層Ⅲ：低溫回火層Ⅳ：正常組織2.磨削燒傷的三種形式

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化距表層距離Ⅰ：二次淬火層2.磨削燒傷的三種形式5.33.評定燒傷的方法

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化（1）觀色法：此法立足于不同性質(zhì)的燒傷組織具有不同的光學(xué)性質(zhì)（反射、干涉等），因而會在工件表面上呈現(xiàn)出不同的色彩。人們根據(jù)燒傷表面上看到的黃、褐、紫、青等燒傷顏色，便可鑒別它屬于哪一類燒傷。用觀色法所能鑒別的燒傷，其溫度多在500℃以上。（2）酸洗法：將已加工完的工件表面在3%～5%的硝酸溶液中浸洗30～40s后取出，在燈光下觀察，如果表面呈暗灰色則可判斷工件表面上無燒傷，如果表面呈黑色則說明工件已經(jīng)燒傷。（3）金相組織法：通過一定的方法觀察和檢查表層金屬金相組織的變化來評定燒傷的情況。（4）顯微硬度法：不同性質(zhì)的燒傷具有不同性質(zhì)的顯微硬度分布。3.評定燒傷的方法5.3影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素金相組織法金相組織法磨削燒傷檢測儀磁彈儀利用巴克豪森效應(yīng)檢測表面磨削缺陷和熱處理燒傷磨削燒傷檢測儀1)砂輪轉(zhuǎn)速↑→

磨削燒傷↑2)徑向進(jìn)給量fp↑→

磨削燒傷↑3)

軸向進(jìn)給量fa↑→磨削燒傷↓4)工件速度vw↑→磨削燒傷↓1)磨削時，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↓磨削用量砂輪與工件材料4.改善加工表面金相組織的工藝途徑

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化1)砂輪轉(zhuǎn)速↑→磨削燒傷↑1)磨削時，砂輪表面上磨粒的采用內(nèi)冷卻法→磨削燒傷↓改善冷卻條件內(nèi)冷卻裝置1－錐形蓋2－通道孔3－砂輪中心孔

4－有徑向小孔的薄壁套4.改善加工表面金相組織的工藝途徑

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化采用內(nèi)冷卻法→磨削燒傷↓改善冷卻條件內(nèi)冷卻裝置4.改善加間斷磨削→受熱↓→磨削燒傷↓采用開槽砂輪

開槽砂輪4.改善加工表面金相組織的工藝途徑

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的金相組織變化間斷磨削→受熱↓→磨削燒傷↓采用開槽砂輪開1.殘余應(yīng)力的定義定義：機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，在表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性力，這種應(yīng)力即為表面層的殘余應(yīng)力。

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金屬的殘余應(yīng)力1.殘余應(yīng)力的定義定義：機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化冷塑性變形工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，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。熱塑性變形表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力金相組織變化切削過程產(chǎn)生的高溫會引起表面層的相變，表面層金相變化的結(jié)果會造成體積的變化。表面層體積膨脹時因受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力；反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。2.表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金屬的殘余應(yīng)力冷塑性變形工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基熱塑性切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的示意圖

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金屬的殘余應(yīng)力切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的示意圖5.3影響表層力學(xué)磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。在磨削過程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過工件材料的強(qiáng)度極限時，工件表面就會產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質(zhì)及熱處理工序有很大關(guān)系。磨削硬質(zhì)合金時，由于其脆性大，抗拉強(qiáng)度低以及導(dǎo)熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削裂紋。磨削合碳量高的淬火鋼時，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。

3.磨削裂紋

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金屬的殘余應(yīng)力磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。在磨削過程中，當(dāng)工件表

機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。切削加工時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。磨削加工時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，表面層常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。4.影響表面殘余應(yīng)力的主要因素

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金屬的殘余應(yīng)力機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.4表面層強(qiáng)化工藝這里所說的表面強(qiáng)化工藝是指通過冷壓加工方法使表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度，提高表面硬度，并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。至于表面鍍鉻，以及其他表面化學(xué)熱處理等強(qiáng)化工藝，不屬于本課程的研究范圍，這里不做介紹。5.3影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.4表面層強(qiáng)化工藝常用的冷壓強(qiáng)化工藝方法5.3影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.4表面層強(qiáng)化工藝典型的滾柱滾壓加工5.3影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5對零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要問題。解決的原則：一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。

