機(jī)械加工表面質(zhì)量正式PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械加工表面質(zhì)量正式機(jī)械加工表面質(zhì)量正式2第1頁(yè)/共38頁(yè)3 尺寸精度形狀精度位置精度（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）加工精度表面質(zhì)量表面幾何形狀精度表面缺陷層表層加工硬化表層金相組織變化表層殘余應(yīng)力圖1 加工質(zhì)量包含的內(nèi)容第2頁(yè)/共38頁(yè)4 表面質(zhì)量：機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。它分為兩個(gè)部分: 表面層的幾何形狀，包括零件宏觀幾何形狀誤差、波度、表面粗糙度 a）波度 b）表面粗糙度 圖8-2 零件加工表面的粗糙度與波度RZHRZ第3頁(yè)/共38頁(yè)5第4頁(yè)/共38頁(yè)6Ra（m）初始磨損量重載荷輕載荷圖8-2表面粗糙

2、度與初始磨損量表面粗糙度值 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8-2）紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好 見書p217圖8-3適當(dāng)硬化可提高耐磨性第5頁(yè)/共38頁(yè)7第6頁(yè)/共38頁(yè)8圖8-4 車削時(shí)殘留面積的高度（8-1）maxrrfRctgctg2max8fRr（8-2）,rrrkkf刀尖圓弧半徑主偏角副偏角進(jìn)給量frRm axvfrb）Rmaxfa）vfrr形成原因：幾何因素形成原因：幾何因素 、物理因素、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)、物理因素、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)第7頁(yè)/共38頁(yè)9圖8-5 切削45鋼時(shí)切削速

3、度與粗糙度關(guān)系1 001 20v（m/min）0204060801 40表面粗糙度Rz（m）481216202428收縮系數(shù)Ks1.52.02.53.0積屑瘤高度 h（m） 02 004 006 00hKsRz第8頁(yè)/共38頁(yè)10磨削機(jī)理磨削機(jī)理: 磨削的切削刃由無數(shù)砂粒組成，分布不均勻；磨削的切削刃由無數(shù)砂粒組成，分布不均勻； 大多數(shù)砂粒為負(fù)前角切削；大多數(shù)砂粒為負(fù)前角切削； 砂粒三種切削狀態(tài)砂粒三種切削狀態(tài): 彈性變形不形成切削屑彈性變形不形成切削屑 鈍化砂粒鈍化砂粒 塑性變形形成溝槽不形成切削屑塑性變形形成溝槽不形成切削屑 較鈍砂粒較鈍砂粒 塑性變形強(qiáng)烈形成切屑塑性變形強(qiáng)烈形成切屑 鋒利

4、的砂粒鋒利的砂粒 單位面積上的刻痕數(shù)愈多，刻痕的等高性好則粗糙度也愈小。單位面積上的刻痕數(shù)愈多，刻痕的等高性好則粗糙度也愈小。影響表面粗糙度的三個(gè)因素： 幾何因素幾何因素 物理因素物理因素 工藝系統(tǒng)的振動(dòng)工藝系統(tǒng)的振動(dòng)第9頁(yè)/共38頁(yè)11v 砂輪速度v，Rav 工件速度vw，Ra v 砂輪縱向進(jìn)給f，Ra v 磨削深度ap，Ra 圖8-6 磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.

5、51.0a）ap(mm)00 . 010.40.8Ra(m)00.20.60 . 020 . 030 . 04b） 圖8-7 光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)v光磨次數(shù)，Ra第10頁(yè)/共38頁(yè)12v 砂輪粒度，Ra；但要適量v 砂輪硬度適中， Ra ；常取中軟v 砂輪組織適中，Ra ；常取中等組織v 采用超硬砂輪材料，Ra v 砂輪精細(xì)修整， Ra v 工件材料v 冷卻潤(rùn)滑液等第11頁(yè)/共38頁(yè)13第12頁(yè)/共38頁(yè)14切削或磨削加工時(shí)，表面層金屬由于塑性變形使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格發(fā)生拉長(zhǎng)

6、，扭曲和破碎而得到強(qiáng)化。評(píng)價(jià)指標(biāo)：冷硬層的深度h和表面層的顯微硬度H,硬化程度N.取決因素：產(chǎn)生塑性變形的力，變形速度，變形時(shí)的溫度。完全強(qiáng)化與不完全強(qiáng)化；機(jī)械加工時(shí)的表面層的冷作硬化是強(qiáng)化作用和回復(fù)作用的綜合結(jié)果。0HNH 第13頁(yè)/共38頁(yè)15切削用量影響刀具影響00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)1 001 802 603 40硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)圖8-8 后刀面磨損對(duì)冷硬影響工件材料圖8-7 f 和 v 對(duì)冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/

7、min)100(m/min )50(m/min)1 002 003 004 00工件材料：45第14頁(yè)/共38頁(yè)16磨削用量砂輪工件材料圖8-9 磨削深度對(duì)冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00 . 253 003 504 505 004 000 . 500 . 75普通磨削高速磨削第15頁(yè)/共38頁(yè)17加工表面層的金相組織變化加工表面層的金相組織變化 熱變質(zhì)層熱變質(zhì)層 切削加工中由于切削熱的作用，加工表面層會(huì)產(chǎn)生金相組織變化。金相組織變化原因：加工區(qū)溫升達(dá)到一定值，出現(xiàn)金相組織變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂紋，既產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。切削加工中由于切削熱的作用，加工表面層會(huì)產(chǎn)生金相組

