第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 第三章第三章 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量 概概 述述 掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律，并掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量影響的規(guī)律，并 應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過(guò)程，以達(dá)到提高加工表面質(zhì)量、提高應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過(guò)程，以達(dá)到提高加工表面質(zhì)量、提高 產(chǎn)品性能的目的。產(chǎn)品性能的目的。 實(shí)踐表明，零件的破壞一般總是從表面層開(kāi)始的。產(chǎn)品的工作性能，尤實(shí)踐表明，零件的破壞一般總是從表面層開(kāi)始的。產(chǎn)品的工作性能，尤 其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取決于其主要零件的

2、表面質(zhì)量。 研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的研究機(jī)械加工表面質(zhì)量的目的 機(jī)械產(chǎn)品的失效形式機(jī)械產(chǎn)品的失效形式 因設(shè)計(jì)不周而導(dǎo)致強(qiáng)度不夠；因設(shè)計(jì)不周而導(dǎo)致強(qiáng)度不夠； 磨損、腐蝕和疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞破壞。 少數(shù)少數(shù) 多數(shù)多數(shù) 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 3.1 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義一、機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義 1表面的幾何特征表面的幾何特征 2表面層物理表面層物理 力學(xué)、化學(xué)性能力學(xué)、化學(xué)性能 (1)表面粗糙度表面粗糙度 (2)表面波度表面波度 (3)紋理方向紋理方向 (1)表面層加工硬化表面層加工硬

3、化(冷作硬化冷作硬化)。 (2)表面層金相組織變化。表面層金相組織變化。 (3)表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 1、表面的幾何形狀特征、表面的幾何形狀特征 加工后表面形狀，總是以加工后表面形狀，總是以 “峰峰”、“谷谷”的形式偏離其的形式偏離其 理想光滑表面。按偏離程度有理想光滑表面。按偏離程度有 宏觀和微觀之分。宏觀和微觀之分。 波距：峰與峰或谷與谷間的距離，波距：峰與峰或谷與谷間的距離， 以以L表示；表示； 波高：峰與谷間的高度，以波高：峰與谷間的高度，以H 表示。表示。 波距與波高波距與波高 L/H1000時(shí)，屬于宏觀幾何形狀誤差；

4、時(shí)，屬于宏觀幾何形狀誤差； L/H 珠光體密度為珠光體密度為7.78 g/cm3 鐵素體密度為鐵素體密度為7.88 g/cm3 奧氏體密度為奧氏體密度為7.96 g/cm3 ； 切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層金相組織變化。因?yàn)椴煌邢鲿r(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層金相組織變化。因?yàn)椴煌?的金屬組織，它們的密度不同，因而引起的殘余應(yīng)力。的金屬組織，它們的密度不同，因而引起的殘余應(yīng)力。 以淬火鋼磨削為例以淬火鋼磨削為例 淬火鋼原來(lái)的組織是馬氏體淬火鋼原來(lái)的組織是馬氏體7.75 g/cm3 磨削加工后磨削加工后 表層可能產(chǎn)生回火，馬氏體變?yōu)榍象w或索氏體表層可能產(chǎn)生回火，馬氏體變?yōu)榍象w或索氏體 密度增大而

5、體積減小密度增大而體積減小 表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力 導(dǎo)致導(dǎo)致 結(jié)果結(jié)果 （接近珠光體）（接近珠光體） 計(jì)算？計(jì)算？ 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 （4）冷態(tài)塑性變形后比容積增大引起的表面層壓應(yīng)力）冷態(tài)塑性變形后比容積增大引起的表面層壓應(yīng)力 金屬密度下降，金屬密度下降， 比容積增大。比容積增大。 金屬經(jīng)過(guò)冷態(tài)金屬經(jīng)過(guò)冷態(tài) 塑性變形后塑性變形后 有相當(dāng)部分的原子從其穩(wěn)定平衡的晶格有相當(dāng)部分的原子從其穩(wěn)定平衡的晶格 位置被移動(dòng)，結(jié)晶格子中原子排列不如位置被移動(dòng)，結(jié)晶格子中原子排列不如 原來(lái)緊密原來(lái)緊密 冷態(tài)塑性變形后結(jié)晶格子被扭曲冷態(tài)塑性變形后結(jié)晶格子被扭曲 熱加工中的

6、鍛壓，其塑性變形有助于消除晶格熱加工中的鍛壓，其塑性變形有助于消除晶格 組織間的缺陷，而使密度提高；組織間的缺陷，而使密度提高； 機(jī)械加工表面必然產(chǎn)生壓應(yīng)力；機(jī)械加工表面必然產(chǎn)生壓應(yīng)力； ？如何計(jì)算？如何計(jì)算 0 01 3 1 3 1 v v E 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 2 、 影響表面層殘余應(yīng)力及磨削裂紋的因素影響表面層殘余應(yīng)力及磨削裂紋的因素 機(jī)械加上后表面層的殘余應(yīng)力，是由冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)機(jī)械加上后表面層的殘余應(yīng)力，是由冷態(tài)塑性變形、熱態(tài) 塑性變形、冷態(tài)塑性變形比容積增大和金相組織變化這三方面塑性變形、冷態(tài)塑性變形比容積增大和金相組織變化這三方面 原因引起的綜合結(jié)

7、果。在一定條件下，其中某種或兩種因素可原因引起的綜合結(jié)果。在一定條件下，其中某種或兩種因素可 能起主導(dǎo)作用。能起主導(dǎo)作用。 磨削時(shí)起主導(dǎo)作用的是磨削時(shí)起主導(dǎo)作用的是“熱熱”。 磨削用量磨削用量 工件材料及熱處理規(guī)范工件材料及熱處理規(guī)范 首要因素首要因素 影響磨削裂紋的因素影響磨削裂紋的因素 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 磨削碳鋼時(shí)，含碳量越高，越容易產(chǎn)生裂紋；磨削碳鋼時(shí)，含碳量越高，越容易產(chǎn)生裂紋； 當(dāng)碳的質(zhì)量小于當(dāng)碳的質(zhì)量小于0.6至至0.7時(shí)，幾乎不產(chǎn)生裂紋；時(shí)，幾乎不產(chǎn)生裂紋； 淬火鋼晶界脆弱，滲碳、滲氮鋼受溫度影響大，磨削時(shí)易產(chǎn)生裂紋。淬火鋼晶界脆弱，滲碳、滲氮鋼受溫度

8、影響大，磨削時(shí)易產(chǎn)生裂紋。 磨削用量對(duì)磨削裂紋影響磨削用量對(duì)磨削裂紋影響 粗磨時(shí)，表面產(chǎn)生極淺的殘余壓應(yīng)力，接著粗磨時(shí)，表面產(chǎn)生極淺的殘余壓應(yīng)力，接著 就是較深且較大的殘余拉應(yīng)力，這說(shuō)明表面產(chǎn)生就是較深且較大的殘余拉應(yīng)力，這說(shuō)明表面產(chǎn)生 了一薄層一次淬火層，下層是回火組織。了一薄層一次淬火層，下層是回火組織。 精細(xì)磨削時(shí)，溫度影響很小、更沒(méi)有金精細(xì)磨削時(shí)，溫度影響很小、更沒(méi)有金 相組織變化，主要是冷態(tài)塑性變形的影響，相組織變化，主要是冷態(tài)塑性變形的影響， 故表面產(chǎn)生淺而小的殘余壓應(yīng)力；故表面產(chǎn)生淺而小的殘余壓應(yīng)力； 精磨時(shí)，熱塑性變形起了主導(dǎo)作用，表面精磨時(shí)，熱塑性變形起了主導(dǎo)作用，表面 產(chǎn)生