提高表面質(zhì)量的工藝途徑大致可以分為兩類：一類是用低效率、高成本的加工方法，尋求各工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，以減小表面粗糙度；另一類是著重改善工件表面的物理力學(xué)性能，以提高其表面質(zhì)量。

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑對零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因?yàn)榱双@得要求的表面質(zhì)量，就必須對加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤？刂票砻尜|(zhì)量常會增加加工成本，影響加工效率，所以對于一般零件宜采用正常的加工工藝保證表面質(zhì)量，就不必再提出過高要求。而對于一些直接影響產(chǎn)品性能、壽命和安全工作的重要零件的重要表面，就有必要加以控制了。以磨削為例，生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗(yàn)來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，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連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。

5.4.1控制加工工藝參數(shù)

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑為了獲得要求的表面質(zhì)量，就必須對加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)某庸ぁ㈢衲サ榷际抢媚l以一定的壓力壓在工件的被加工表面上，并做相對運(yùn)動以降低工件表面粗糙度和提高精度的工藝方法，一般用于粗糙度為Ra<0.1μm表面的加工。由于切削速度低、磨削壓強(qiáng)小，所以加工時產(chǎn)生很少熱量，不會產(chǎn)生熱損傷，并在工件表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。如果加工余量合適，還可以去除磨削加工的變質(zhì)層。采用超精加工、珩磨工藝雖然比直接采用精磨達(dá)到要求的粗糙度要多增加一道工序，但由于這些加工方法都是靠加工表面自身定位進(jìn)行加工的，所以機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，而且大多設(shè)計成多工位機(jī)床，并能進(jìn)行多機(jī)操作，所以生產(chǎn)效率較高，加工成本較低。5.4.2采用適當(dāng)?shù)木庸づc光整加工方法作為終加工工序

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑超精加工、珩磨等都是利用磨條以一定的壓力壓在工件的被加工表面對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件，可以采用噴丸、滾壓、輾光等表面強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化并降低表面粗糙度，同時消除磨削等工序的殘余拉應(yīng)力，因此可大大提高疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。借助強(qiáng)化工藝還可以用次等材料替代優(yōu)質(zhì)材料，以節(jié)約貴重材料。但是采用強(qiáng)化工藝時應(yīng)注意不要造成過度硬化，過度硬化會使表面層完全失去塑性性質(zhì)甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良的后果。因此，采用強(qiáng)化工藝必須控制好工藝參數(shù)以獲得要求的強(qiáng)化表面。5.4.3采用表面強(qiáng)化工藝

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件，可以采用噴丸、滾壓、輾光等表1.表面粗糙度的測定（比較法，光切法，干涉法，針描法）2.冷作硬化的測定1）金相法

將試件的側(cè)面制成金相磨片，腐蝕后放大200—1000倍，即可從其金相組織判斷硬化深度及程度。2）X光法將一束X光線照射在金屬上,射線將在晶胞中反射出來，在光譜上得出許多成虛線的干涉圈。如果晶粒破碎或晶格扭曲變形時，則干涉圈變成實(shí)線；如果晶格參數(shù)有變化，則干涉圈將產(chǎn)生位移，同時強(qiáng)度減弱，可用膠片記錄其結(jié)果。利用這一原理，先照出試件基體X光譜，與加工層的X光譜比較，用機(jī)械拋光或電拋光逐次去掉加工層，將所照X光譜比較之，直至與基體一致，即可從機(jī)械拋光等去掉的厚度得到硬化深度。5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑1.表面粗糙度的測定（比較法，光切法，干涉法，針描法）2.2.冷作硬化的測定3）測量顯微硬度法

