機械制造工藝學4

第三節(jié)影響加工表面物理力學性能的因素本節(jié)內容一、加工表面層的冷作硬化二、表面層的金相組織變化三、表面層的殘余應力四、減小殘余拉應力、防止表面燒傷和裂紋的工藝措施機械制造工藝學一、加工表面層冷作硬化機械制造工藝學在切削或磨削加工中，表面層金屬的強度和硬度提高的現(xiàn)象。產生原因：

切削或磨削加工時，表面層金屬由于塑性變形使晶體間產生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒被拉長、破碎和纖維化而得到強化。特點：變形抵抗力(屈服點)提高，塑性(相對延伸率)降低。衡量指標：表面層金屬顯微硬度H

、冷硬層的深度h（μm）、硬化程度N機械制造工藝學式中：

H

—表面層顯微硬度（HV）；

H0—基體金屬原來顯微硬度（HV）。N=(H/H0)×100％冷作硬化測量方法表層顯微硬度H顯微硬度計－采用頂角為136°金剛石壓頭，載荷≤2N斜截面測量－可同時測出硬化層深度h硬化層深度測量機械制造工藝學(一)影響表面層冷作硬化的因素機械制造工藝學

表面層冷作硬化的程度決定于產生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。

★

變形的力越大，塑性變形越大，則硬化程度

越大；★

變形的速度越快，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程度。機械制造工藝學

機械加工時表面層的硬化并不穩(wěn)定，一有條件，就會弱化：當達到熔化絕對溫度0.25~0.30時，則除了強化現(xiàn)象外，同時還有回復現(xiàn)象，此時歪扭的晶格局部得到恢復，減低了冷作硬化作用；若超過熔化絕對溫度0.30時，會發(fā)生金屬再結晶，此時因強化而改變了的表面層物理機械性幾乎能完全恢復。

機械加工時表面層的冷作硬化就是強化作用和回復作用的綜合。切削溫度越高、高溫持續(xù)時間越長、強化程度越大，則回復作用也就越強。

高溫下工作的零件，為保證疲勞強度，應使表面沒有冷硬層或只有極小的（10~20μm）冷硬層。(一)影響表面層冷作硬化的因素機械制造工藝學1、影響切削加工表面冷作硬化的因素（1）切削用量f和v對冷硬的影響硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：45切削速度v↑→塑變↓→冷硬↓（弱化作用加強）進給量f↑→切削力↑→塑變↑→冷硬↑

f

↓↓→刀尖圓角在工件表面擠壓次數(shù)↑冷硬↑切削深度αp影響不大（2）刀具幾何形狀機械制造工藝學刃口圓弧半徑rε↑→徑向切削分力↑→塑變↑

→冷硬↑后刀面磨損影響較大（綜合作用）其他幾何參數(shù)影響不明顯00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)100

180

260

340硬度(HV)50鋼，v

=40(m/min)f=0.12～0.2(mm/z)后刀面磨損對冷硬影響（3）工件材料材料硬度↓塑性↑→冷硬↑如：低碳鋼；有色金屬的熔點低，容易弱化，冷作硬化現(xiàn)象比鋼材輕得多。2、影響磨削加工表面冷作硬化因素（1）

磨削用量磨削速度↑

溫度↑

→塑變↓

→冷硬程度↓（弱化作用加強）工件轉速↑→冷硬程度↑縱向進給量影響較復雜（綜合作用）磨削深度↑→磨削力↑→塑變↑→冷硬程度↑磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.25300350

4505004000.500.75普通磨削高速磨削機械制造工藝學（2）

砂輪（3）工件材料砂輪粒度↑(細)→冷硬程度↓砂輪硬度↑→冷硬程度↓砂輪組織影響不顯著材料塑性↑→塑變↑

→冷硬傾向↑材料導熱性↑→溫度↑→冷硬傾向↓機械制造工藝學二、表面層金相組織變化

機械加工時，能量大部分轉化為熱能，使加工表面溫度升高，當溫度達到相變臨界點時，表面層金屬就發(fā)生金相組織變化。磨削加工時，表面層的溫度很高，易于出現(xiàn)金屬組織變化，使強度和硬度降低，產生殘余應力，嚴重時甚至出現(xiàn)微觀裂紋。這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。機械制造工藝學淬火燒傷三種燒傷形式回火燒傷退火燒傷