9、很淺的殘余拉應(yīng)力；產(chǎn)生很淺的殘余拉應(yīng)力； 磨削裂紋與工件材料及熱處理規(guī)范的關(guān)系磨削裂紋與工件材料及熱處理規(guī)范的關(guān)系 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 三、表面層金相組織變化與磨削燒傷三、表面層金相組織變化與磨削燒傷 對(duì)于磨削加工來(lái)說(shuō)，由于單位面積上產(chǎn)生的切削熱比一對(duì)于磨削加工來(lái)說(shuō)，由于單位面積上產(chǎn)生的切削熱比一 般切削方法要大幾十倍，易使工件表面層的金相組織發(fā)生變般切削方法要大幾十倍，易使工件表面層的金相組織發(fā)生變 化，從而使表面層的硬度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引化，從而使表面層的硬度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引 起顯微裂紋。這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。起顯微裂紋。這種現(xiàn)象稱為磨削

10、燒傷。 1表面層金相組織變化與磨削燒傷原因表面層金相組織變化與磨削燒傷原因 機(jī)械加工過(guò)積中，在工件的加工區(qū)及其鄰近的區(qū)域，溫度機(jī)械加工過(guò)積中，在工件的加工區(qū)及其鄰近的區(qū)域，溫度 會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度超過(guò)工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)，就會(huì)急劇升高，當(dāng)溫度超過(guò)工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)，就 會(huì)發(fā)生金相組織變化。對(duì)于一般切削加工而言，溫度還不會(huì)上會(huì)發(fā)生金相組織變化。對(duì)于一般切削加工而言，溫度還不會(huì)上 升到如此程度。升到如此程度。 磨削燒傷將嚴(yán)重地影響零件的使用性能。磨削燒傷將嚴(yán)重地影響零件的使用性能。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 1)如果工件表面層溫度未超過(guò)相變溫度。如果工件表面層

11、溫度未超過(guò)相變溫度。(一般中碳鋼為一般中碳鋼為720 ，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(一般中碳鋼為一般中碳鋼為300)，這時(shí)馬氏，這時(shí)馬氏 體將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體，這叫回火燒傷。體將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體，這叫回火燒傷。 2)當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度，如果這時(shí)有充分的切削液，當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度，如果這時(shí)有充分的切削液， 則表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，但則表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，但 很薄，只有幾微米厚。其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體，很薄，只有幾微米厚。其下為硬度較低的回火索氏體和

12、屈氏體， 導(dǎo)致表面層總的硬度降低，這稱為淬火燒傷。導(dǎo)致表面層總的硬度降低，這稱為淬火燒傷。 3)當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體、當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變溫度，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體、 如果這時(shí)無(wú)切削液，則表面硬度急劇下降，工件表層被退火，這如果這時(shí)無(wú)切削液，則表面硬度急劇下降，工件表層被退火，這 種現(xiàn)象稱為退火燒傷。磨削時(shí)很容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。種現(xiàn)象稱為退火燒傷。磨削時(shí)很容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。 磨淬火鋼時(shí)，在工件表面層上形成的瞬時(shí)高溫將使表面金磨淬火鋼時(shí)，在工件表面層上形成的瞬時(shí)高溫將使表面金 屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化： 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)

13、械加工表面質(zhì)量 2、影響磨削燒傷的因素及其改善措施、影響磨削燒傷的因素及其改善措施 盡可能減少磨削熱的產(chǎn)生；盡可能減少磨削熱的產(chǎn)生； 改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。 磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷可有兩個(gè)途徑：磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷可有兩個(gè)途徑： (1)合理選擇磨削用量合理選擇磨削用量 (2)工件材料工件材料 (3)砂輪的選擇砂輪的選擇 (4)冷卻條件冷卻條件 改善措施改善措施 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 磨削深度磨削深度，工件縱向進(jìn)給量和工件速度，工件縱向進(jìn)給量和工件速度 ，砂輪與工件表，

14、砂輪與工件表 面接觸時(shí)間相對(duì)面接觸時(shí)間相對(duì)，因而熱的作用時(shí)間，因而熱的作用時(shí)間 ，磨削燒傷，磨削燒傷 。 為減輕燒傷而同時(shí)又保持高的生產(chǎn)率、一般選用較大的為減輕燒傷而同時(shí)又保持高的生產(chǎn)率、一般選用較大的 工件速度和較小的磨削深度。同時(shí)，為了彌補(bǔ)因增大工件速工件速度和較小的磨削深度。同時(shí)，為了彌補(bǔ)因增大工件速 度而造成表面粗糙度值增大的缺陷，可以提高砂輪速度。度而造成表面粗糙度值增大的缺陷，可以提高砂輪速度。 (1)合理選擇磨削用量合理選擇磨削用量 但：但： 磨削深度磨削深度，生產(chǎn)率，生產(chǎn)率； 工件縱向進(jìn)給量和工件速度工件縱向進(jìn)給量和工件速度，表面粗糙度值，表面粗糙度值。 實(shí)踐證明，同時(shí)提高砂輪

15、速度和工件速度，可以避免燒傷。實(shí)踐證明，同時(shí)提高砂輪速度和工件速度，可以避免燒傷。 解決辦法：解決辦法： 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 (2)工件材料工件材料 工件材料對(duì)磨削區(qū)溫度的影響主要取決于它的硬度、強(qiáng)工件材料對(duì)磨削區(qū)溫度的影響主要取決于它的硬度、強(qiáng) 度、韌性和熱導(dǎo)性。度、韌性和熱導(dǎo)性。 硬度、強(qiáng)度越高，韌性越大，磨削熱量越多；硬度、強(qiáng)度越高，韌性越大，磨削熱量越多； 導(dǎo)熱性差的材料，如耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼等。導(dǎo)熱性差的材料，如耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼等。 在磨削在磨削 時(shí)易產(chǎn)時(shí)易產(chǎn) 生燒傷生燒傷 軟砂輪較好，對(duì)于硬度太高的砂輪，鈍化砂粒不易脫落，軟砂輪較好，對(duì)于硬度太高

16、的砂輪，鈍化砂粒不易脫落， 容易產(chǎn)生燒傷。容易產(chǎn)生燒傷。 (3)砂輪的選擇砂輪的選擇 一般來(lái)說(shuō)，選用粗粒度砂輪磨削，不容易產(chǎn)生燒傷。一般來(lái)說(shuō)，選用粗粒度砂輪磨削，不容易產(chǎn)生燒傷。 砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，如樹(shù)脂、橡膠等。砂輪結(jié)合劑最好采用具有一定彈性的材料，如樹(shù)脂、橡膠等。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 采用切削液帶走磨削區(qū)的熱量可以避采用切削液帶走磨削區(qū)的熱量可以避 免燒傷。免燒傷。 (4)冷卻條件冷卻條件 磨削時(shí)，一般冷卻效果較差，由于高磨削時(shí)，一般冷卻效果較差，由于高 速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強(qiáng)大氣流層，速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生強(qiáng)大氣流層， 實(shí)際上沒(méi)有多少切削液

