機(jī)械加工質(zhì)量

1、第二章 機(jī)械加工表面質(zhì)量第一節(jié)概述評(píng)價(jià)零件是否合格的質(zhì)量指標(biāo)除了機(jī)械加工精度外，還有機(jī)械加工表面質(zhì)量。機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后的表面層狀態(tài)。探討和研究機(jī)械加工表面，掌握機(jī)械加工過(guò)程中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律，對(duì)于保證和提高產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的意 義。一機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義機(jī)械加工表面質(zhì)量又稱(chēng)為表面完整性，其含義包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：1 表面層的幾何形狀特征表面層的幾何形狀特征如圖 3-1所示，主要由以下幾部分組成：表面粗糙度 它是指加工表面上較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，即加工表面的微觀幾何形狀誤差，其評(píng)定參數(shù)主要有輪廓算術(shù)平均偏差Ra或輪廓微觀不平度十點(diǎn)平

2、均高度Rz； 表面波度 它是介于宏觀形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性形狀誤差，它 主要是由機(jī)械加工過(guò)程中低頻振動(dòng)引起的，應(yīng)作為工藝缺陷設(shè)法消除。表面加工紋理 它是指表面切削加工刀紋的形狀和方向，取決于表面形成過(guò)程中所采 用的機(jī)加工方法及其切削運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 傷痕 它是指在加工表面?zhèn)€別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕、劃痕等，它 們大多隨機(jī)分布。圖3-1表面幾何特征的組成2 .表面層的物理力學(xué)性能表面層的物理力學(xué)性能主要指以下三個(gè)方面的內(nèi)容： 表面層的加工冷作硬化； 表面層金相組織的變化； 表面層的殘余應(yīng)力。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)零件耐磨性的影響零件的耐磨性是零件的一

3、項(xiàng)重要性能指標(biāo)，當(dāng)摩擦副的材料、潤(rùn)滑條件和加工精度確定 之后，零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性將起著關(guān)鍵性的作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當(dāng) 兩個(gè)零件的表面開(kāi)始接觸時(shí)，接觸部分集中在其波峰的頂部，因此實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于名 義接觸面積，并且表面粗糙度越大，實(shí)際接觸面積越小。在外力作用下，波峰接觸部分將產(chǎn) 生很大的壓應(yīng)力。當(dāng)兩個(gè)零件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)始階段由于接觸面積小、壓應(yīng)力大，在接觸 處的波峰會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形、塑性變形及剪切變形，波峰很快被磨平，即使有潤(rùn)滑油存 在，也會(huì)因?yàn)榻佑|點(diǎn)處壓應(yīng)力過(guò)大，油膜被破壞而形成干摩擦，導(dǎo)致零件接觸表面的磨損加 劇。當(dāng)然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度過(guò)小

4、，接觸表面間儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的能力 變差，接觸表面容易發(fā)生分子膠合、咬焊，同樣也會(huì)造成磨損加劇。表面層的冷作硬化可使表面層的硬度提高，增強(qiáng)表面層的接觸剛度，從而降低接觸處的 彈性、塑性變形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度過(guò)大，表面層金屬組織會(huì)變脆，出現(xiàn) 微觀裂紋，甚至?xí)菇饘俦砻娼M織剝落而加劇零件的磨損。2表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度對(duì)承受交變載荷的零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙 度波谷處容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。并且表面粗糙度越大，表面劃痕越深，其抗疲 勞破壞能力越差。表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度影響也很大。當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，能延緩 疲勞裂紋的產(chǎn)生

5、、擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度；當(dāng)表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，零件則容易引 起晶間破壞，產(chǎn)生表面裂紋而降低其疲勞強(qiáng)度。表面層的加工硬化對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度也有影響。適度的加工硬化能阻止已有裂紋的擴(kuò)展 和新裂紋的產(chǎn)生，提高零件的疲勞強(qiáng)度；但加工硬化過(guò)于嚴(yán)重會(huì)使零件表面組織變脆，容易 出現(xiàn)裂紋，從而使疲勞強(qiáng)度降低。3表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響很大。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚 腐蝕性介質(zhì)而使零件發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)零件的耐腐蝕性能也有影響。殘余壓應(yīng)力使表面組織致密，腐蝕性介質(zhì) 不易侵入，有助于提高表面的耐腐蝕能力；殘余拉應(yīng)力的對(duì)零件耐腐蝕性