a、

HV值法：用機(jī)械拋光或電拋光逐層去除冷硬層，測量其顯微硬度，直至與基體相同為止，從去除的厚度可得到硬化深度。

b、

硬化層深度h：在試件的側(cè)面磨出金相磨片，從外向內(nèi)打顯微硬度，從其硬度變化得知硬化深度，如果硬化層很薄，則這種方法不行。

c、

當(dāng)硬化層很薄時，可在斜切面上測量顯微硬度。一般斜切角ε=0o30’～2o30’，h=Isinε，要注意斜切方向應(yīng)在縱向粗糙度上，即與主運(yùn)動方向平行，斜切加工要用研磨、電加工等方法，避免在斜切面上產(chǎn)生加工硬化而影響測量效果。5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑2.冷作硬化的測定3）測量顯微硬度法5.4.4表面質(zhì)量的2.冷作硬化的測定4）脆性涂料法5）激光全息法6）再結(jié)晶法5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑2.冷作硬化的測定4）脆性涂料法5.4.4表面質(zhì)量的檢查3.金相組織變化的測定(1)氧化膜法磨削燒傷時，表面形成氧化膜，隨著燒傷時的溫不同，呈現(xiàn)不同顏色，從而可看出其燒程度。(2)顯微硬度法由于磨削燒傷時表層的顯微硬度有變化，故可從顯微硬度來測定燒傷的程度和深度。具體方法同上。(3)金相組織法

同上(4)酸洗法

將工件加工面浸泡在硝酸溶液（3～5%HNO3）中30～45s后，如表面呈黑色則有燒傷，呈暗灰色則無燒傷。5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑3.金相組織變化的測定(1)氧化膜法5.4.4表面質(zhì)量的4.殘余應(yīng)力的測定（1）物理化學(xué)法

將有殘余應(yīng)力的試件放人相應(yīng)的腐蝕劑中，表面就會產(chǎn)生裂紋。從裂紋的方向可以判斷殘余應(yīng)力的性質(zhì)，縱向裂紋是由切向應(yīng)力引起的，橫向裂紋是由軸向拉應(yīng)力引起的。從裂紋出現(xiàn)的時間，可定性的估計殘余應(yīng)力的大小。裂紋出現(xiàn)愈快，殘余應(yīng)力愈大。所用腐蝕劑，對鋼來說是弱堿溶液，對黃銅、錫青銅來說是銨、汞鹽。5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑4.殘余應(yīng)力的測定（1）物理化學(xué)法5.4.4表面質(zhì)量的檢4.殘余應(yīng)力的測定（2）光譜法在試件上放一張銀箔并照下X光譜圖，得到一系列虛線的干涉圈，并將它作為比較干涉線位移、亮度、粗細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。在試件上照下光譜圖，與銀箔X光譜圖進(jìn)行比較：

1）干涉線由虛線變?yōu)閷?shí)線；工件由于受力、熱作用產(chǎn)生塑性變形的整體內(nèi)應(yīng)力。

2）干涉線沖散，線條好象變粗；由于多晶體金屬晶粒變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

3）干涉線變暗；由于工件冷作硬化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

4）干涉線變暗變寬而旁有麻點(diǎn)，上述三種應(yīng)力都存在。5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑4.殘余應(yīng)力的測定（2）光譜法5.4.4表面質(zhì)量的檢查4.殘余應(yīng)力的測定（3）機(jī)械法這種方法的原理是根據(jù)變形量來計算殘余應(yīng)力的大小，只能測量第一類殘余應(yīng)力，是實(shí)驗(yàn)室常用的定量測試方法。具體實(shí)驗(yàn)原理見材料力學(xué)有關(guān)知識。5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑4.殘余應(yīng)力的測定（3）機(jī)械法5.4.4表面質(zhì)量的檢查5.裂紋的測定

如果表面經(jīng)過精加工，可能用肉眼就能發(fā)現(xiàn)，也可用滲透法看出。內(nèi)在的裂紋可以用磁力探傷、超聲波探傷或發(fā)聲裝置等來檢查。（1）磷粉探傷（2）超聲波探傷（3）渦流探傷法（4）聲發(fā)射檢測（5）顯微分析法5.4.4表面質(zhì)量的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑5.裂紋的測定如果表面經(jīng)過精加工，可能用肉