17、能進(jìn)入磨削區(qū)。實(shí)際上沒(méi)有多少切削液能進(jìn)入磨削區(qū)。 增加切削液的流量和壓力增加切削液的流量和壓力 采用特殊噴嘴采用特殊噴嘴 采用多孔性砂輪采用多孔性砂輪 比較有效的冷卻方法比較有效的冷卻方法 將切削液將切削液 大量地噴大量地噴 注在已經(jīng)注在已經(jīng) 離開(kāi)磨削離開(kāi)磨削 區(qū)的工件區(qū)的工件 表面上。表面上。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 四、提高和改善零件表面層的物理力學(xué)性能的措施四、提高和改善零件表面層的物理力學(xué)性能的措施 因此，最終工序加工方法的選擇，須考慮零件的具體因此，最終工序加工方法的選擇，須考慮零件的具體 工作條件及零件可能產(chǎn)生的破壞形式。工作條件及零件可能產(chǎn)生的破壞形式。 (

18、 (一一) )零件破壞形式和最終工序的選擇零件破壞形式和最終工序的選擇 一般來(lái)說(shuō)，零件表面殘余應(yīng)力的數(shù)值及性質(zhì)主要取決一般來(lái)說(shuō)，零件表面殘余應(yīng)力的數(shù)值及性質(zhì)主要取決 于零件最終工序加工方法的選擇。于零件最終工序加工方法的選擇。 1 1疲勞破壞疲勞破壞 2 2滑動(dòng)磨損滑動(dòng)磨損 3 3滾動(dòng)磨損滾動(dòng)磨損 零件破壞形式零件破壞形式 零件表面層金屬的殘零件表面層金屬的殘 余應(yīng)力將直接影響機(jī)余應(yīng)力將直接影響機(jī) 器零件的使用性能。器零件的使用性能。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，最終工序應(yīng)選從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮，最終工序應(yīng)選 擇能在加工表面產(chǎn)生殘

19、余壓應(yīng)力的加工方法。擇能在加工表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。 1. 1. 疲勞破壞疲勞破壞 機(jī)器零件表面上局機(jī)器零件表面上局 部 產(chǎn) 生 微 觀 裂 紋部 產(chǎn) 生 微 觀 裂 紋 在交變載荷在交變載荷 的 作 用 下的 作 用 下 拉應(yīng)力拉應(yīng)力 作用下作用下 原生裂原生裂 紋擴(kuò)大紋擴(kuò)大 導(dǎo)致零導(dǎo)致零 件破壞件破壞 滑動(dòng)摩擦的機(jī)械作用滑動(dòng)摩擦的機(jī)械作用 物理化學(xué)方面的綜合作用物理化學(xué)方面的綜合作用 2 2滑動(dòng)磨損滑動(dòng)磨損 指的是兩個(gè)零件作相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)面逐漸磨損的現(xiàn)象。指的是兩個(gè)零件作相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)面逐漸磨損的現(xiàn)象。 滑動(dòng)磨損機(jī)理滑動(dòng)磨損機(jī)理 粘接磨損粘接磨損 擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損 化學(xué)磨損化學(xué)磨損

20、 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 從提高零件抵抗滑動(dòng)摩擦引起的磨損考慮，最終工從提高零件抵抗滑動(dòng)摩擦引起的磨損考慮，最終工 序應(yīng)選擇能在加工表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的加工方法。序應(yīng)選擇能在加工表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的加工方法。 從抵抗粘接磨損、擴(kuò)散磨損、化學(xué)磨損考慮對(duì)殘余應(yīng)從抵抗粘接磨損、擴(kuò)散磨損、化學(xué)磨損考慮對(duì)殘余應(yīng) 力的性質(zhì)無(wú)特殊要求時(shí)，應(yīng)盡量減小表面殘余應(yīng)力值。力的性質(zhì)無(wú)特殊要求時(shí)，應(yīng)盡量減小表面殘余應(yīng)力值。 滑動(dòng)摩擦工作應(yīng)力分布如圖所示?；瑒?dòng)摩擦工作應(yīng)力分布如圖所示。 當(dāng)表面層的壓縮工作應(yīng)力超過(guò)當(dāng)表面層的壓縮工作應(yīng)力超過(guò) 材料的許用應(yīng)力時(shí)，將使表面層金屬磨材料的許用應(yīng)力時(shí)，將使表面

21、層金屬磨 損。損。 改善措施改善措施 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 3 3滾動(dòng)磨損滾動(dòng)磨損 指的是兩個(gè)零件作相對(duì)滾動(dòng)，滾動(dòng)面將逐漸磨損的現(xiàn)象。指的是兩個(gè)零件作相對(duì)滾動(dòng)，滾動(dòng)面將逐漸磨損的現(xiàn)象。 滾動(dòng)磨損來(lái)自滾動(dòng)磨損來(lái)自 滾動(dòng)摩擦的機(jī)械作用滾動(dòng)摩擦的機(jī)械作用 物理化學(xué)方面物理化學(xué)方面 綜合作用綜合作用 從提高零件抵抗?jié)L動(dòng)摩擦引起的從提高零件抵抗?jié)L動(dòng)摩擦引起的 磨損考慮，最終工序應(yīng)選擇能在表面層下磨損考慮，最終工序應(yīng)選擇能在表面層下 深深h h處產(chǎn)生壓應(yīng)力的加工方法。處產(chǎn)生壓應(yīng)力的加工方法。 滾動(dòng)磨損的決定性因素滾動(dòng)磨損的決定性因素 是表面層下深是表面層下深h h處的最大拉應(yīng)力。處

22、的最大拉應(yīng)力。 最終工序加工方法的選擇可參考下表最終工序加工方法的選擇可參考下表 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 各種加工方法在工件表面殘留的內(nèi)應(yīng)力情況。各種加工方法在工件表面殘留的內(nèi)應(yīng)力情況。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 ( (二二) )表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝 由前述可知，表面質(zhì)量尤其是表面層的物理力學(xué)性能，由前述可知，表面質(zhì)量尤其是表面層的物理力學(xué)性能， 對(duì)零件的使用性能及壽命影響很大，如果最終工序不能保證零對(duì)零件的使用性能及壽命影響很大，如果最終工序不能保證零 件表面獲得預(yù)期的表面質(zhì)量要求，則可在工藝過(guò)程中增設(shè)表面件表面獲得預(yù)期的表面質(zhì)量要求，則可在工藝