磨削區(qū)溫度超過馬氏體轉變溫度(350°)而未超過相變溫度(Ac3)

，工件表面原來的馬氏體組織將產生回火現(xiàn)象，轉化成硬度降低的回火組織—索氏體或貝氏體；機械制造工藝學不用冷卻液進行干磨削時，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，緩慢冷卻，工件表層被退火，硬度急劇下降。磨削區(qū)溫度超過相變溫度，由于冷卻液急冷作用，表層出現(xiàn)二次淬火馬氏體，里層因為冷卻緩慢仍為硬度降低的回火組織。磨削淬火鋼時表面層產生的燒傷有以下三種形式：工件顯微鏡下的金相組織機械制造工藝學黑青淡青米黃淡黃表面顏色與燒傷之間的關系：機械制造工藝學

磨削淬火鋼時，由于磨削燒傷，工件表面產生氧化膜，并呈現(xiàn)出不同的顏色。

不同的燒傷色表示受到不同溫度的作用與產生不同的燒傷深度。

有時表面雖沒有燒傷色，但不能確定表面未受熱燒傷。如在磨削過程中形成較深的燒傷層，在以后的無進給磨削中磨去了表面的燒傷色，實際上燒傷層仍存在。

留在工件上的燒傷層會成為使用中的隱患。三、表面層殘余應力

機加工中工件表面層組織發(fā)生了變化，外載荷去除后，在工件表層與基體材料交界處會產生相互平衡的彈性應力，這種應力稱為殘余應力。殘余應力產生的原因:

機械制造工藝學冷態(tài)塑性變形引起的殘余應力熱態(tài)塑性變形引起的殘余應力金相組織變化引起的殘余應力殘余應力冷塑性變形引起的殘余應力機械制造工藝學熱塑性變形引起的殘余應力機械制造工藝學機械制造工藝學金相組織變化引起的殘余應力

加工時的高溫使工件表面的金相組織發(fā)生變化，比容大的組織→比容小的組織→體積收縮，產生殘余拉應力;反之，產生殘余壓應力。

機加工后表面層殘余應力及其分布，是上述三方面因素的綜合。一定條件下，其中一或二種因素起主導作用。

切削熱不多時（一般切削加工）以冷態(tài)塑性變形為主，表面層常產生殘余壓應力。若切削熱多則以熱態(tài)塑性變形為主，表面層常產生殘余拉應力。磨削時表面層殘余應力隨磨削條件不同而不同：

輕磨削時產生淺而小的殘余壓應力，此時沒有金相組織變化，溫度影響也很小，主要是塑性變形影響起作用。

中等磨削時產生淺而大的拉應力。

淬火鋼重磨削時則產生深而大的拉應力（最外層表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應力），顯然是由于熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響起主導作用。機械制造工藝學四、減小亡殘余拉應晝力、防止凈表面燒傷換和裂紋的工窩藝措施(一)合思理選擇磨致削用量機械制造棚工藝學砂輪轉速↓→磨削燒傷↓徑向進跪給量↓→磨削燒死傷↓軸向進量給量↑→磨削燒鋤傷↓工件速犧度↑→磨削燒業(yè)傷↓（二）合螞理選擇砂說輪并及時埋修整磨粒的切耳削刃鋒利↑→磨削趁力↓→磨削陳區(qū)的溫促度↓→磨削賺燒傷↓砂輪粒婦度↑（細）冷，硬度↑→磨削吊燒傷↑（三）寫改善冷家卻方法機械制造隙工藝學選擇適評宜的冷粘卻液和庭有效的侵冷卻方所法：采用高壓大惰流量冷暑卻采用內冷鹿卻法砂輪內冷卻裝置

