第六章機(jī)械加工表面質(zhì)量.ppt

1、1,第6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量,本章要點(diǎn),振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響 及其控制,機(jī)械加工表面質(zhì)量的概念,控制加工表面質(zhì)量的途徑,表面粗糙度及其影響因素,機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,2,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量Qualities of Machined Surface,6.1 概述 Introduction to the Qualities of Machined Surface,3,6.1 概述,（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)，位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）,表面粗糙度 波度 紋理方向 傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）,圖6-1-0 加工質(zhì)量包含的內(nèi)容,4,6.1 概述, 加工精度：零件

2、加工后實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)接近程度。 表面質(zhì)量: 零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度,宏觀幾何形狀誤差（平面度、圓度等）波長(zhǎng)/波高1000 波度 波長(zhǎng)/波高=501000；且具有周期特性 表面粗糙度 波長(zhǎng)/波高50,5,6.1概述-表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響,對(duì)耐磨性影響,表面粗糙度值 耐疲勞性 適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性,表面粗糙度值耐蝕性 表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性,表面粗糙度值 配合質(zhì)量,表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（圖6-1）,紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好 適當(dāng)硬化可提高耐磨性,6,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量,7,6.2.1 切削加工表面粗糙度影響因

3、素,圖6-5 車削時(shí)殘留面積的高度,直線刃車刀（圖6-5a）,圓弧刃車刀（圖6-5b）,影響因素：,8,切削速度影響最大：vc = 1050m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差（圖6-6-0） 。,其他影響因素：刀具幾何角度、刃磨質(zhì)量，切削液等,6.2.1 切削加工表面粗糙度影響因素,9,砂輪速度v，Ra 工件速度vw，Ra 砂輪縱向進(jìn)給f，Ra 磨削深度ap，Ra ,6.2.2 磨削加工表面粗糙度影響因素,光磨次數(shù)，Ra,10,砂輪粒度號(hào)，Ra；但要適量 砂輪硬度適中， Ra ；常取中軟 砂輪組織適中，Ra ；常取中等組織 采用超硬砂輪材料，Ra 砂輪精細(xì)修整， Ra ,6.2

4、.2 磨削加工表面粗糙度影響因素,工件材料 冷卻潤(rùn)滑液等,11,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量,12,6.3.1 影響表面冷作硬化的因素,切削加工,f，冷硬程度(圖6-13-0), 切削用量影響, 刀具影響,r，冷硬程度 其他幾何參數(shù)影響不明顯 后刀面磨損影響顯著（圖6-14-0）, 工件材料,材料塑性，冷硬傾向,切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果） 切削深度影響不大,13,磨削速度冷硬程度（弱化作用加強(qiáng)） 工件轉(zhuǎn)速冷硬程度 縱向進(jìn)給量影響復(fù)雜,磨削深度冷硬程度（圖6-15-0）, 磨削用量, 砂輪,砂輪粒度冷硬程度 砂輪硬度、組織影響不顯著,工件材料,材料塑性 冷硬傾向 材料導(dǎo)

5、熱性 冷硬傾向,6.3.1 影響表面冷作硬化的因素,14,6.3.2 磨削燒傷與磨削裂紋,合理選擇砂輪 合理選擇磨削用量 改善冷卻條件,工件表層溫度達(dá)到或超過(guò)金屬材料相變溫度時(shí)，表層金相組織、顯微硬度發(fā)生變化，并伴隨殘余應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜,磨削燒傷,磨削表面殘余拉應(yīng)力達(dá)到材料強(qiáng)度極限，在表層或表面層下產(chǎn)生微裂紋。裂紋方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，常與燒傷同時(shí)出現(xiàn),圖6-16 帶空氣擋板冷卻噴嘴,15,6.3.3 影響層金屬殘余應(yīng)力的因素,vc殘余應(yīng)力（熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用，圖6-16-0）,材料塑性殘余應(yīng)力 鑄鐵等脆性材料易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,f殘余應(yīng)力（圖6-17-0）,切削深度影響不顯著

6、,僅討論切削加工, 切削用量, 刀具, 工件材料,前角+，殘余拉應(yīng)力 刀具磨損殘余應(yīng)力,16,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量,17,6.4 控制加工表面質(zhì)量的途徑,控制磨削參數(shù),采用超精加工、珩磨等光整加工方法作為最終加工工序,采用噴丸、滾壓、輾光等表面強(qiáng)化工藝,18,6.4 控制加工表面質(zhì)量的途徑,利用淬硬和精細(xì)研磨過(guò)的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)擠壓金屬表面，將凸起部分下壓下，凹下部分上凸，修正工件表面的微觀幾何形狀，形成壓縮殘余應(yīng)力，提高耐疲勞強(qiáng)度（圖6-19-0）,利用大量快速運(yùn)動(dòng)珠丸打擊工件表面, 使工件表面產(chǎn)生冷硬層和壓應(yīng)力,疲勞強(qiáng)度（圖6-18-0）,噴丸強(qiáng)化,圖6-19-