23、過(guò)程中增設(shè)表面 強(qiáng)化工序，以改善表面性能。強(qiáng)化工序，以改善表面性能。 表面強(qiáng)化工藝是指通過(guò)冷壓加工方法使表面層金屬表面強(qiáng)化工藝是指通過(guò)冷壓加工方法使表面層金屬 發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并 在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，應(yīng)在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，應(yīng) 用廣泛。用廣泛。 噴九強(qiáng)化噴九強(qiáng)化 滾壓加工滾壓加工 液體磨料強(qiáng)化等液體磨料強(qiáng)化等 表面強(qiáng)化常用工藝方法表面強(qiáng)化常用工藝方法 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 1 1噴九強(qiáng)化噴九強(qiáng)化 利用壓縮空氣或離心力將大

24、量的珠丸利用壓縮空氣或離心力將大量的珠丸( (直徑為直徑為0.40.4 4mm)4mm)以高速打以高速打 擊被加工零件表面，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可以顯著提高零件的擊被加工零件表面，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可以顯著提高零件的 疲勞強(qiáng)度。珠丸可以是鑄鐵或砂石，鋼丸更好。噴丸所用設(shè)備是壓縮空氣噴疲勞強(qiáng)度。珠丸可以是鑄鐵或砂石，鋼丸更好。噴丸所用設(shè)備是壓縮空氣噴 丸裝置或機(jī)械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以丸裝置或機(jī)械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以3535 50m50ms s的速度噴的速度噴 出。出。 珠丸珠丸( (直徑為直徑為 0.40.4 4mm)4mm) 高速高速(35(3

25、5 50 50 m/s)m/s)打擊被加打擊被加 工 零 件 表 面工 零 件 表 面 使表面產(chǎn)生冷硬使表面產(chǎn)生冷硬 層和殘余壓應(yīng)力層和殘余壓應(yīng)力 應(yīng)用應(yīng)用 噴九加工主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜的零件，如齒輪、連桿、噴九加工主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜的零件，如齒輪、連桿、 曲軸等。零件經(jīng)噴九強(qiáng)化后，硬化層深度可達(dá)曲軸等。零件經(jīng)噴九強(qiáng)化后，硬化層深度可達(dá)0.7mm0.7mm，表面租糙度，表面租糙度 RaRa值可由值可由3.2 3.2 減少到減少到0.4 0.4 ，使用壽命可提高幾倍到幾，使用壽命可提高幾倍到幾 十倍。十倍。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 2 2滾壓加工滾壓加工 利用淬硬的滾壓工

26、具利用淬硬的滾壓工具( (滾輪或滾珠滾輪或滾珠) )在常在常 溫下對(duì)工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，工溫下對(duì)工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，工 件表面上原有的波峰被填充到相鄰的波谷中，以減件表面上原有的波峰被填充到相鄰的波谷中，以減 小表面粗糙度值，并使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)小表面粗糙度值，并使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng) 力，從而提高零件的承裁能力和疲勞強(qiáng)度。力，從而提高零件的承裁能力和疲勞強(qiáng)度。 F 方法方法 滾壓工具滾壓工具 波峰被填充到波峰被填充到 相鄰的波谷中相鄰的波谷中 表面產(chǎn)生冷硬層表面產(chǎn)生冷硬層 和 殘 余 壓 應(yīng) 力和 殘 余 壓 應(yīng) 力 滾壓可以加工外圓、孔、平面及成

27、形表面，通常在臥滾壓可以加工外圓、孔、平面及成形表面，通常在臥 式車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動(dòng)車床上進(jìn)行。式車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動(dòng)車床上進(jìn)行。 功效功效 表面層硬度一般可提高表面層硬度一般可提高2020 4040； 表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高3030 5050。 應(yīng)用應(yīng)用 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 滾壓加工應(yīng)用實(shí)例滾壓加工應(yīng)用實(shí)例 1. 1. 彈性外圓滾壓工具彈性外圓滾壓工具 彈簧主要用于控制壓力的大小彈簧主要用于控制壓力的大小 為了提高強(qiáng)化效率，為了提高強(qiáng)化效率， 可以采用雙排滾壓工可以采用雙排滾壓工 具，第一排滾珠直徑具，第一排滾珠直徑 較小，作粗加

28、工用，較小，作粗加工用， 第二排滾珠直徑較大，第二排滾珠直徑較大， 作精加工用。作精加工用。 2. 2. 孔滾壓工具孔滾壓工具 小滾珠作粗加工用小滾珠作粗加工用 大滾珠作精加工用大滾珠作精加工用 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 3 3液體磨料強(qiáng)化液體磨料強(qiáng)化 如圖所示，液體和磨料在如圖所示，液體和磨料在400 400 800kPa800kPa下，經(jīng)過(guò)噴嘴高速噴出，射向工件表下，經(jīng)過(guò)噴嘴高速噴出，射向工件表 面，借磨粒的沖擊作用，磨平工件表面的表面，借磨粒的沖擊作用，磨平工件表面的表 面粗糙度并碾壓金屬表面。面粗糙度并碾壓金屬表面。 液體磨料強(qiáng)化是利用液體和磨料的混合物強(qiáng)化工件表面

29、的方法。液體磨料強(qiáng)化是利用液體和磨料的混合物強(qiáng)化工件表面的方法。 方法方法 由于磨粒的沖擊和微量切削作用，使工件表面產(chǎn)生幾十由于磨粒的沖擊和微量切削作用，使工件表面產(chǎn)生幾十 微米的塑性變形層。加工后的工件表面層具有殘余壓應(yīng)力，提高微米的塑性變形層。加工后的工件表面層具有殘余壓應(yīng)力，提高 了工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度。了工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度。 效果效果 液體磨料強(qiáng)化工藝最宜于加工復(fù)雜型面，如鍛液體磨料強(qiáng)化工藝最宜于加工復(fù)雜型面，如鍛 摸、汽輪機(jī)葉片、螺旋槳、儀表零件和切削刀具等。摸、汽輪機(jī)葉片、螺旋槳、儀表零件和切削刀具等。 應(yīng)用應(yīng)用 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量

30、3.4 工藝系統(tǒng)的振動(dòng)工藝系統(tǒng)的振動(dòng) 1自由振動(dòng)自由振動(dòng) 2強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng) 3自激振動(dòng)自激振動(dòng) 一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象一、機(jī)械加工中的振動(dòng)現(xiàn)象 (一一) 機(jī)械振動(dòng)的分類機(jī)械振動(dòng)的分類 自由振動(dòng)指的是當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力作用而破壞了其平衡狀態(tài)后，系自由振動(dòng)指的是當(dāng)系統(tǒng)受到初始干擾力作用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)。統(tǒng)僅靠彈性恢復(fù)力來(lái)維持的振動(dòng)。 1自由振動(dòng)自由振動(dòng) 在切削過(guò)程中，加工材料硬度不均或工件表面有缺陷，都會(huì)引起自由在切削過(guò)程中，加工材料硬度不均或工件表面有缺陷，都會(huì)引起自由 振動(dòng)，但由于阻尼作用，振動(dòng)將迅速減弱，因而對(duì)機(jī)械加工影響不大。振動(dòng)，但由于阻尼作用

