機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件

第三講：機(jī)械加工表面質(zhì)量

零件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。

機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命。一、概述第三講：機(jī)械加工表面質(zhì)量零件的機(jī)械加工質(zhì)量1零件表面質(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(guān)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）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(guān)2機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件3表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐腐蝕性能的影響對(duì)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表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不4

（1）表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響

表面粗糙度太大和太小都不耐磨。太大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加劇；太小，存不住潤(rùn)滑油。表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)。

二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1．表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系（1）表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響二、表面質(zhì)量對(duì)零件5（2）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性。

冷作硬化使磨擦副表面層金屬的顯微硬度提高，減少變形.并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏松”，導(dǎo)致金屬剝落和形成小顆粒。連桿小頭拉應(yīng)力

徑向壓應(yīng)力

（2）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，62．表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，缺陷多，抗疲勞破壞的能力差。特別是承受交變載荷的零件，凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。（2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)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抗疲勞強(qiáng)度。殘余拉應(yīng)力使加工表面產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度殘余壓應(yīng)力能部分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(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)73.表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)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(duì)零件工作精度的影響

表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會(huì)影響它們精度的穩(wěn)定性。3.表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響（2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件工作84．表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響（1）表面粗糙度對(duì)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。（2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

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。殘余拉應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性。

4．表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件耐腐9三、影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制（一）切削加工表面粗糙度形成的原因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車(chē)削、刨削時(shí)殘留面積高度

進(jìn)給量f、刀具主偏角Kγ、副偏角Kγ′、刀尖角半徑r都直接影響表面粗糙度。三、影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制（一）切削加工表10機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件11機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件12機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件13機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件14機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件15機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件16機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件17（2）切削速度的影響加工塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度的影響（對(duì)積屑瘤和鱗刺的影響）見(jiàn)如圖所示。此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。

（4）其它因素的影響

此外，合理使用冷卻潤(rùn)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，還要考慮加工過(guò)程中的塑性變形與積屑瘤現(xiàn)象。（3）進(jìn)給量的影響

減小進(jìn)給量f可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小，表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。韌性材料：韌性愈好，塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，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：加工時(shí)，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。（1）工件材料的影響2、物理力學(xué)因素（2）切削速度的影響（4）其它因素的影響（3）進(jìn)給量18加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響切削用量中以進(jìn)給量f影響最大，f↑，Ra↑；切削速度V次之，V＞40m/min后V↑，Ra↓。

f>0.15mm時(shí)f↑→Rz↑f<0.15mm時(shí)f↑→Rz↗f<0.02mm時(shí)f↑→Rz→

加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響切削用量中以進(jìn)給量19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(huì)影響實(shí)際工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)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(rùn)滑↑→Ra↓影響切削加工表面粗糙度的因素（小結(jié)）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20（二）磨削加工表面粗糙度1、磨削中影響粗糙度的幾何因素工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o(wú)數(shù)極細(xì)的刻痕形成的。

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。（1）砂輪的磨粒一般磨料的粒度用粒度號(hào)表示，每英寸長(zhǎng)度上的網(wǎng)眼個(gè)數(shù)為粒度號(hào)，例80#，60#微粉用最大顆粒的最大尺寸的微米數(shù)表示，例W28、W14。（二）磨削加工表面粗糙度1、磨削中影響粗糙度的幾何因素21砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。工件轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過(guò)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(shí)，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。（3）磨削用量（2）砂輪修整使砂輪具有正確的幾何形狀，也使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃（圖）。砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度22砂輪上的磨粒超硬磨料(人造金剛石、立方氮化棚和陶瓷)對(duì)砂輪進(jìn)行磨削，是精密和超精密磨削的主要方法。經(jīng)過(guò)修整后的砂輪，其磨粒具有很高的微刃性、等高性和自銳性，能切除極薄的被加工工件材料，甚至是在工件晶粒內(nèi)進(jìn)行，可以對(duì)各種高硬度、高脆性材料(如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等)和高溫合金材料進(jìn)行精密及超精密加工。

修整砂輪時(shí)，金剛石筆的縱向進(jìn)給量越小，砂輪表面磨粒的等高性越好。砂輪上的磨粒超硬磨料(人造金剛石、立方氮化棚和陶瓷)對(duì)砂232、磨削中影響粗糙度的物理因素磨削速度高，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，磨粒在磨削過(guò)程中對(duì)被加工表面擠壓，沒(méi)有切削。加工表面出現(xiàn)溝槽與隆起，磨削高溫加劇了塑性變形。（1）磨削用量