6、能的影響則相反。4表面質(zhì)量對(duì)零件間配合性質(zhì)的影響 相配零件間的配合性質(zhì)是由過(guò)盈量或間隙量來(lái)決定的。在間隙配合中，如果零件配合表 面的粗糙度大，則由于磨損迅速使得配合間隙增大，從而降低了配合質(zhì)量，影響了配合的穩(wěn) 定性；在過(guò)盈配合中，如果表面粗糙度大，則裝配時(shí)表面波峰被擠平，使得實(shí)際有效過(guò)盈量 減少，降低了配合件的聯(lián)接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。因此，對(duì)有配合要求的表面應(yīng)規(guī)定 較小的表面粗糙度值。在過(guò)盈配合中，如果表面硬化嚴(yán)重，將可能造成表面層金屬與內(nèi)部金屬脫落的現(xiàn)象，從 而破壞配合性質(zhì)和配合精度。表面層殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件的形狀、尺寸發(fā)生改 變，因此它也將影響配合性質(zhì)和配合精度。5表面質(zhì)

7、量對(duì)零件其他性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)零件的使用性能還有一些其他影響。如對(duì)間隙密封的液壓缸、滑閥來(lái)說(shuō)，減 小表面粗糙度 Ra 可以減少泄漏、提高密封性能；較小的表面粗糙度可使零件具有較高的接觸 剛度；對(duì)于滑動(dòng)零件，減小表面粗糙度Ra 能使摩擦系數(shù)降低、運(yùn)動(dòng)靈活性增高，減少發(fā)熱和功率損失；表面層的殘余應(yīng)力會(huì)使零件在使用過(guò)程中繼續(xù)變形，失去原有的精度，機(jī)器工作 性能惡化等?？傊?，提高加工表面質(zhì)量，對(duì)于保證零件的的性能、提高零件的使用壽命是十分重要的。第二節(jié) 影響表面質(zhì)量的工藝因素一 影響機(jī)械加工表面粗糙度的因素及降低表面粗糙度的工藝措施1.影響切削加工表面粗糙度的因素在切削加工中，影響已加工表面粗糙度

8、的因素主要包括幾何因素、物理因素和加工中工 藝系統(tǒng)的振動(dòng)。下面以車(chē)削為例來(lái)說(shuō)明。幾何因素切削加工時(shí)表面粗糙度的值主要取決于切削面積的殘留高度。下面兩式為 車(chē)削時(shí)殘留面積高度的計(jì)算公式：當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑r =0時(shí)，殘留面積高度 H為Hf( 31)ctgkr ctgkr當(dāng)?shù)都鈭A弧rp 0時(shí)，殘留面積高度 H為H (3 2)8-從上面兩式可知，進(jìn)給量 f、主偏角kr、副偏角kr'和刀尖圓弧半徑r e對(duì)切削加工表面粗糙 度的影響較大。減小進(jìn)給量 f、減小主偏角kr和副偏角kr'增大刀尖圓弧半徑都能減小殘留面積的高度 H，也就減小了零件的表面粗糙度。物理因素 在切削加工過(guò)程中，刀具對(duì)工件的

9、擠壓和摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形， 引起原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大表面粗糙度。當(dāng)采用中等或中等偏低的切削速度 切削塑性材料時(shí)，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤，它可以代替刀具進(jìn)行切削，但狀 態(tài)極不穩(wěn)定，積屑瘤生成、長(zhǎng)大和脫落將嚴(yán)重影響加工表面的表面粗糙度值。另外，在切削 過(guò)程中由于切屑和前刀面的強(qiáng)烈摩擦作用以及撕裂現(xiàn)象，還可能在加工表面上產(chǎn)生鱗刺，使 加工表面的粗糙度增加。動(dòng)態(tài)因素一一振動(dòng)的影響在加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，即在刀具與工件間出現(xiàn)的除切削運(yùn)動(dòng)之外的另一種周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)使加工表面出現(xiàn)波紋， 增大加工表面的粗糙度，強(qiáng)烈的振動(dòng)還會(huì)使切削無(wú)法繼續(xù)下去。除