31、，振動(dòng)將迅速減弱，因而對(duì)機(jī)械加工影響不大。 振動(dòng)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率；振動(dòng)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率； 自由振動(dòng)將逐漸衰減。自由振動(dòng)將逐漸衰減。由于系統(tǒng)中總存在阻尼由于系統(tǒng)中總存在阻尼 特點(diǎn)特點(diǎn) 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 本節(jié)主要討論機(jī)械加本節(jié)主要討論機(jī)械加 工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)和工過(guò)程中強(qiáng)迫振動(dòng)和 自自激激振動(dòng)的規(guī)律。振動(dòng)的規(guī)律。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 既可指工藝系統(tǒng)以外既可指工藝系統(tǒng)以外 也可指工藝系統(tǒng)內(nèi)部由刀具和工件組成的切削系統(tǒng)也可指工藝系統(tǒng)內(nèi)部由刀具和工件組成的切削系統(tǒng) 2強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng) 由外界周期性激振力引起和維持的振動(dòng)。由外界周期性激振力引起和維

32、持的振動(dòng)。 外界外界 在在定條件下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維定條件下，由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力激發(fā)和維 持的一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)稱為自激振動(dòng)。持的一種穩(wěn)定的周期性振動(dòng)稱為自激振動(dòng)。 質(zhì)量、彈簧和阻尼以外質(zhì)量、彈簧和阻尼以外 3自激振動(dòng)自激振動(dòng) 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 (二二)振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響 (1)影響零件的表面質(zhì)量影響零件的表面質(zhì)量 振動(dòng)破壞了工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)破壞了工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)， 使工件與刀具的相對(duì)位置發(fā)生周期性的改變，因而振動(dòng)頻率低使工件與刀具的相對(duì)位置發(fā)生周期性的改變，因而振動(dòng)頻率低 時(shí)產(chǎn)生波度，振動(dòng)頻率高時(shí)

33、將增大表面粗糙度值。時(shí)產(chǎn)生波度，振動(dòng)頻率高時(shí)將增大表面粗糙度值。 (2)影響生產(chǎn)率影響生產(chǎn)率 為了避免發(fā)生振動(dòng)或減小振動(dòng)，有時(shí)不得不降為了避免發(fā)生振動(dòng)或減小振動(dòng)，有時(shí)不得不降 低切削用置，從而限制和影響生產(chǎn)率的提高。低切削用置，從而限制和影響生產(chǎn)率的提高。 (3)影響機(jī)床、夾具和刀具壽命影響機(jī)床、夾具和刀具壽命 振動(dòng)使刀具受到附加動(dòng)載荷，振動(dòng)使刀具受到附加動(dòng)載荷， 加速刀具磨損，有時(shí)甚至發(fā)生崩刃；同時(shí)振動(dòng)使機(jī)床、夾具等加速刀具磨損，有時(shí)甚至發(fā)生崩刃；同時(shí)振動(dòng)使機(jī)床、夾具等 零件的連接部分松動(dòng)，從而增大間隙，降低剛度和精度，縮短零件的連接部分松動(dòng)，從而增大間隙，降低剛度和精度，縮短 其使用壽命。

34、其使用壽命。 (4)振動(dòng)噪聲污染工作環(huán)境振動(dòng)噪聲污染工作環(huán)境 由于高頻振動(dòng)會(huì)發(fā)出刺耳的尖叫聲，由于高頻振動(dòng)會(huì)發(fā)出刺耳的尖叫聲， 造成噪聲污染，危害操作者的身心健康。造成噪聲污染，危害操作者的身心健康。 振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有很大影響，主要表現(xiàn)在振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有很大影響，主要表現(xiàn)在: 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 通常，機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工來(lái)講是十分通常，機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工來(lái)講是十分 有害的。有害的。 近來(lái)，對(duì)切削機(jī)理進(jìn)行研究得到這樣的觀點(diǎn)，即在切削過(guò)近來(lái)，對(duì)切削機(jī)理進(jìn)行研究得到這樣的觀點(diǎn)，即在切削過(guò) 程中，切屑不是根據(jù)刀尖與工件間的靜力學(xué)

35、關(guān)系形成，而是由程中，切屑不是根據(jù)刀尖與工件間的靜力學(xué)關(guān)系形成，而是由 連續(xù)地產(chǎn)生與一次沖擊破壞機(jī)理相類似的動(dòng)力學(xué)關(guān)系而形成的。連續(xù)地產(chǎn)生與一次沖擊破壞機(jī)理相類似的動(dòng)力學(xué)關(guān)系而形成的。 因此，有人利用振動(dòng)來(lái)更好地切削，如振動(dòng)磨削、振動(dòng)研拋、因此，有人利用振動(dòng)來(lái)更好地切削，如振動(dòng)磨削、振動(dòng)研拋、 超聲波加工等，都是利用振動(dòng)來(lái)提高表面質(zhì)量或生產(chǎn)率。超聲波加工等，都是利用振動(dòng)來(lái)提高表面質(zhì)量或生產(chǎn)率。 振動(dòng)的利用振動(dòng)的利用 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 二、強(qiáng)迫振動(dòng)二、強(qiáng)迫振動(dòng) 如其它機(jī)床或機(jī)器的振動(dòng)通如其它機(jī)床或機(jī)器的振動(dòng)通 過(guò)地基傳給正在進(jìn)行加工的過(guò)地基傳給正在進(jìn)行加工的 機(jī)床，引

36、起工藝系統(tǒng)振動(dòng)。機(jī)床，引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)。 1強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因 強(qiáng)迫振動(dòng)是由于機(jī)床外部和內(nèi)部振源的激振力所引發(fā)的振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)是由于機(jī)床外部和內(nèi)部振源的激振力所引發(fā)的振動(dòng)。 (1)系統(tǒng)外部的周期性激振力系統(tǒng)外部的周期性激振力 如齒輪嚙合時(shí)的沖擊、帶傳動(dòng)中的帶如齒輪嚙合時(shí)的沖擊、帶傳動(dòng)中的帶 厚不均或接頭不良、滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體厚不均或接頭不良、滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體 誤差、液壓系統(tǒng)中的沖擊現(xiàn)象以及往誤差、液壓系統(tǒng)中的沖擊現(xiàn)象以及往 復(fù)運(yùn)動(dòng)部件換向時(shí)的慣性力等，都會(huì)復(fù)運(yùn)動(dòng)部件換向時(shí)的慣性力等，都會(huì) 引起強(qiáng)迫振動(dòng)。引起強(qiáng)迫振動(dòng)。 (2)高速回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量高速回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量 不平衡引起的振動(dòng)不

37、平衡引起的振動(dòng) 如砂輪、齒輪、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、如砂輪、齒輪、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、 帶輪、聯(lián)軸器等旋轉(zhuǎn)件不平衡帶輪、聯(lián)軸器等旋轉(zhuǎn)件不平衡 產(chǎn)生離心力而引起強(qiáng)迫振動(dòng)。產(chǎn)生離心力而引起強(qiáng)迫振動(dòng)。 (3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運(yùn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷和往復(fù)運(yùn) 動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng) 有些加工方法如銑削、拉削及滾齒等，有些加工方法如銑削、拉削及滾齒等， 由于切削的不連續(xù)，導(dǎo)致切削力的周期由于切削的不連續(xù)，導(dǎo)致切削力的周期 性變化，引起強(qiáng)迫振動(dòng)。性變化，引起強(qiáng)迫振動(dòng)。 (4)切削過(guò)程的間歇性切削過(guò)程的間歇性 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 2強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特性強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特