砂輪的轉(zhuǎn)速↑

→材料塑性變形↓

→表面粗糙度值↓

磨削深度↑、工件速度↑

→塑性變形↑

→表面粗糙度↑

為提高磨削效率，通常在開(kāi)始磨削時(shí)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(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。（2）工件材料太硬易使磨粒磨鈍→Ra↑；太軟容易堵塞砂輪→Ra↑；韌性太大，熱導(dǎo)率差會(huì)使磨粒早期崩落→Ra↑。2、磨削中影響粗糙度的物理因素磨削速度高243砂輪五大要素粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細(xì)時(shí)，砂輪易被磨屑堵塞，使加工表面塑性變形增大，硬度是指磨粒在磨削力的作用下從砂輪上脫落的難易程度。砂輪太硬，磨粒不易脫落，磨鈍了的磨粒不能及時(shí)被新磨粒替代，砂輪太軟，磨粒易脫落，磨削作用減弱。砂輪磨料主要有：氧化物(剛玉)砂輪適用于磨削鋼類(lèi)零件；碳化物(碳化硅、碳化棚)砂輪適于磨削鑄鐵、硬質(zhì)合金等材料。組織是指磨粒、結(jié)合劑和氣孔的比例關(guān)系。緊密組織中的磨粒比例大，氣孔小，在成形磨削和精密磨削時(shí)，能獲得高精度和較小的表面粗糙度值。疏松組織的砂輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料(不銹鋼、耐熱鋼等)，可獲得較小的表面粗糙度值。將磨料粘結(jié)在一起，給砂輪以強(qiáng)度和形狀的材料被稱(chēng)為結(jié)合劑，主要有陶瓷結(jié)合劑、樹(shù)脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑。3砂輪五大要素粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太25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(lì)性好↑→Ra↓太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差↑→Ra↓影響磨削加工表面粗糙度的因素（小結(jié)）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)影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓金剛石筆鋒利↑，26四、影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素及其控制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四、影響表面層物理力學(xué)性能的影響表面層物理力學(xué)性能的主要271影響表面層加工硬化的因素

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量↑→表層金屬的塑變加劇→冷硬↑⑵切削用量的影響切削速度v↑→塑變↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑變↑→冷硬↑⑶工件材料性能的影響材料塑性↑→冷硬↑1影響表面層加工硬化的因素

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃28磨削過(guò)程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過(guò)工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。切削加工往往是冷態(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。2.表面層殘余應(yīng)力1）冷態(tài)塑變2）熱態(tài)塑變3）金相組織變化磨削過(guò)程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過(guò)工件材29磨削燒傷：磨削加工時(shí)，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界點(diǎn)時(shí)，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(guān)裂紋。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨削燒傷。淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。3表面層金相組織變化與磨削燒傷磨削燒傷的三種形式

淬火燒傷回火燒傷退火燒傷磨削燒傷：磨削加工時(shí)，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界30磨削用量砂輪與工件材料改善冷卻條件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(shí)，磨粒的切削刃口鋒利↑→磨削力↓→磨削區(qū)的溫度↓2)材料的磨削導(dǎo)熱性↓(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↓

采用內(nèi)冷卻法→磨削燒傷↓

圖4.影響磨削燒傷的因素及改善途徑采用開(kāi)槽砂輪間斷磨削→受熱↓→磨削燒傷↓

磨削用量砂輪與工件材料改善冷卻條件1）砂輪轉(zhuǎn)速↑→磨削燒31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開(kāi)槽砂輪

a）槽均勻分布b）槽均勻分布

內(nèi)冷卻裝置開(kāi)槽砂輪32形成壓應(yīng)力的方法

既然壓應(yīng)力可提高疲勞強(qiáng)度，怎樣才能使工件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力呢?常用的方法有滾壓、噴丸、高頻淬火、滲碳、滲氮、氰化等。滾壓:圖6-9所示為外圓滾壓工具，圖a為剛性滾壓工具，用于剛性較好的工件；圖b為彈性滾壓工具，用于剛性較差的工件。滾壓深度一般0.03～0.1mm，滾壓次數(shù)不超過(guò)3次。

滾輪可用W18Cr4V、硬質(zhì)合金等材料制成。硬度要求HRC60-64以上，也可用滾珠軸承代替。形成壓應(yīng)力的方法滾壓:圖6-9所示為外圓滾壓工具，圖a為剛性33噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸（直徑Φ0.04～Φ0.84mm）打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。一般把噴丸處理作為最后工序，對(duì)于精度要求高的工件也可安排小余量精磨。