10、上述因素外，造成已加工表面粗糙不平的原因還有被切屑拉毛和劃傷等。2.減小表面粗糙度的工藝措施在精加工時(shí)，應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量f、較小的主偏角kr和副偏角kJ、較大的刀尖圓弧半徑以得到較小的表面粗糙度。加工塑性材料時(shí)，采用較高的切削速度可防止積屑瘤的產(chǎn)生，減小表面粗糙度。 根據(jù)工件材料、 加工要求， 合理選擇刀具材料， 有利于減小表面粗糙度。 適當(dāng)?shù)脑龃蟮毒咔敖呛腿袃A角，提高刀具的刃磨質(zhì)量，降低刀具前、后刀面的表面粗 糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。 對(duì)工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以?xì)化晶粒，均勻晶粒組織，可減小表面粗糙度。 選擇合適的切削液，減小切削過(guò)程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，減小切削變形

11、， 抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，可以大大關(guān)小表面粗糙度。二 影響表面物理力學(xué)性能的工藝因素1表面層殘余應(yīng)力 外載荷去除后，仍殘存在工件表層與基體材料交界處的相互平衡的應(yīng)力稱(chēng)為殘余應(yīng)力。產(chǎn)生表面殘余應(yīng)力的原因主要有： 冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力 切削加工時(shí)，加工表面在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的 塑性變形，表層金屬的比容增大，體積膨脹，但受到與它相連的里層金屬的阻止，從而在表 層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。當(dāng)?shù)毒咴诒患庸け砻嫔锨谐饘贂r(shí)，由于 受后刀面的擠壓和摩擦作用，表層金屬纖維被嚴(yán)重拉長(zhǎng)，仍會(huì)受到里層金屬的阻止，而在表 層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)

12、力 切削加工時(shí)，大量的切削熱會(huì)使加工表面產(chǎn)生熱膨 脹，由于基體金屬的溫度較低，會(huì)對(duì)表層金屬的膨脹產(chǎn)生阻礙作用，因此表層產(chǎn)生熱態(tài)壓應(yīng) 力。當(dāng)加工結(jié)束后，表層溫度下降要進(jìn)行冷卻收縮，但受到基體金屬阻止，從而在表層產(chǎn)生 殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 如果在加工中工件表層溫度超過(guò)金相組織的轉(zhuǎn)變溫 度，則工件表層將產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，表層金屬的比容將隨之發(fā)生變化，而表層金屬的這種比容 變化必然會(huì)受到與之相連的基體金屬的阻礙，從而在表層、里層產(chǎn)生互相平衡的殘余應(yīng)力。 例如在磨削淬火鋼時(shí)，由于磨削熱導(dǎo)致表層可能產(chǎn)生回火，表層金屬組織將由馬氏體轉(zhuǎn)變成 接近珠光體的屈氏體或索氏體，密度

13、增大，比容減小，表層金屬要產(chǎn)生相變收縮但會(huì)受到基 體金屬的阻止，而在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。如果磨削時(shí)表層 金屬的溫度超過(guò)相變溫度，且冷卻以充分，表層金屬將成為淬火馬氏體，密度減小，比容增 大，則表層將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。2 .表面層加工硬化加工硬化的產(chǎn)生及衡量指標(biāo)機(jī)械加工過(guò)程中，工件表層金屬在切削力的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，金屬的晶格扭曲，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至破碎而引起表層金屬的強(qiáng)度和 硬度增加，塑性降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化(或冷作硬化)。另外，加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)使得工件表層金屬溫度升高，當(dāng)升高到一定程度時(shí)，會(huì)使得已強(qiáng)化的金屬回復(fù)到正常狀