38、性 工藝系統(tǒng)是多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，振動(dòng)形態(tài)非常復(fù)雜。要精工藝系統(tǒng)是多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，振動(dòng)形態(tài)非常復(fù)雜。要精 確地描述和解決多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)是很困難的，但就其某一確地描述和解決多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)是很困難的，但就其某一 特定的自由度而言，其振動(dòng)特性與相應(yīng)頻率的單自由度振動(dòng)可特定的自由度而言，其振動(dòng)特性與相應(yīng)頻率的單自由度振動(dòng)可 簡(jiǎn)化為單自由度系統(tǒng)來(lái)分析。簡(jiǎn)化為單自由度系統(tǒng)來(lái)分析。 如圖，在加工中磨頭受周期性變?nèi)鐖D，在加工中磨頭受周期性變 化的干擾力產(chǎn)生擾動(dòng)，由于磨頭系統(tǒng)化的干擾力產(chǎn)生擾動(dòng)，由于磨頭系統(tǒng) 的剛度遠(yuǎn)比工件的剛度低，故可把磨的剛度遠(yuǎn)比工件的剛度低，故可把磨 削系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)單自由度系

39、統(tǒng)。削系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)單自由度系統(tǒng)。 以內(nèi)圓磨削為例以內(nèi)圓磨削為例 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 m的受力情況的受力情況 如圖如圖c所示，作用在所示，作用在m上的力有：與位移上的力有：與位移 成正比的彈性恢復(fù)力成正比的彈性恢復(fù)力kx，與運(yùn)動(dòng)速度成正比的粘性阻尼力，與運(yùn)動(dòng)速度成正比的粘性阻尼力 x ，簡(jiǎn)諧激振力，簡(jiǎn)諧激振力Fsint ，則該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為：，則該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為： 磨頭簡(jiǎn)化為一個(gè)等效質(zhì)磨頭簡(jiǎn)化為一個(gè)等效質(zhì) 量量m；把質(zhì)量；把質(zhì)量m支承在支承在 剛度為剛度為k的等效彈簧上；的等效彈簧上； 系統(tǒng)中存在的阻尼系統(tǒng)中存在的阻尼相相 當(dāng)于與等效彈簧并聯(lián)當(dāng)于與等效彈簧并聯(lián)

40、 ； 作用在作用在m上的交變力假上的交變力假 設(shè)為簡(jiǎn)諧激振力設(shè)為簡(jiǎn)諧激振力Fsint。 這樣就可以得到單自由度系統(tǒng)典型的動(dòng)力學(xué)模型，如圖這樣就可以得到單自由度系統(tǒng)典型的動(dòng)力學(xué)模型，如圖b所示。所示。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 第一項(xiàng)第一項(xiàng)(通解通解)為有阻尼的自由為有阻尼的自由 振動(dòng)過(guò)程，如圖振動(dòng)過(guò)程，如圖a所示，經(jīng)過(guò)一段所示，經(jīng)過(guò)一段 時(shí)間后，這部分振動(dòng)衰減為零。時(shí)間后，這部分振動(dòng)衰減為零。 第二項(xiàng)第二項(xiàng)(特解特解)如圖如圖b所示，是圓所示，是圓 頻率等于激振圓頻率的強(qiáng)迫振動(dòng)。頻率等于激振圓頻率的強(qiáng)迫振動(dòng)。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 圖圖c為兩種解疊加

41、后的振動(dòng)過(guò)為兩種解疊加后的振動(dòng)過(guò) 程。可以看到經(jīng)歷過(guò)渡過(guò)程以后，程?？梢钥吹浇?jīng)歷過(guò)渡過(guò)程以后， 強(qiáng)迫振動(dòng)是穩(wěn)定的振動(dòng)過(guò)程。進(jìn)強(qiáng)迫振動(dòng)是穩(wěn)定的振動(dòng)過(guò)程。進(jìn) 入穩(wěn)態(tài)后的振動(dòng)方程為：入穩(wěn)態(tài)后的振動(dòng)方程為： 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 振動(dòng)本身也不能使激振力變化。振動(dòng)本身也不能使激振力變化。 (2)強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振 力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻 率無(wú)關(guān)。率無(wú)關(guān)。 (3)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅 值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 有關(guān)。有關(guān)。 強(qiáng)迫振動(dòng)的特

42、性是：強(qiáng)迫振動(dòng)的特性是： (1)強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉， 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 三、自激振動(dòng)三、自激振動(dòng) 切削加工時(shí)，在沒(méi)有周期性外力作用的情況下，有時(shí)刀具切削加工時(shí)，在沒(méi)有周期性外力作用的情況下，有時(shí)刀具 與工件之間也可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，并在工件的加工表面與工件之間也可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的相對(duì)振動(dòng)，并在工件的加工表面 上殘留下明顯的、有規(guī)律的振紋。這種由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的上殘留下明顯的、有規(guī)律的振紋。這種由振動(dòng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的 交變力激發(fā)和維持的振動(dòng)稱為

43、自激振動(dòng)，通常也稱為顫振。交變力激發(fā)和維持的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)，通常也稱為顫振。 (一一)自激振動(dòng)的產(chǎn)生條件和特性自激振動(dòng)的產(chǎn)生條件和特性 處于切削過(guò)程處于切削過(guò)程 中的工藝系統(tǒng)中的工藝系統(tǒng) 作用作用 干擾力干擾力產(chǎn)生產(chǎn)生 自由振動(dòng)自由振動(dòng) 引起引起 刀具和工件相刀具和工件相 對(duì)位置的變化對(duì)位置的變化 切削力的波動(dòng)切削力的波動(dòng) 這變化這變化 又引起又引起 工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng) 產(chǎn)生振動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng) 導(dǎo)致導(dǎo)致 1、自激振動(dòng)的產(chǎn)生、自激振動(dòng)的產(chǎn)生 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 自激振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋?zhàn)钥叵到y(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)把持續(xù)自激振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋?zhàn)钥叵到y(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)把持續(xù) 作用的能源能量

44、轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔兞?duì)振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行激振，振動(dòng)系統(tǒng)作用的能源能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔兞?duì)振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行激振，振動(dòng)系統(tǒng) 的振動(dòng)又控制切削過(guò)程產(chǎn)生激振力，以反饋制約進(jìn)入振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)又控制切削過(guò)程產(chǎn)生激振力，以反饋制約進(jìn)入振動(dòng)系統(tǒng) 的能量。的能量。 組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)組成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)2、自激振動(dòng)的組成、自激振動(dòng)的組成 振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng)(工藝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(切削過(guò)程切削過(guò)程) 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 3、自激振動(dòng)的特性、自激振動(dòng)的特性 1)自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率，即由系統(tǒng)本身的自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率，即由系統(tǒng)本身的 參數(shù)所決定。參數(shù)所決定。 2)自