機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動，也和其它的機(jī)械振動一樣，按其產(chǎn)生的原因可分為自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動三大類。

振動會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；振動會引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動使機(jī)床連接部分松動，影響運(yùn)動副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度；強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過程中的振動，有時不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。5.5.1機(jī)械加工中的振動及其分類

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的振動，也和其它的機(jī)械振動一樣機(jī)械加工振動自激振動自由振動強(qiáng)迫振動當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動稱為自由振動。由于總存在阻尼，自由振動將逐漸衰減。(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，稱為強(qiáng)迫振動。強(qiáng)迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是諧振動，只要有激振力存在振動系統(tǒng)就不會被阻尼衰減掉。(占30%)在沒有周期性干擾力作用的情況下，由振動系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動，稱為自激振動。切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。(占65%)

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施5.5.1機(jī)械加工中的振動及其分類機(jī)械加工振動自激振動自由振動強(qiáng)迫振動當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵按工藝系統(tǒng)的自由度數(shù)量分：單自由度系統(tǒng)振動：用一個獨(dú)立坐標(biāo)就可以確定的振動；多自由度系統(tǒng)振動：用多個獨(dú)立坐標(biāo)才能確定的振動；5.5.1機(jī)械加工中的振動及其分類

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施按工藝系統(tǒng)的自由度數(shù)量分：單自由度系統(tǒng)振動：用一個獨(dú)立坐標(biāo)就強(qiáng)迫振動的振源有來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外振源甚多，但它們都是通過地基傳給機(jī)床的，可通過加設(shè)隔振地基來隔離。強(qiáng)迫振動的振源

系統(tǒng)外部的周期性干擾力旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心傳動機(jī)構(gòu)的缺陷切削過程的間隙特性

機(jī)床電機(jī)的振動機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)缺陷引起的振動，如齒輪的側(cè)隙、皮帶張緊力的變化等切削過程中的沖擊引起的振動往復(fù)運(yùn)動部件的慣性力引起的振動5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施強(qiáng)迫振動的振源有來自機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外部的機(jī)外振內(nèi)圓磨削振動系統(tǒng)

a)模型示意圖b）動力學(xué)模型c）受力圖1、動力學(xué)模型的建立5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施內(nèi)圓磨削振動系統(tǒng)1、動力學(xué)模型的建立5.5.2機(jī)械加工中的1、動力學(xué)模型的建立幾點(diǎn)假設(shè)：1）（a）只有質(zhì)量、沒有彈性的集中質(zhì)量，（b）只有彈性、沒有質(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。5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施1、動力學(xué)模型的建立幾點(diǎn)假設(shè)：3）系統(tǒng)在平衡位置附近作微小的根據(jù)牛頓運(yùn)動規(guī)律建立微分方程：式中α—衰減系數(shù)，ω0—系統(tǒng)無阻尼振動時的固有頻率，ω—激振力頻率

該式是一個二階常系數(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，它的解由令而得到的齊次方程的通解和非齊次方程的一個特解組成：1、動力學(xué)模型的建立5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施根據(jù)牛頓運(yùn)動規(guī)律建立微分方程：式中α—衰減系數(shù)，ω0—系(a)(b)(c)等式右邊第一項(xiàng)表示具有粘性阻尼的自由振動，如(a)所示；第二項(xiàng)表示有阻尼的強(qiáng)迫振動，如(b)所示；二者疊加后的振動過程如圖(c)所示。經(jīng)過一段時間后，衰減振動會很快衰減掉了，而強(qiáng)迫振動則持續(xù)下去，形成振動的穩(wěn)態(tài)過程。5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施(a)(b)(c)等式右邊第一項(xiàng)表示具有粘性阻尼的自由振動，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后的振動方程(即特解)為：式中A—強(qiáng)迫振動的幅值；

φ—振動體位移相對于激振力的相位角；

t—時間其中強(qiáng)迫振動的振幅為：相位角為：1、動力學(xué)模型的建立5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后的振動方程(即特解)為：式中A—強(qiáng)迫振動的幅式中f—f=F0/m；