珠丸可是鑄鐵的，也可是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間后，自然變成球狀）。對(duì)于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.2~4mm。此法用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)0.7mm，零件表面粗糙度值可由Ra5~2.5μm減小到Ra0.63~0.32μm，可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命。陶瓷噴丸噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量快速運(yùn)動(dòng)34機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件35六機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)會(huì)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(dòng)會(huì)引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動(dòng)使機(jī)床連接部分松動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度；強(qiáng)烈的振動(dòng)及伴隨而來(lái)的噪聲，還會(huì)污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過(guò)程中的振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。（一）、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象1、振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響六機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)會(huì)在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工362機(jī)械加工中振動(dòng)的種類(lèi)及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)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(chēng)為自由振動(dòng)。由于存在阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰減，如圖所示。(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(dòng)，稱(chēng)為強(qiáng)迫振動(dòng)。激振力存在振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。（占35%)在沒(méi)有周期性干擾力作用的情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)，稱(chēng)為自激振動(dòng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱(chēng)為顫振。(占65%)2機(jī)械加工中振動(dòng)的種類(lèi)及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振37例如：★外部振源：沖床、鍛錘、粉碎機(jī)、空壓機(jī)、振源動(dòng)造型機(jī)、落砂機(jī)、飛機(jī)、載重汽車(chē)、火車(chē)、天車(chē)等。★高速旋轉(zhuǎn)部件不平衡：主軸、卡盤(pán)、電機(jī)、工夾具系統(tǒng)、齒輪、皮帶輪、萬(wàn)向節(jié)、液壓系統(tǒng)等?！锊贿B續(xù)切削產(chǎn)生交變負(fù)荷：刀齒不連續(xù)、加工表面不連續(xù)。例如：38

(1)強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但振動(dòng)本身并不能引起干擾力的變化；

(2)不管振動(dòng)系統(tǒng)本身的固有頻率如何，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是與外界干擾力的頻率相同或是它的整數(shù)倍；

(3)強(qiáng)迫振動(dòng)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(dāng)這一比值等于或接近于1時(shí)，振幅將達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為“共振”；

(4)強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅大小還與干擾力、系統(tǒng)剛度及其阻尼系數(shù)有關(guān)。干擾力越大，剛度及阻尼系數(shù)越小，則振幅越大。

2、強(qiáng)迫振動(dòng)的特征1強(qiáng)迫振動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷切削過(guò)程的間隙特性

(二)、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與控制(1)強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但393強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因機(jī)械加工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)的振源來(lái)自機(jī)床內(nèi)部的，稱(chēng)為機(jī)內(nèi)振源；來(lái)自機(jī)床外部的，稱(chēng)機(jī)外振源。機(jī)外振源甚多，但它們多半是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，可以通過(guò)加設(shè)隔振地基把振動(dòng)隔除或削弱。

機(jī)內(nèi)振源主要有：

(1)機(jī)床上各個(gè)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動(dòng)；(2)機(jī)床上各回轉(zhuǎn)零件的不平衡，如砂輪、皮帶輪、卡盤(pán)、刀盤(pán)和工件等的不平衡引起的振動(dòng)；

(3)運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中引起的振動(dòng)，如齒輪嚙合時(shí)的沖擊，皮帶傳動(dòng)中平皮帶的接頭，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪不圓，軸承滾動(dòng)體尺寸及形狀誤差等引起的振動(dòng)；

(4)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力；

(5)不均勻或斷續(xù)切削時(shí)的沖擊，例如銑削、拉削加工中，刀齒在切人或切出工件時(shí)，都會(huì)有很大的沖擊發(fā)生。此外，在車(chē)削帶有鍵槽的工件表面時(shí)也會(huì)發(fā)生由于周期沖擊而引起的振動(dòng)；

(6)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)壓力脈動(dòng)引起的振動(dòng)等。3強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因404減小強(qiáng)迫振動(dòng)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。4減小強(qiáng)迫振動(dòng)的措施減小激振力41具體對(duì)策

1）減小激振力,減少振幅。

2）調(diào)節(jié)振源頻率當(dāng)f激=f固時(shí)發(fā)生共振，只要調(diào)整后避開(kāi)共振區(qū)即可減少振動(dòng)。

3）消振

加干擾質(zhì)量m，使F干擾=F激振（圖6-11）；加阻尼，如加大粘度潤(rùn)滑油。

圖6-12所示為車(chē)刀消振器。刀頭上固定了以鉛制成的消振塊，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)消振塊上下跳動(dòng)削弱振動(dòng)的能量，起到消振的作用。

具體對(duì)策424）高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件充分平衡。當(dāng)n≥500r/min時(shí)，無(wú)論質(zhì)量大小都要平衡?？稍诓黄胶赓|(zhì)量的反面附加平衡塊。

5）隔振

隔離受振體圖6-13所示，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，在電機(jī)與工作臺(tái)之間加隔振墊。