45、激振動(dòng)是由外部激振力的偶然觸發(fā)而產(chǎn)生的一種不衰減運(yùn)動(dòng)，自激振動(dòng)是由外部激振力的偶然觸發(fā)而產(chǎn)生的一種不衰減運(yùn)動(dòng)， 維持振動(dòng)所需的交變力是由振動(dòng)過(guò)程本身產(chǎn)生的，在切削過(guò)程中，維持振動(dòng)所需的交變力是由振動(dòng)過(guò)程本身產(chǎn)生的，在切削過(guò)程中， 停止切削運(yùn)動(dòng)，交變力也隨之消失，自激振動(dòng)也就停止。停止切削運(yùn)動(dòng)，交變力也隨之消失，自激振動(dòng)也就停止。 3)自激振動(dòng)能否產(chǎn)生和維持取決于每個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)攝入和消耗的自激振動(dòng)能否產(chǎn)生和維持取決于每個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)攝入和消耗的 能量。自激振動(dòng)系統(tǒng)維持穩(wěn)定振動(dòng)的條件是，在能量。自激振動(dòng)系統(tǒng)維持穩(wěn)定振動(dòng)的條件是，在個(gè)振動(dòng)周期個(gè)振動(dòng)周期 內(nèi)，從能源輸入到系統(tǒng)的能量?jī)?nèi)，從能源輸入到系統(tǒng)的

46、能量(E )等于系統(tǒng)阻尼所消耗的能量 等于系統(tǒng)阻尼所消耗的能量 (E )。如果吸收能量大于消耗能量，則振動(dòng)會(huì)不斷加強(qiáng)；如果 。如果吸收能量大于消耗能量，則振動(dòng)會(huì)不斷加強(qiáng)；如果 吸收能量小于消耗能量則振動(dòng)將不斷衰減而被抑制。吸收能量小于消耗能量則振動(dòng)將不斷衰減而被抑制。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 (二二)自激振動(dòng)的激振學(xué)說(shuō)自激振動(dòng)的激振學(xué)說(shuō) 切削過(guò)程中產(chǎn)生顫振的原因及機(jī)理很復(fù)雜，雖經(jīng)長(zhǎng)期研究，切削過(guò)程中產(chǎn)生顫振的原因及機(jī)理很復(fù)雜，雖經(jīng)長(zhǎng)期研究， 目前尚無(wú)一種能闡明各種情況下產(chǎn)生顫振的理論。目前尚無(wú)一種能闡明各種情況下產(chǎn)生顫振的理論。 1負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō)負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō) 2再生顫振

47、學(xué)說(shuō)再生顫振學(xué)說(shuō) 3坐標(biāo)聯(lián)系學(xué)說(shuō)坐標(biāo)聯(lián)系學(xué)說(shuō) 下面扼要介紹幾種比較公認(rèn)的學(xué)說(shuō)。下面扼要介紹幾種比較公認(rèn)的學(xué)說(shuō)。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 1負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō)負(fù)摩擦激振學(xué)說(shuō) 當(dāng)?shù)毒哂捎谂既辉虍a(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，它當(dāng)?shù)毒哂捎谂既辉虍a(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，它 將在平衡位置將在平衡位置y0附近作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刀具與附近作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刀具與 工件相對(duì)趨近時(shí)稱為切入（圖工件相對(duì)趨近時(shí)稱為切入（圖b中的中的ABC 段段)，相對(duì)脫離時(shí)稱為切出，相對(duì)脫離時(shí)稱為切出(圖圖b中的中的CDA 段段)。切人與切出時(shí)的最大和最小滑動(dòng)速度。切人與切出時(shí)的最大和最小滑動(dòng)速度 分別為、分別為、 和和 ，它們各自對(duì)應(yīng)的徑，它們各自對(duì)

48、應(yīng)的徑 向切削分力分別為向切削分力分別為Fy1和和Fy2。 以車削加工為例以車削加工為例 將切削模型簡(jiǎn)化為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。將切削模型簡(jiǎn)化為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。 刀具刀具等效質(zhì)量等效質(zhì)量m、只作、只作y方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。 刀架等系統(tǒng)刀架等系統(tǒng)剛度剛度k。 建立模型建立模型 依據(jù)：負(fù)摩擦特性依據(jù)：負(fù)摩擦特性 負(fù)摩擦特性曲線負(fù)摩擦特性曲線 切削力隨滑動(dòng)速度的增加而下降的特性。切削力隨滑動(dòng)速度的增加而下降的特性。 負(fù)摩擦特性負(fù)摩擦特性 用能量關(guān)系說(shuō)明顫振的產(chǎn)生用能量關(guān)系說(shuō)明顫振的產(chǎn)生 穩(wěn)定切削時(shí)：刀尖處于穩(wěn)定切削時(shí)：刀尖處于y0位置，刀位置，刀 具和切屑的相對(duì)滑動(dòng)速度為具和切屑的相對(duì)滑動(dòng)速度為v1。

49、 yv1 yv1 F出 出 F入 入 刀具作往復(fù)運(yùn)動(dòng)刀具作往復(fù)運(yùn)動(dòng) 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 在切入的半個(gè)周期中，刀具在切入的半個(gè)周期中，刀具 運(yùn)動(dòng)方向與徑向切削分力運(yùn)動(dòng)方向與徑向切削分力Fy的方的方 向向(切屑流出方向切屑流出方向)相反，故切屑相反，故切屑 對(duì)刀具做負(fù)功；對(duì)刀具做負(fù)功； 在切出的半個(gè)周期中，切屑在切出的半個(gè)周期中，切屑 對(duì)刀具做正功。對(duì)刀具做正功。 振動(dòng)的形成振動(dòng)的形成 由圖由圖b右下角可知，正功大于負(fù)功，其差值即為橢圓的面積。右下角可知，正功大于負(fù)功，其差值即為橢圓的面積。 此即為一個(gè)振動(dòng)周期中系統(tǒng)所獲得的能量補(bǔ)充，因而使振動(dòng)得此即為一個(gè)振動(dòng)周期中系統(tǒng)所

50、獲得的能量補(bǔ)充，因而使振動(dòng)得 以維持。以維持。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 2再生顫振學(xué)說(shuō)再生顫振學(xué)說(shuō) 在切削加工中，由于刀具的進(jìn)給量一般不大，而刀具的副在切削加工中，由于刀具的進(jìn)給量一般不大，而刀具的副 偏角又較小，因此，刀具必然與已切過(guò)的上一轉(zhuǎn)表面接觸，即偏角又較小，因此，刀具必然與已切過(guò)的上一轉(zhuǎn)表面接觸，即 產(chǎn)生重疊切削。產(chǎn)生重疊切削。 設(shè)砂輪寬度為設(shè)砂輪寬度為B，工件，工件 進(jìn)給量為進(jìn)給量為f，工件前后相鄰兩，工件前后相鄰兩 轉(zhuǎn)的磨削區(qū)有重疊部分，其轉(zhuǎn)的磨削區(qū)有重疊部分，其 大小用重疊系數(shù)表示：大小用重疊系數(shù)表示： 正交切削時(shí)：正交切削時(shí)： 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三