1－錐形蓋2－通道孔

3－中心腔

4－有徑向小孔薄壁套加裝空氣擋撞板，減輕旋迅轉砂輪表冷面高壓附襲著氣流的肺作用，使冷卻駝液能順陜利地噴是注到磨猶削區(qū)。第四節(jié)降低表面盆粗糙度、憐改善表面物理句力學性能哲的加工方法一、降擾低表面基粗糙度愉的加工戒方法高精度熱加工的鍛范疇內及，按不纏同的精巴度水平稻，分為副三個檔澡次，能罷達到的薯表面粗識糙度如尋下：精密加工精度3～0.3積μm，粗糙械度達0.3～0.0框3μm；超精密育加工(亞微米加佛工)精度0.3～0.03聚μm，粗糙度傻達0.03～0.0棋05μ西m；納米加工精度為0.0冶3μm，粗糙度優(yōu)于0.0聾05擔μm以上。機械制造欠工藝學超精加蜂工、珩然磨、研康磨、拋病光共同特點1）加工凈余量小滾，切削捎速度低2）對設備攻要求低，咱無需精密姨機床3）降低適表面粗貨糙度效價果明顯柜，提高繳精度不石明顯機械制造舞工藝學用細粒度峽油石，以途恒定壓力掘和復雜相卷對運動對噴工件進行鳴微量切削賤。Ra=0乖.08～0.0當12μm1、工件低速回轉運動2、磨條軸向進給運動3、磨條高速往復振動機械制造蹲工藝學超精加工珩磨利用珩矛磨工具雪對工件晚表面施戴加一定濟壓力，廣珩磨工煤具同時況做相對臺旋轉和言直線往址復運動耕，切除韻工件表恰面極小扮余量地獄一種精撇密加工植方法。Ra=0律.2～0.0尚25μm，生產效聚率高。加工對象悉：圓柱孔珩磨余材量：0.0害2～0.1阻5mm珩磨孔熔徑范圍合：15～500護mm，孔的終深徑比條可達10以上機械制慢造工藝蔽學機械制拌造工藝槽學珩磨研磨利用研償磨工具侍和研磨室劑，從賀工件上炒研去一涂層極薄迷表面層器的精密謀加工方直法。Ra=享0.0敘25～0.0環(huán)06μm，生產是效率低灑?；驹w理：通過介于患工件和硬夫質研具之祥間的磨料奏或研磨液假的流動，但產生機械對摩擦和化學嘗作用，胡去除工匯件表層微翻小加工澆余量。可提高形狀突、尺寸精扇度，但不能提櫻高位置精燥度。機械制造恢工藝學在加工表熄面上涂上減研磨劑，救再套上研尿具，工件教低速旋轉俱，操作工攝手握研具片作軸向往廢復移動。機械制造塘工藝學手工研彩磨外圓機械制旱造工藝牌學手工研蓋磨內圓手工研磨園平面拋光用涂有媽拋光膏喊的軟輪漁（拋光并輪）高趣速旋轉屆對工件船進行微膏弱切削遺，從而抽降低工肥件表面滅粗糙度毫，提高蚊光亮度鋸的一種病精密加食工方法發(fā)。Ra=0暗.16～0.04μm原理與研鮮磨相似，友只是研具顯采用皮革君、無紡布普等軟質材鈴料，可用變于自由曲托面加工。不能提記高尺寸塵、形狀及位欣置精度，漫主要用于表憂面的修痛飾加工嫂及電鍍前槳的預加菊工。機械制觀造工藝瓦學二、改易善表面執(zhí)物理力鬼學性能轟的加工犬方法利用大摟量快速玩運動的雞珠丸打擊工件麥被加工表羞面，使工益件表面產生況冷硬層和鹽壓縮殘余鍋應力?？梢杂弥饔谌魏卫碗s形訓狀的零件。機械制造珍工藝學噴丸強化1、噴丸強炊化槽和凸肩滾壓加工機械制造創(chuàng)工藝學2、滾壓加或工用淬硬脹的滾輪另或鋼珠在工件約被加工面壓上進行滾壓潔，使工濃件表層堪材料產生棉塑性流邁動，形眾成新的光亮問表面。3、金剛筆石壓光a)外圓壓