對(duì)于精密機(jī)床隔離振源為了防止外部振動(dòng)傳至機(jī)床，挖防振溝即可隔離振源。但防振溝對(duì)于系統(tǒng)自激產(chǎn)生的振動(dòng)是有害的。6）以液壓傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)；直流馬達(dá)代替交流馬達(dá)；滑動(dòng)軸承代替滾動(dòng)軸承；結(jié)構(gòu)上進(jìn)行抗振設(shè)計(jì)等都可減少振動(dòng)。4）高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件充分平衡。43(三)、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)與控制1．自激振動(dòng)的產(chǎn)生

在實(shí)際加工過(guò)程中，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(huì)使切削力發(fā)生變化，必然會(huì)引起工件、刀具間的相對(duì)位置發(fā)生周期性變化，這一變化若又引起切削力的波動(dòng)，則使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。因此通常將自激振動(dòng)看成是由振動(dòng)系統(tǒng)（工藝系統(tǒng)）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過(guò)程）兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，如圖所示。工藝系統(tǒng)的振動(dòng)一旦停止，動(dòng)態(tài)切削力也就隨之消失。自激振動(dòng)系統(tǒng)的組成(三)、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)與控制1．自激振動(dòng)的產(chǎn)生443強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)的區(qū)別★首先分析可能的振源（外部振源一般明顯），測(cè)定頻率與工件上的振痕頻率相比較，若相同即為強(qiáng)迫振動(dòng)。即f外振=f工件?！餃y(cè)定振幅A后改變V、f、ap，A隨之而變者是自激振動(dòng)，而強(qiáng)迫振動(dòng)（除非連續(xù)切削外）不變?！餂](méi)有外力干擾下產(chǎn)生的振動(dòng)，停止切削，振動(dòng)消失者為自激振動(dòng)。2自激振動(dòng)的特征

★切削停止→振動(dòng)消失，無(wú)余振；★振幅大小隨切削用量而變；★切削過(guò)程振動(dòng)，是可逆的，即振動(dòng)可反過(guò)來(lái)影響切削過(guò)程。振動(dòng)不自行衰減，頻率較高且f振≈f固。3強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)的區(qū)別2自激振動(dòng)的特征

★切削停止→45減振裝置1）阻尼器利用固體或液體的阻尼來(lái)消耗振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)減振。阻尼器減振裝置4．控制自激振動(dòng)的途徑2）吸振器用于鏜刀桿的動(dòng)力吸振器沖擊式吸振器1自由質(zhì)量2－彈簧3－螺釘減振裝置1）阻尼器利用固體或液體的阻尼來(lái)消耗振動(dòng)的能量，實(shí)46

采用減振器，如在鏜桿上加工孔，在孔內(nèi)放置鉛塊消振（圖6-20），

圖6-22為車(chē)床用液壓減振器，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧6推動(dòng)活塞5而使活塞4和1壓在工件2上，當(dāng)活塞1、4隨工件振動(dòng)時(shí)，把油從油缸一腔擠入另一腔，利用油液通過(guò)節(jié)流孔的阻尼來(lái)減振。3）采用其他消振阻尼裝置

采用減振器，如在鏜桿上加工孔，在孔內(nèi)放置鉛塊消振（47返回返回48速度：V只在一定范圍內(nèi)A最大，↑V或↓V都可使A↓。若機(jī)床剛度高，適當(dāng)↑V可提高生產(chǎn)率。走刀量：f＞0.04mm/r以后↑f可使A↓，但殘留面積↑。

切深：當(dāng)ap↑時(shí)，A↑。

刀具角度：合理選擇刀具角度

↑前角γ0；↑主偏角Kγ；后角↓α都可使A↓。其他：↑工藝系統(tǒng)的抗振性

↑工藝系統(tǒng)的剛度；↑接觸剛度；↑系統(tǒng)阻尼都可使A↓。4）合理選擇切削用量及刀具參數(shù)

速度：V只在一定范圍內(nèi)A最大，↑V或↓V都可使A↓。若機(jī)床剛49超精研、研磨、珩磨、拋光加工的共同特點(diǎn)是：1、不選擇切削用量，只限定壓強(qiáng)和加工時(shí)間2、無(wú)需精密機(jī)床、降低表面粗糙度效果明顯，提高精度不明顯4、加工余量小七超精研、研磨、珩磨、拋光網(wǎng)狀砂輪金剛石砂輪超精研、研磨、珩磨、拋光加工的共同特點(diǎn)是：七超精研、研磨50（一）超精研1、工作原理：采用細(xì)粒度的磨條在一定壓力和切削速度下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)表面進(jìn)行光整加工。