A0—系統(tǒng)在靜力F0作用下的靜位移(m)k—系統(tǒng)的靜剛度(N/m)；λ—頻率比，λ＝ω/ω0ζ—阻尼比，δc—臨界阻尼系數(shù)，1、動力學(xué)模型的建立5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施式中f—f=F0/m；k—系統(tǒng)的靜剛度(N/m)1）強(qiáng)迫振動是由周期性激振力引起的，不會被阻尼衰減掉，振動本身也不能使激振力變化。2）強(qiáng)迫振動的振動頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。3）強(qiáng)迫振動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)。①激振力的影響：A0=F0/k2、強(qiáng)迫振動的特征5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施1）強(qiáng)迫振動是由周期性激振力引起的，不會被阻尼衰減掉，振動本Ⅰ）當(dāng)λ→0時，η→1，λ<0.6~0.7，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，在該區(qū)增加系統(tǒng)靜剛度，可減小振動。Ⅱ）當(dāng)λ→1時，η會急劇增大，此現(xiàn)象稱為共振，0.7<λ<1.4的區(qū)域稱為共振區(qū)，在該區(qū)增大阻尼→共振↓Ⅲ）當(dāng)λ>>1時，η→0，λ>1.4區(qū)域稱為慣性區(qū)，在該區(qū)增加振動體的質(zhì)量，可減小振動振幅。②頻率比λ的影響動態(tài)放大系數(shù)：2、強(qiáng)迫振動的特征5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施Ⅰ）當(dāng)λ→0時，η→1，λ<0.6~0.7，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，在該幅—頻曲線2、強(qiáng)迫振動的特征5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施幅—頻曲線2、強(qiáng)迫振動的特征5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動

靜剛度k=F0/A0是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性范圍內(nèi)，可以認(rèn)為它與外載荷無關(guān)，動剛度kd除與k成正比外，還與系統(tǒng)阻尼、頻率比λ和阻尼比ζ有關(guān)。靜剛度影響工件的幾何形狀及尺寸精度，動剛度影響工件的表面粗糙度。3、振動系統(tǒng)的動剛度當(dāng)系統(tǒng)在周期性動載荷作用下，交變力的幅值與振幅（動態(tài)位移）之比稱為系統(tǒng)的動剛度。即：5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施靜剛度k=F0/A0是工藝系統(tǒng)本身的屬性，在線性5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施減小強(qiáng)迫振動的措施

減小激振力調(diào)整振源頻率提高工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼采取隔振措施采用減振裝置。

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施減小強(qiáng)迫振動的措

如果已經(jīng)確認(rèn)機(jī)械加工過程中發(fā)生了強(qiáng)迫振動，就要設(shè)法查找振源，以便去除振源或減小振源對加工過程的影響。由強(qiáng)迫振動的特征可知，強(qiáng)迫振動的頻率總是與干擾力的頻率相等或是它的倍數(shù)，我們可以根據(jù)強(qiáng)迫振動的這個規(guī)律去查找強(qiáng)迫振動的振源。

5.5.2機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施如果已經(jīng)確認(rèn)機(jī)械加工過程中發(fā)生了強(qiáng)迫振動在實(shí)際加工過程中，由于偶然的外界干擾（如工件材料硬度不均、加工余量有變化等），會使切削力發(fā)生變化，從而使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動。系統(tǒng)的振動必然會引起工件、刀具間的相對位置發(fā)生周期性變化，這一變化若又引起切削力的波動，則使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動。因此通常將自激振動看成是由振動系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）兩個環(huán)節(jié)組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)。激勵工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運(yùn)動的交變力是由切削過程本身產(chǎn)生的，而切削過程同時又受工藝系統(tǒng)的振動的控制，工藝系統(tǒng)的振動一旦停止，動態(tài)切削力也就隨之消失。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施在實(shí)際加工過程中，由于偶然的外界干擾（如工件材料硬度不均、加自激振動：機(jī)械加工過程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動，稱為自激振動；在金屬切削過程中的自激振動一般稱為切削顫振，簡稱顫振。電動機(jī)機(jī)床振動系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(切削過程)振動位移y(t)交變切削力