51、章機(jī)械加工表面質(zhì)量 在穩(wěn)定切削過(guò)程在穩(wěn)定切削過(guò)程 中，由于偶然的擾動(dòng)中，由于偶然的擾動(dòng) (如材料的硬疵點(diǎn)、加如材料的硬疵點(diǎn)、加 工余量不均勻或沖擊工余量不均勻或沖擊 等等)，工藝系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生，工藝系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生 一次自由振動(dòng)，并在一次自由振動(dòng)，并在 被加上表面上留下相被加上表面上留下相 應(yīng)的振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn)應(yīng)的振紋。當(dāng)工件轉(zhuǎn) 至下一轉(zhuǎn)時(shí)，由于切至下一轉(zhuǎn)時(shí)，由于切 削到重疊部分的振紋使切削厚度發(fā)生變化，從而引起切削力的周期改變，削到重疊部分的振紋使切削厚度發(fā)生變化，從而引起切削力的周期改變， 使刀具產(chǎn)生振動(dòng)，在加工表面留下新的振紋；這個(gè)振紋又影響到下一轉(zhuǎn)的使刀具產(chǎn)生振動(dòng)，在加工表面留下新的振紋；這個(gè)振紋

52、又影響到下一轉(zhuǎn)的 切削，從而引起持續(xù)的再生顫振。切削，從而引起持續(xù)的再生顫振。 再生顫振的產(chǎn)生過(guò)程再生顫振的產(chǎn)生過(guò)程 類似于加工精度中毛坯誤差的復(fù)映類似于加工精度中毛坯誤差的復(fù)映 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 四、機(jī)械加工中振動(dòng)的控制四、機(jī)械加工中振動(dòng)的控制 1、強(qiáng)迫振動(dòng)的診斷方法、強(qiáng)迫振動(dòng)的診斷方法 消除或減弱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的條件；消除或減弱產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的條件； 改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性；改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 采取各種消振減振裝置。采取各種消振減振裝置。 機(jī)械加工中控制振動(dòng)的途徑機(jī)械加工中控制振動(dòng)的途徑: (一一)消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫

53、振動(dòng)的條件消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件 診斷依據(jù)診斷依據(jù) 強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率相等或是它的整數(shù)倍。強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與激振力的頻率相等或是它的整數(shù)倍。 基本途徑基本途徑 測(cè)出振動(dòng)的頻率。測(cè)出振動(dòng)的頻率。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 較完善的方法：較完善的方法： 對(duì)機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率譜分析、功率對(duì)機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率譜分析、功率 譜中的尖峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率就是機(jī)床振動(dòng)的主要頻率。譜中的尖峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率就是機(jī)床振動(dòng)的主要頻率。 測(cè)定振動(dòng)頻率的方法測(cè)定振動(dòng)頻率的方法 簡(jiǎn)單方法：數(shù)出工件表面的波紋數(shù)，然后根據(jù)切削速度簡(jiǎn)單方法：數(shù)出工件表面的波紋數(shù)，然后根據(jù)切削速度 計(jì)算出振動(dòng)頻

54、率。計(jì)算出振動(dòng)頻率。 高轉(zhuǎn)速（高轉(zhuǎn)速（600rmin以上）零件必須進(jìn)行平衡以減小和消除激振力；如砂輪、以上）零件必須進(jìn)行平衡以減小和消除激振力；如砂輪、 卡盤、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子及刀盤等?？ūP、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子及刀盤等。 提高帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及其他傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如采用完善的帶提高帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及其他傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如采用完善的帶 接頭、以斜齒輪或人字齒輪代替直齒輪等；接頭、以斜齒輪或人字齒輪代替直齒輪等； 使動(dòng)力源與機(jī)床本體放在兩個(gè)分離的基礎(chǔ)上。使動(dòng)力源與機(jī)床本體放在兩個(gè)分離的基礎(chǔ)上。 2消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件消除或減弱產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的條件 1)減小激振力減小激振力 第三章機(jī)械加

55、工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 在選擇轉(zhuǎn)速時(shí)，盡可能使引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源的頻率避開(kāi)在選擇轉(zhuǎn)速時(shí)，盡可能使引起強(qiáng)迫振動(dòng)的振源的頻率避開(kāi) 共振區(qū)。使工藝系統(tǒng)部件在準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)或慣性區(qū)運(yùn)行，以免發(fā)生共振區(qū)。使工藝系統(tǒng)部件在準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)或慣性區(qū)運(yùn)行，以免發(fā)生 共振。共振。 2)調(diào)整振源頻率調(diào)整振源頻率 不論哪種方式，都是用彈性隔振裝置將需防振的機(jī)床或部不論哪種方式，都是用彈性隔振裝置將需防振的機(jī)床或部 件與振源之間分開(kāi)，使大部分振動(dòng)被吸收，從而達(dá)到減小振源件與振源之間分開(kāi)，使大部分振動(dòng)被吸收，從而達(dá)到減小振源 危害的目的，常用的隔振材料有橡皮、金屬?gòu)椈?、空氣彈簧、危害的目的，常用的隔振材料有橡皮、金屬?gòu)椈伞?/p>

56、空氣彈簧、 泡沫、乳膠、軟木、礦渣棉、木屑等。泡沫、乳膠、軟木、礦渣棉、木屑等。 3)采取隔振措施采取隔振措施 隔振方式隔振方式 主動(dòng)隔振主動(dòng)隔振 阻止機(jī)床振源通過(guò)地基外傳；阻止機(jī)床振源通過(guò)地基外傳； 被動(dòng)隔振被動(dòng)隔振 阻止外干擾力通過(guò)地基傳給機(jī)床。阻止外干擾力通過(guò)地基傳給機(jī)床。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 (二二)消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件消除或減弱產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件 切削進(jìn)給量和切削深度切削進(jìn)給量和切削深度 與振幅的關(guān)系曲線表明，與振幅的關(guān)系曲線表明， 選較大的進(jìn)給量和較小選較大的進(jìn)給量和較小 的切削深度有利于減小的切削深度有利于減小 振動(dòng)。振動(dòng)。 1、合理選擇切削用量、合理選擇切削用量 從切削速度與振幅的關(guān)系曲線，可從切削速度與振幅的關(guān)系曲線，可 看出在低速或高速切削時(shí)，振動(dòng)較小?？闯鲈诘退倩蚋咚偾邢鲿r(shí)，振動(dòng)較小。 第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量第三章機(jī)械加工表面質(zhì)量 2合理選擇刀具幾何參數(shù)合理選擇刀具幾何參數(shù) 刀具幾何參數(shù)中對(duì)振動(dòng)影響最大的是主偏角和前角。刀具幾何參數(shù)中對(duì)振動(dòng)影響最大的是主偏角和前角。 主偏角增大，則垂直于加工表面方向的切削分力減小，實(shí)主偏角增大，則垂直于加工表面方向的切削分力減小，實(shí) 際切削寬度減小，故不易產(chǎn)生自振。際切削寬度減小，故不易產(chǎn)