2、切削過(guò)程：可分為四個(gè)階段（1）強(qiáng)烈切削階段：少數(shù)波峰上壓強(qiáng)很大，切削作用劇烈。（2）正常切削階段：接觸面積增大，接觸壓強(qiáng)減小，切削作用減弱。（3）微弱切削階段：接觸面積進(jìn)一步增大，接觸壓強(qiáng)進(jìn)一步減小，磨條起拋光作用。（4）停止切削階段：工件被研平，接觸壓強(qiáng)很小，磨條與工件之間形成油膜，切削停止。（一）超精研2、切削過(guò)程：可分為四個(gè)階段51（二）研磨

基本原理：通過(guò)介于工件和硬質(zhì)研具之間的磨料或研磨液的流動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械摩擦和化學(xué)作用去除微小加工余量。1、研磨特點(diǎn)：（1）研具較軟，如鑄鐵、塑料、硬木。（2）磨料中混有化學(xué)物質(zhì)，機(jī)械與化學(xué)作用同時(shí)進(jìn)行，磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，保證均勻性。（3）加工表面質(zhì)量高。2、研具：磨具應(yīng)軟硬適當(dāng),組織均勻。粗研采用銅、鋁，精研采用鑄鐵。3、研磨劑：研磨劑為磨料與油脂混合劑磨料種類(lèi)：金剛石微粉,碳化硅,氧化鋁等油脂起調(diào)和磨料.化學(xué)腐蝕作用。油脂種類(lèi)：油酸,凡士林,變壓汽油。（二）研磨1、研磨特點(diǎn)：52（三）珩磨可以降低加工表面的粗糙度，而且在一定的條件下還可以提高工件的尺寸及形狀精度。加工過(guò)程基本上與超精研加工相同，開(kāi)始時(shí)珩磨頭或珩磨輪與工件接觸面積小，單位面積壓力大，而且珩磨頭或珩磨輪上的磨粒有自勵(lì)性，故切削作用強(qiáng)烈。隨著工件加工表面粗糙度的凸峰被逐漸磨平，壓強(qiáng)下降，磨粒的切削作用也就逐漸趨于停止。珩磨加工主要用于內(nèi)孔表面，但也可以對(duì)外圓或齒形表面進(jìn)行加工。珩磨加工后的表面粗糙度一般為Rz0．4—Rz3．2，在一定條件下還可達(dá)到Rz0．1以下。（四）拋光：工件表面只要光亮沒(méi)有精度要求，原理與研磨相似，只是研具采用無(wú)紡布等軟質(zhì)材料，拋光膏有磨料、臘和黃油，磨料粒度為W28~W5，拋光可用于自由曲面加工。尺寸精度可達(dá)2μm，Ra0.025～0.01μm。（三）珩磨可以降低加工表面的粗糙度，而且在一定的條件下還可以53第三講：機(jī)械加工表面質(zhì)量

零件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。

機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命。一、概述第三講：機(jī)械加工表面質(zhì)量零件的機(jī)械加工質(zhì)量54零件表面質(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(guān)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）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(guān)55機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件56表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不耐磨適度冷硬能提高耐磨性對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響對(duì)耐磨性影響對(duì)耐腐蝕性能的影響對(duì)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表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響零件表面質(zhì)量粗糙度太大、太小都不57

（1）表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響

表面粗糙度太大和太小都不耐磨。太大，接觸表面的實(shí)際壓強(qiáng)增大，凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加?。惶?，存不住潤(rùn)滑油。表面粗糙度的最佳值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)。

二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1．表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響表面粗糙度與初期磨損量的關(guān)系（1）表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響二、表面質(zhì)量對(duì)零件58（2）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，通常能提高零件的耐磨性。

冷作硬化使磨擦副表面層金屬的顯微硬度提高，減少變形.并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏松”，導(dǎo)致金屬剝落和形成小顆粒。連桿小頭拉應(yīng)力

徑向壓應(yīng)力

（2）表面層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，592．表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，缺陷多，抗疲勞破壞的能力差。特別是承受交變載荷的零件，凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。（2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)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抗疲勞強(qiáng)度。殘余拉應(yīng)力使加工表面產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度殘余壓應(yīng)力能部分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(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)603.表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響（1）表面粗糙度對(duì)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(duì)零件工作精度的影響

表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會(huì)影響它們精度的穩(wěn)定性。3.表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響（2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件工作614．表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響（1）表面粗糙度對(duì)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。（2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響

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。殘余拉應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性。

4．表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響（1）表面粗糙度對(duì)零件耐腐62三、影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制（一）切削加工表面粗糙度形成的原因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車(chē)削、刨削時(shí)殘留面積高度

進(jìn)給量f、刀具主偏角Kγ、副偏角Kγ′、刀尖角半徑r都直接影響表面粗糙度。三、影響加工表面粗糙度的主要因素及其控制（一）切削加工表63機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件64機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件65機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件66機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件67機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件68機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件69機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件70（2）切削速度的影響加工塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度的影響（對(duì)積屑瘤和鱗刺的影響）見(jiàn)如圖所示。此外，切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越小選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。