7、0 滾壓加工原理圖,用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件,例如板彈簧、螺旋彈簧、齒輪、焊縫等,19,機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ),第6章 機(jī)械加工表面質(zhì)量,20,6.5.1 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)概述,機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)的危害,影響加工表面粗糙度，振動(dòng)頻率較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生波度 影響生產(chǎn)效率 加速刀具磨損，易引起崩刃 影響機(jī)床、夾具的使用壽命 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康,工藝系統(tǒng)受到初始干擾力而破壞了其平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。 由于系統(tǒng)中總存在由阻尼，自由振動(dòng)將逐漸衰弱，對(duì)加工影響不大。,21,6.5.2 機(jī)械加工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng),強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生原因,由外界周期性的干擾力（激振

8、力）作用引起 強(qiáng)迫振動(dòng)振源：機(jī)外機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過(guò)地基把振動(dòng)傳給機(jī)床。機(jī)內(nèi)： 1）回轉(zhuǎn)零部件質(zhì)量的不平衡 2）機(jī)床傳動(dòng)件的制造誤差和缺陷 3）切削過(guò)程中的沖擊,頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù) 幅值特征：與干擾力幅值、工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。當(dāng)干擾力頻率接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振 相角特征：強(qiáng)迫振動(dòng)位移的變化在相位上滯后干擾力一個(gè)角，其值與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)。,22,6.5.3 機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng),自激振動(dòng)的概念,在沒(méi)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(dòng) 自激振動(dòng)過(guò)程可用傳遞函數(shù)概念說(shuō)明（圖6-23）,自激振動(dòng)是一種不衰減振動(dòng)

9、 自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率 自激振動(dòng)能否產(chǎn)生及振幅的大小取決于振動(dòng)系統(tǒng)在每一個(gè)周期內(nèi)獲得和消耗的能量對(duì)比情況（圖6-24）。,23,再生機(jī)理：切削過(guò)程由于偶然干擾，使加工系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)并在加工表面上留下振紋。第二次走刀時(shí),刀具將在有振紋的表面上切削，使切削厚度發(fā)生變化，導(dǎo)致切削力周期性地變化，產(chǎn)生自激振動(dòng),自激振動(dòng)機(jī)理, 產(chǎn)生條件（圖6-24-0） ： a）b）c）系統(tǒng)無(wú)能量獲得； d）y 滯后于y0，即 0- ，此時(shí)切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出時(shí)切削力所作正功（獲得能量）大于切入時(shí)所作負(fù)功，系統(tǒng)有能量獲得，產(chǎn)生自激振動(dòng),6.5.3 機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng),24, 振

10、型耦合機(jī)理：將車床刀架簡(jiǎn)化為兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)，等效質(zhì)量m用相互垂直的等效剛度分別為k1與k2兩組彈簧支撐（設(shè)x1為低剛度主軸，圖6-24-1）, 自激振動(dòng)的產(chǎn)生： k1=k2，x1與x2無(wú)相位差, 軌跡為直線，無(wú)能量輸入,6.5.3 機(jī)械加工過(guò)程中自激振動(dòng), k1k2，x1超前x2 ，軌跡dcba為一橢圓，切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的大，系統(tǒng)無(wú)能量輸入 k1k2，x1滯后于x2 ，軌跡為一順時(shí)針?lè)较驒E圓，即：abcd。此時(shí)，切入半周期內(nèi)的平均切削厚度比切出半周期內(nèi)的小，有能量獲得，振動(dòng)能夠維持 。,25,6.5.4 機(jī)械加工中振動(dòng)的防治,減小機(jī)內(nèi)干擾力的幅值 調(diào)整振源的頻率，一般要求：, 調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置（圖6-25-0）,消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件,式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率,隔振,圖6-25-0 兩種尾座結(jié)構(gòu),26,6.5.4 機(jī)械加工中振動(dòng)的防治, 減小切削或磨削時(shí)的重疊系數(shù)（圖6-26-0）,式中 bd 等效切削寬度，即本次切削實(shí)際切到上次切削殘留振紋 在垂直于振動(dòng)方向投影寬度； b 本次切削在垂直于振動(dòng)方向上的切削寬度； B , fa 砂輪寬度與軸向進(jìn)給量。,27,減小重疊系數(shù)方法, 增加切削阻尼（例采用倒棱車刀，圖6-27-0）,增加主