F(t)自激振動系統(tǒng)的組成5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施自激振動：機(jī)械加工過程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)自激振動由振動系統(tǒng)本身參數(shù)決定，與強(qiáng)迫振動顯著不同。自由振動受阻尼作用將迅速衰減，而自激振動不會因阻尼存在而衰減。自激振動特點(diǎn)不衰減的振動f自=f固取決于一周期獲得的能量取決于切削過程本身5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施它由振動過程本身引起切削力周期性變化，從不具備交變特性的能源中周期獲得能量，使振動得以維持。自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率，即顫振頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這與自由振動相似，而與強(qiáng)迫振動根本不同。振出：吸收能量EA1A0A2AE-E+振入：消耗能量；

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施自激振動由振動系統(tǒng)本身參數(shù)自激振動特點(diǎn)不衰減的振動f自=f固

如圖所示為單自由度機(jī)械加工振動模型。設(shè)工件系統(tǒng)為絕對剛體，振動系統(tǒng)與刀架相連，且只在y方向作單自由度振動。在背向力Fp作用下，刀具作切入、切出運(yùn)動（振動）。刀架振動系統(tǒng)同時還有F彈作用在它上面。y越大，F(xiàn)彈也越大，當(dāng)Fp=F彈時，刀架的振動停止。產(chǎn)生自激振動的條件5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施如圖所示為單自由度機(jī)械加工振動模型。設(shè)工件系對上述振動系統(tǒng)而言，背向力Fp是外力，F(xiàn)p對振動系統(tǒng)作功如圖所示。

刀具切入，其運(yùn)動方向與背向力方向相反，作負(fù)功；即振動系統(tǒng)要消耗能量W振入；刀具切出，其運(yùn)動方向與背向力方向相同，作正功；即振動系統(tǒng)要吸收能量W振出；產(chǎn)生自激振動的條件5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施對上述振動系統(tǒng)而言，背向力Fp是外力，F(xiàn)p對振動系統(tǒng)作功如圖（1）當(dāng)W振出<W振入時，由于刀架振動系統(tǒng)吸收的能量小于消耗的能量，故不會產(chǎn)生自激振動。（2）當(dāng)W振出=W振入時，因?qū)嶋H機(jī)械加工系統(tǒng)中存在阻尼，刀架系統(tǒng)在振入過程中，為克服阻尼還需消耗能量W摩阻（振入），故刀架振動系統(tǒng)每振動一次，刀架系統(tǒng)便會損失一部分能量。因此，刀架系統(tǒng)也不會有自激振動產(chǎn)生。（3）當(dāng)W振出>W振入時，刀架振動系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動產(chǎn)生。產(chǎn)生自激振動的條件5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施（1）當(dāng)W振出<W振入時，由于刀架振動系統(tǒng)吸收的能量小于消耗①W振出=W振入+W摩阻（振入）時，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；②W振出＞W(wǎng)振入+W摩阻（振入）時，系統(tǒng)為振幅遞增的自激振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；③W振出＜

W振入+W摩阻（振入）時，系統(tǒng)為振幅遞減的自激振動，至一定程度，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動；故振動系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動的基本條件是：W振出>W振入或

FP振出>FP振入產(chǎn)生自激振動的條件5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施①W振出=W振入+W摩阻（振入）時，系統(tǒng)有穩(wěn)幅的自激振動1、再生顫振原理如圖所示，車刀只做橫向進(jìn)給。在穩(wěn)定的切削過程中，刀架系統(tǒng)因材料的硬點(diǎn)，加工余量不均勻，或其它原因的沖擊等，受到偶然的擾動。刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動，并在被加工表面留下相應(yīng)的振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具要在留有振紋的表面上切削，因切削厚度發(fā)生了變化，所以引起了切削力周期性的變化，產(chǎn)生動態(tài)切削力。將這種由于切削厚度的變化而引起的自激振動，稱為“再生顫振”。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施1、再生顫振原理如圖所示，車刀只做橫向進(jìn)給。5.5.3機(jī)械切削模型：

y0表示前次切削的表面

y表示后次切削的表面

刀具切入工件時，切削力做正功，切出工件時做負(fù)功。2、再生顫振產(chǎn)生的條件5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施切削模型：