（4）其它因素的影響

此外，合理使用冷卻潤(rùn)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，還要考慮加工過(guò)程中的塑性變形與積屑瘤現(xiàn)象。（3）進(jìn)給量的影響

減小進(jìn)給量f可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小，表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。韌性材料：韌性愈好，塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，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：加工時(shí)，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。（1）工件材料的影響2、物理力學(xué)因素（2）切削速度的影響（4）其它因素的影響（3）進(jìn)給量71加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響切削用量中以進(jìn)給量f影響最大，f↑，Ra↑；切削速度V次之，V＞40m/min后V↑，Ra↓。

f>0.15mm時(shí)f↑→Rz↑f<0.15mm時(shí)f↑→Rz↗f<0.02mm時(shí)f↑→Rz→

加工塑性材料時(shí)切削速度對(duì)表面粗糙度的影響切削用量中以進(jìn)給量72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(huì)影響實(shí)際工作前角

v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)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(rùn)滑↑→Ra↓影響切削加工表面粗糙度的因素（小結(jié)）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73（二）磨削加工表面粗糙度1、磨削中影響粗糙度的幾何因素工件的磨削表面是由砂輪上大量磨粒刻劃出無(wú)數(shù)極細(xì)的刻痕形成的。

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。（1）砂輪的磨粒一般磨料的粒度用粒度號(hào)表示，每英寸長(zhǎng)度上的網(wǎng)眼個(gè)數(shù)為粒度號(hào)，例80#，60#微粉用最大顆粒的最大尺寸的微米數(shù)表示，例W28、W14。（二）磨削加工表面粗糙度1、磨削中影響粗糙度的幾何因素74砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。工件轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過(guò)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(shí)，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。（3）磨削用量（2）砂輪修整使砂輪具有正確的幾何形狀，也使砂輪工作表面形成排列整齊而又銳利的微刃（圖）。砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度75砂輪上的磨粒超硬磨料(人造金剛石、立方氮化棚和陶瓷)對(duì)砂輪進(jìn)行磨削，是精密和超精密磨削的主要方法。經(jīng)過(guò)修整后的砂輪，其磨粒具有很高的微刃性、等高性和自銳性，能切除極薄的被加工工件材料，甚至是在工件晶粒內(nèi)進(jìn)行，可以對(duì)各種高硬度、高脆性材料(如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等)和高溫合金材料進(jìn)行精密及超精密加工。

修整砂輪時(shí)，金剛石筆的縱向進(jìn)給量越小，砂輪表面磨粒的等高性越好。砂輪上的磨粒超硬磨料(人造金剛石、立方氮化棚和陶瓷)對(duì)砂762、磨削中影響粗糙度的物理因素磨削速度高，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，磨粒在磨削過(guò)程中對(duì)被加工表面擠壓，沒(méi)有切削。加工表面出現(xiàn)溝槽與隆起，磨削高溫加劇了塑性變形。（1）磨削用量

砂輪的轉(zhuǎn)速↑

→材料塑性變形↓

→表面粗糙度值↓

磨削深度↑、工件速度↑

→塑性變形↑

→表面粗糙度↑

為提高磨削效率，通常在開(kāi)始磨削時(shí)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(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。（2）工件材料太硬易使磨粒磨鈍→Ra↑；太軟容易堵塞砂輪→Ra↑；韌性太大，熱導(dǎo)率差會(huì)使磨粒早期崩落→Ra↑。2、磨削中影響粗糙度的物理因素磨削速度高773砂輪五大要素粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太細(xì)時(shí)，砂輪易被磨屑堵塞，使加工表面塑性變形增大，硬度是指磨粒在磨削力的作用下從砂輪上脫落的難易程度。砂輪太硬，磨粒不易脫落，磨鈍了的磨粒不能及時(shí)被新磨粒替代，砂輪太軟，磨粒易脫落，磨削作用減弱。砂輪磨料主要有：氧化物(剛玉)砂輪適用于磨削鋼類(lèi)零件；碳化物(碳化硅、碳化棚)砂輪適于磨削鑄鐵、硬質(zhì)合金等材料。組織是指磨粒、結(jié)合劑和氣孔的比例關(guān)系。緊密組織中的磨粒比例大，氣孔小，在成形磨削和精密磨削時(shí)，能獲得高精度和較小的表面粗糙度值。疏松組織的砂輪不易堵塞，適于磨削軟金屬、非金屬軟材料和熱敏性材料(不銹鋼、耐熱鋼等)，可獲得較小的表面粗糙度值。將磨料粘結(jié)在一起，給砂輪以強(qiáng)度和形狀的材料被稱(chēng)為結(jié)合劑，主要有陶瓷結(jié)合劑、樹(shù)脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑。3砂輪五大要素粒度越細(xì)，磨削的表面粗糙度值越小。但磨粒太78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(lì)性好↑→Ra↓太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差↑→Ra↓影響磨削加工表面粗糙度的因素（小結(jié)）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)影響磨削加工表面粗糙度的因素粒度↓→Ra↓金剛石筆鋒利↑，79四、影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素及其控制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四、影響表面層物理力學(xué)性能的影響表面層物理力學(xué)性能的主要801影響表面層加工硬化的因素