8、織變化。金相組織變化原因：加工區(qū)溫升達(dá)到一定值，出現(xiàn)金相組織變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂紋，既產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。第16頁(yè)/共38頁(yè)18磨削燒傷色磨削燒傷色 磨削燒傷后由于表層的氧化膜磨削燒傷后由于表層的氧化膜 按燒傷程度按燒傷程度顏色由淺到深顏色由淺到深黃黃褐褐紫紫青青淺黃淺黃退火燒傷退火燒傷：干磨削時(shí)，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，則表層硬度急劇下降，工件表層被退火。：干磨削時(shí)，磨削區(qū)溫度超過相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因工件冷卻緩慢，則表層硬度急劇下降，工件表層被退火。第17頁(yè)/共38頁(yè)19（1）冷態(tài)塑性變形）冷態(tài)塑性變形（2）熱態(tài)塑性變形）熱

9、態(tài)塑性變形 （3）金相組織變化）金相組織變化第18頁(yè)/共38頁(yè)20產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因：產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因：冷塑性變形影響冷塑性變形影響表層壓應(yīng)力、里層拉應(yīng)力表層壓應(yīng)力、里層拉應(yīng)力切削力切削力受拉應(yīng)力表層產(chǎn)生塑性變形伸長(zhǎng)表層面積增大里層彈性伸長(zhǎng)受拉應(yīng)力表層產(chǎn)生塑性變形伸長(zhǎng)表層面積增大里層彈性伸長(zhǎng)切削結(jié)束里層彈性變形要恢復(fù)受阻外層塑性變形區(qū)切削結(jié)束里層彈性變形要恢復(fù)受阻外層塑性變形區(qū)工件工件工件工件+-+o ooo加工時(shí)加工時(shí)加工后加工后由冷塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力由冷塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力里表第19頁(yè)/共38頁(yè)21熱塑性變形熱塑性變形表層受拉應(yīng)力、里層受壓應(yīng)力表層受拉應(yīng)力、里層受壓應(yīng)力切削溫度高切

10、削溫度高表層體積膨脹受阻基體，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，產(chǎn)生熱塑性變形表層體積膨脹受阻基體，產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，產(chǎn)生熱塑性變形切削結(jié)束溫度下降表層要收縮受里層阻止切削結(jié)束溫度下降表層要收縮受里層阻止工件工件工件工件-+o o+oo-加工時(shí)加工時(shí)加工后加工后由熱塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力由熱塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力第20頁(yè)/共38頁(yè)22機(jī)械加工以冷塑性變形為主機(jī)械加工以冷塑性變形為主 壓應(yīng)力壓應(yīng)力切削加工切削加工(溫度高溫度高)以熱塑性變形為主以熱塑性變形為主 拉應(yīng)力拉應(yīng)力磨削加工磨削加工熱塑性為主熱塑性為主 拉應(yīng)力拉應(yīng)力機(jī)械加工后是這三方面原因綜合作用的結(jié)果：機(jī)械加工后是這三方面原因綜合作用的結(jié)果：人們希望獲得表面人

11、們希望獲得表面殘余殘余壓應(yīng)力壓應(yīng)力，往往進(jìn)行表面，往往進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。強(qiáng)化處理。第21頁(yè)/共38頁(yè)23切削用量刀具工件材料圖8-11 f 對(duì)殘余應(yīng)力的影響工件：45，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應(yīng)力(Gpa)0.2000 . 2001 002 003004 00距離表面深度(m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r僅討論切削加工圖8-10 vc 對(duì)殘余應(yīng)力的影響0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液0501 001 50200距離表面深度(m)殘

12、余應(yīng)力(Gpa)-0.2000 . 20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min第22頁(yè)/共38頁(yè)24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8-12 帶空氣擋板冷卻噴嘴第23頁(yè)/共38頁(yè)258.4 8.4 控制加工表面質(zhì)量的工藝控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑途徑第24頁(yè)/共38頁(yè)26第25頁(yè)/共38頁(yè)27圖8-14 滾壓加工原理圖圖8-13 珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力 壓縮拉伸塑性變形區(qū)域第26頁(yè)/共38頁(yè)28第27頁(yè)/共38頁(yè)29v 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v 影響生產(chǎn)效率

13、 v 加速刀具磨損，易引起崩刃v 影響機(jī)床、夾具的使用壽命v 產(chǎn)生噪聲污染，危害操作者健康v 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)力來維持的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)。v 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。自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)第28頁(yè)/共38頁(yè)30v 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起v 強(qiáng)迫振動(dòng)振源：機(jī)外機(jī)內(nèi)。機(jī)外振源均通過地基把振動(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）切削過程中的沖擊v 頻率特征：與干擾力的頻率相同，或是干擾力頻率整倍數(shù)v 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

14、接近或等于工藝系統(tǒng)某一固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振v 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)。第29頁(yè)/共38頁(yè)31第30頁(yè)/共38頁(yè)32第31頁(yè)/共38頁(yè)33圖8-16 自激振動(dòng)系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ) B C能量EQEE0振幅電動(dòng)機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動(dòng)位移X(t)圖8-15 自激振動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）第32頁(yè)/共38頁(yè)34調(diào)整振動(dòng)系統(tǒng)小剛度主軸的位置（圖8-19）式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率x2x2x1x1x1x1x2x2圖8-19 兩種尾座結(jié)構(gòu)0.25nfff（7-33）第33頁(yè)/共38頁(yè)35減小切削或磨削時(shí)的重疊系數(shù)（圖8-20）圖8-20 重疊系數(shù)apfaB振動(dòng)方向XDfbbda）切削b）磨削rr，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。 dabBfbB（切削）（磨削）（8-3）第34頁(yè)/共38頁(yè)36v 減小重疊系數(shù)方法