y0表示前次切削的表面

圖a)：y比y0超前一個相位角Φ，使刀具在切入工件的半個周期中平均切削厚度比切出時大，平均切削力也大，切削力對系統(tǒng)做的正功小于負(fù)功，正功＜負(fù)功，振動消失。圖b):y與y0同相位角，Φ=0,正功=負(fù)功，不產(chǎn)生自激振動。圖c):y比y0滯后一個相位角Φ，正功＞負(fù)功，有能量輸入系統(tǒng)補(bǔ)償阻尼對能量的消耗，產(chǎn)生自激振動。2、再生顫振產(chǎn)生的條件5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施圖a)：y比y0超前一個相位角Φ，使刀具在切入工件的半個周2、再生顫振產(chǎn)生的條件結(jié)論：在再生顫振中，只有當(dāng)后一轉(zhuǎn)的振紋的相位滯后于前一轉(zhuǎn)振紋時才有可能產(chǎn)生再生顫振。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施2、再生顫振產(chǎn)生的條件結(jié)論：在再生顫振中，只有當(dāng)后一轉(zhuǎn)的振紋

一般0＜μ＜1，徑向切入μ=1（切槽、鉆、端銑等）橫向切削0＜μ＜1

車方牙螺紋，μ=0，無重迭切削，不可能發(fā)生再生顫振。重迭系數(shù)越大，由前一次波紋激發(fā)的動態(tài)力影響越大。重迭系數(shù)：前一次切削工件表面形成的波紋面寬度在相繼的后一次切削的有效寬度中所占的比例，用μ表示。μ=(B-f)/B

B—切削寬度，

f—進(jìn)給量。3、重迭系數(shù)對再生顫振的影響5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施一般0＜μ＜1，徑向切入μ=1（切槽、鉆、端銑等）重迭

當(dāng)縱車方牙螺紋的外圓表面如圖所示，刀具并未發(fā)生重疊切削，若按再生顫振原理，則不應(yīng)該產(chǎn)生顫振。但在實(shí)際加工中，當(dāng)切削深度達(dá)到一定值時，仍會發(fā)生顫振，這可以用振型耦合原理來解釋。振型耦合顫振原理工件刀具f縱車方牙螺紋外表面5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施當(dāng)縱車方牙螺紋的外圓表面如圖所示，刀具并未發(fā)兩個自由度的耦合振動模型兩個自由度振型耦合顫振動力學(xué)模型：設(shè)刀具等效質(zhì)量為m，相互垂直的等效剛度系數(shù)分別為k1、k2（設(shè)k1<k2）剛度低的方向振型為x1，剛度高的方向振型為x2。振型耦合顫振原理5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施兩個自由度的耦合振動模型兩個自由度振型耦合顫振動力學(xué)模型：設(shè)

當(dāng)?shù)都芟到y(tǒng)以ω的頻率振動時，質(zhì)量m在x1、x2兩個方向上以不同的振幅和相位進(jìn)行振動，其合成運(yùn)動軌跡近似橢圓E。若A→B→C→切入；C→D→A→切出，由于切出時的平均切削厚度大于切入時的平均切削厚度，正功大于負(fù)功，在一個振動周期內(nèi)，有多余的能量輸入振動系統(tǒng)。因此，振動得以維持。反之，則不能維持。

振型耦合模型至少要有兩個自由度的振動系統(tǒng)。振型耦合顫振原理5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施ACBDE

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施當(dāng)?shù)都芟到y(tǒng)以ω的頻率振動時，質(zhì)量m在x1、x抑制自激振動途徑

v=30～70m/min→自振↑

f↓→自振↑；保證Ra時→f↑提高機(jī)床抗振性提高刀具抗振性（采用消振刀具）提高工件安裝剛性根據(jù)振型耦合原理，工藝系統(tǒng)的振動還受到各振型的剛度比及其組合的影響。合理調(diào)整它們之間的關(guān)系，就可以有效地提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激振動。提高工藝系統(tǒng)抗振性合理選擇切削用量合理選擇刀具參數(shù)采用變速切削采用減振裝置合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合前角、主偏角↑→自振↓后角↓→自振↓；但太小時→自振↑抑制再生顫振方法，用于工藝系統(tǒng)剛性較好的場合。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施抑制自激振動v=30～70m/min→自振↑提高機(jī)床抗振減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。阻尼減振器：利用固體或液體的摩擦阻尼來消耗振動的能量，實(shí)現(xiàn)減振。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施阻尼減振器