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后面磨損量↑→表層金屬的塑變加劇→冷硬↑⑵切削用量的影響切削速度v↑→塑變↓→冷硬↓f↑→切削力↑→塑變↑→冷硬↑⑶工件材料性能的影響材料塑性↑→冷硬↑1影響表面層加工硬化的因素

⑴刀具幾何形狀的影響切削刃81磨削過(guò)程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過(guò)工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。磨削裂紋常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。切削加工往往是冷態(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。2.表面層殘余應(yīng)力1）冷態(tài)塑變2）熱態(tài)塑變3）金相組織變化磨削過(guò)程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過(guò)工件材82磨削燒傷：磨削加工時(shí)，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界點(diǎn)時(shí)，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(guān)裂紋。這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨削燒傷。淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有三種形式。3表面層金相組織變化與磨削燒傷磨削燒傷的三種形式

淬火燒傷回火燒傷退火燒傷磨削燒傷：磨削加工時(shí)，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界83磨削用量砂輪與工件材料改善冷卻條件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(shí)，磨粒的切削刃口鋒利↑→磨削力↓→磨削區(qū)的溫度↓2)材料的磨削導(dǎo)熱性↓(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↓

采用內(nèi)冷卻法→磨削燒傷↓

圖4.影響磨削燒傷的因素及改善途徑采用開(kāi)槽砂輪間斷磨削→受熱↓→磨削燒傷↓

磨削用量砂輪與工件材料改善冷卻條件1）砂輪轉(zhuǎn)速↑→磨削燒84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開(kāi)槽砂輪

a）槽均勻分布b）槽均勻分布

內(nèi)冷卻裝置開(kāi)槽砂輪85形成壓應(yīng)力的方法

既然壓應(yīng)力可提高疲勞強(qiáng)度，怎樣才能使工件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力呢?常用的方法有滾壓、噴丸、高頻淬火、滲碳、滲氮、氰化等。滾壓:圖6-9所示為外圓滾壓工具，圖a為剛性滾壓工具，用于剛性較好的工件；圖b為彈性滾壓工具，用于剛性較差的工件。滾壓深度一般0.03～0.1mm，滾壓次數(shù)不超過(guò)3次。

滾輪可用W18Cr4V、硬質(zhì)合金等材料制成。硬度要求HRC60-64以上，也可用滾珠軸承代替。形成壓應(yīng)力的方法滾壓:圖6-9所示為外圓滾壓工具，圖a為剛性86噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸（直徑Φ0.04～Φ0.84mm）打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。一般把噴丸處理作為最后工序，對(duì)于精度要求高的工件也可安排小余量精磨。

珠丸可是鑄鐵的，也可是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間后，自然變成球狀）。對(duì)于鋁質(zhì)工件，為避免表面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕，宜采用鋁丸或玻璃丸。珠丸的直徑一般為0.2~4mm。此法用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)0.7mm，零件表面粗糙度值可由Ra5~2.5μm減小到Ra0.63~0.32μm，可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命。陶瓷噴丸噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量快速運(yùn)動(dòng)87機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件88六機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)會(huì)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(dòng)會(huì)引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損；振動(dòng)使機(jī)床連接部分松動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度；強(qiáng)烈的振動(dòng)及伴隨而來(lái)的噪聲，還會(huì)污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。為減小加工過(guò)程中的振動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。（一）、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象1、振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響六機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)會(huì)在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工892機(jī)械加工中振動(dòng)的種類(lèi)及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力激勵(lì)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(chēng)為自由振動(dòng)。由于存在阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰減，如圖所示。(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(dòng)，稱(chēng)為強(qiáng)迫振動(dòng)。激振力存在振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減掉。（占35%)在沒(méi)有周期性干擾力作用的情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力所激發(fā)和維持的振動(dòng)，稱(chēng)為自激振動(dòng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)也稱(chēng)為顫振。(占65%)2機(jī)械加工中振動(dòng)的種類(lèi)及其主要特點(diǎn)機(jī)械加工振動(dòng)自激振動(dòng)自由振90例如：★外部振源：沖床、鍛錘、粉碎機(jī)、空壓機(jī)、振源動(dòng)造型機(jī)、落砂機(jī)、飛機(jī)、載重汽車(chē)、火車(chē)、天車(chē)等?！锔咚傩D(zhuǎn)部件不平衡：主軸、卡盤(pán)、電機(jī)、工夾具系統(tǒng)、齒輪、皮帶輪、萬(wàn)向節(jié)、液壓系統(tǒng)等?！锊贿B續(xù)切削產(chǎn)生交變負(fù)荷：刀齒不連續(xù)、加工表面不連續(xù)。例如：91

(1)強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但振動(dòng)本身并不能引起干擾力的變化；

(2)不管振動(dòng)系統(tǒng)本身的固有頻率如何，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是與外界干擾力的頻率相同或是它的整數(shù)倍；

(3)強(qiáng)迫振動(dòng)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(dāng)這一比值等于或接近于1時(shí)，振幅將達(dá)到最大值，這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為“共振”；

(4)強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅大小還與干擾力、系統(tǒng)剛度及其阻尼系數(shù)有關(guān)。干擾力越大，剛度及阻尼系數(shù)越小，則振幅越大。

2、強(qiáng)迫振動(dòng)的特征1強(qiáng)迫振動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷切削過(guò)程的間隙特性

(二)、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與控制(1)強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但923強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因機(jī)械加工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)的振源來(lái)自機(jī)床內(nèi)部的，稱(chēng)為機(jī)內(nèi)振源；來(lái)自機(jī)床外部的，稱(chēng)機(jī)外振源。機(jī)外振源甚多，但它們多半是通過(guò)地基傳給機(jī)床的，可以通過(guò)加設(shè)隔振地基把振動(dòng)隔除或削弱。

機(jī)內(nèi)振源主要有：

(1)機(jī)床上各個(gè)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡及電磁力不平衡引起的振動(dòng)；(2)機(jī)床上各回轉(zhuǎn)零件的不平衡，如砂輪、皮帶輪、卡盤(pán)、刀盤(pán)和工件等的不平衡引起的振動(dòng)；

(3)運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中引起的振動(dòng)，如齒輪嚙合時(shí)的沖擊，皮帶傳動(dòng)中平皮帶的接頭，三角皮帶的厚度不均勻，皮帶輪不圓，軸承滾動(dòng)體尺寸及形狀誤差等引起的振動(dòng)；

(4)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力；

(5)不均勻或斷續(xù)切削時(shí)的沖擊，例如銑削、拉削加工中，刀齒在切人或切出工件時(shí)，都會(huì)有很大的沖擊發(fā)生。此外，在車(chē)削帶有鍵槽的工件表面時(shí)也會(huì)發(fā)生由于周期沖擊而引起的振動(dòng)；

(6)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)壓力脈動(dòng)引起的振動(dòng)等。3強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因934減小強(qiáng)迫振動(dòng)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。4減小強(qiáng)迫振動(dòng)的措施減小激振力94具體對(duì)策

1）減小激振力,減少振幅。

2）調(diào)節(jié)振源頻率當(dāng)f激=f固時(shí)發(fā)生共振，只要調(diào)整后避開(kāi)共振區(qū)即可減少振動(dòng)。

3）消振

加干擾質(zhì)量m，使F干擾=F激振（圖6-11）；加阻尼，如加大粘度潤(rùn)滑油。

圖6-12所示為車(chē)刀消振器。刀頭上固定了以鉛制成的消振塊，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)消振塊上下跳動(dòng)削弱振動(dòng)的能量，起到消振的作用。

具體對(duì)策954）高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件充分平衡。當(dāng)n≥500r/min時(shí)，無(wú)論質(zhì)量大小都要平衡?？稍诓黄胶赓|(zhì)量的反面附加平衡塊。

5）隔振

隔離受振體圖6-13所示，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，在電機(jī)與工作臺(tái)之間加隔振墊。

對(duì)于精密機(jī)床隔離振源為了防止外部振動(dòng)傳至機(jī)床，挖防振溝即可隔離振源。但防振溝對(duì)于系統(tǒng)自激產(chǎn)生的振動(dòng)是有害的。6）以液壓傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)；直流馬達(dá)代替交流馬達(dá)；滑動(dòng)軸承代替滾動(dòng)軸承；結(jié)構(gòu)上進(jìn)行抗振設(shè)計(jì)等都可減少振動(dòng)。4）高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件充分平衡。96(三)、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)與控制1．自激振動(dòng)的產(chǎn)生

在實(shí)際加工過(guò)程中，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(huì)使切削力發(fā)生變化，必然會(huì)引起工件、刀具間的相對(duì)位置發(fā)生周期性變化，這一變化若又引起切削力的波動(dòng)