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。摩擦減振器：利用摩擦阻尼消耗振動能量。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施1—飛輪；2—摩擦盤；3—摩擦墊；4—螺母；5—彈簧摩擦減振器

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。沖擊減振器：由一個與振動系統(tǒng)剛性聯(lián)結(jié)的殼體和一個在體內(nèi)可自由沖擊的質(zhì)量組成，當(dāng)系統(tǒng)振動時，由于質(zhì)量反復(fù)地沖擊殼體消耗了振動的能量，因而可顯著消振。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施沖擊式吸振器

1－自由質(zhì)量2－彈簧3－螺釘

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。動力式減振器：用彈性元件把一個附加質(zhì)量塊連接到振動系統(tǒng)中，利用附加質(zhì)量的動力作用，使彈性元件加在系統(tǒng)上的力和系統(tǒng)的激振力相抵消。5.5.3機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施用于鏜刀桿的動力吸振器

5.5

機(jī)械加工中的振動及其控制措施減振裝置——當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效112

以上有不當(dāng)之處，請大家給與批評指正，謝謝大家！112第5章

機(jī)械加工表面質(zhì)量第5章

機(jī)械加工表面質(zhì)量本章提要

機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和延長使用壽命。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對象的。本章旨在研究零件表面層在加工中的變化和發(fā)生變化的機(jī)理，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。本章提要機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和5.15.25.35.45.5概述表面粗糙度影響的工藝因素及其改善的工藝措施影響表層物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施控制加工表面質(zhì)量的途徑機(jī)械加工中的振動及其控制措施內(nèi)容提綱5.15.25.35.45.5概述內(nèi)容提綱任何機(jī)械加工方法所得到的零件表面，實(shí)際上都不是完全理想的表面。實(shí)踐證明，機(jī)器零件的破壞，一般都從表層開始，這從一定程度上表明零件的表面質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。產(chǎn)品工作性能的可靠性、耐久性，很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。機(jī)器零件使用性能的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性等，除與材料本身的性能和熱處理有關(guān)外，主要取決于加工后的表面質(zhì)量。隨著產(chǎn)品性能的不斷提高，一些重要零件必須在高應(yīng)力、高速、高溫等極端條件下工作，因其工作表面作用有最大應(yīng)力并直接受外界介質(zhì)的腐蝕，表面層的任何缺陷都可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象而導(dǎo)致零件的損壞，于是表面質(zhì)量問題也會變得突出和復(fù)雜。

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義任何機(jī)械加工方法所得到的零件表面，實(shí)際上都不是完全理想的表面研究表面質(zhì)量的目的，是要掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量的作用及影響規(guī)律，以便應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過程，最終提高零件的表面質(zhì)量和產(chǎn)品使用性能。機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究內(nèi)容包括加工表面幾何形狀特征和表面層物理、機(jī)械性能的變化。

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義研究表面質(zhì)量的目的，是要掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對表面質(zhì)量吸附層

<8nm基體材料纖維層壓縮區(qū)

幾十~幾百微米熱影響區(qū)顯微硬度殘余應(yīng)力加工表面層沿深度變化示意圖

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義吸附層基體材料纖維層壓縮區(qū)熱影響區(qū)顯微硬度殘余應(yīng)力加工表面層零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀幾何形狀特征表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層金相組織的變化

表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀表面粗糙度：是指表面微觀幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在L1/H1＜40的范圍內(nèi)，波距<1mm。(Ra=0.012，0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50)表面波度：是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差L3/H3=1000）和表面粗糙度間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在40＜L2/H2＜1000的范圍，波距=1~10mm紋理方向：紋理方向是指表面刀紋的