14、 態(tài)，失去其在加工硬化中得到的物理力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為軟化。因此，金屬的加工硬化 實(shí)際取決于硬化速度和軟化速度的比率。評(píng)定加工硬化的指標(biāo)有下列三項(xiàng)： 表面層的顯微硬度 HV ; 硬化層深度h ( m); 硬化程度NHV - HV0N0(33)HVo式中：HV 金屬原來(lái)的顯微硬度。影響加工硬化的因素 切削用量的影響力切削用量中進(jìn)給量和切削速度對(duì)加工硬化的影響較大。增大進(jìn)給量，切削力隨之增大，表層金屬的塑性變形程度增大，加工硬化程度增大；增大切削速度， 刀具對(duì)工件的作用時(shí)間減少，塑性變形的擴(kuò)展深度減小，故而硬化層深度減小。另外，增大切削速度會(huì)使切削區(qū)溫度升高，有利于減少加工硬化。 刀具幾何形狀的

15、影響刀刃鈍圓半徑對(duì)加工硬化影響最大。實(shí)驗(yàn)證明，已加工表面的顯微硬度隨著刀刃鈍圓半徑的加大而增大，這是因?yàn)閺较蚯邢鞣至?huì)隨著刀刃鈍圓半徑的增 大而增大，使得表層金屬的塑性變形程度加劇，導(dǎo)致加工硬化增大。此外，刀具磨損會(huì)使得 后刀面與工件間的摩擦加劇，表層的塑性變形增加，導(dǎo)致表面冷作硬化加大。加工材料性能的影響工件的硬度越低、塑性越好，加工時(shí)塑性變形越大，冷作硬化越嚴(yán)重。第三節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)零件的表面質(zhì)量的要求已越來(lái)越高。為了獲得合格零件，保證 機(jī)器的使用性能，人們一直在研究控制和提高零件表面質(zhì)量的途徑。提高表面質(zhì)量的工藝途 徑大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用低效率、高成本

16、的加工方法，尋求各工藝參數(shù)的優(yōu)化組合， 以減小表面粗糙度；另一類(lèi)是著重改善工件表面的物理力學(xué)性能，以提高其表面質(zhì)量。一、降低表面粗糙度的加工方法1超精密切削和低粗糙度磨削加工超精密切削加工超精密切削是指表面粗糙度為RaO.O4 m以下的切削加工方法。超精密切削加工最關(guān)鍵的問(wèn)題在于要在最后一道工序切削0.1 pm的微薄表面層，這就既要求刀具極其鋒利，刀具鈍圓半徑為納米級(jí)尺寸，又要求這樣的刀具有足夠的耐用度，以維持其鋒 利。目前只有金剛石刀具才能達(dá)到要求。超精密切削時(shí)，走刀量要小，切削速度要非常高， 才能保證工件表面上的殘留面積小，從而獲得極小的表面粗糙度。 小粗糙度磨削加工 為了簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，縮

17、短工序周期，有時(shí)用小粗糙度磨削替代光 整加工。小粗糙度磨削除要求設(shè)備精度高外，磨削用量的選擇最為重要。在選擇磨削用量時(shí)， 參數(shù)之間往往會(huì)相互矛盾和排斥。例如，為了減小表面粗糙度，砂輪應(yīng)修整得細(xì)一些，但如 此卻可能引起磨削燒傷；為了避免燒傷，應(yīng)將工件轉(zhuǎn)速加快，但這樣又會(huì)增大表面粗糙度， 而且容易引起振動(dòng)；采用小磨削用量有利于提高工件表面質(zhì)量，但會(huì)降低生產(chǎn)效率而增加生 產(chǎn)成本；而且工件材料不同其磨削性能也不一樣，一般很難憑手冊(cè)確定磨削用量，要通過(guò)試 驗(yàn)不斷調(diào)整參數(shù)，因而表面質(zhì)量較難準(zhǔn)確控制。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)磨削用量最優(yōu)化作了不少 研究，分析了磨削用量與磨削力、磨削熱之間的關(guān)系，并用圖表表示各參數(shù)的

18、最佳組合，加 上計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，通過(guò)指令進(jìn)行過(guò)程控制，使得小粗糙度磨削逐步達(dá)到了應(yīng)有的效果。2采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作為最終工序加工超精密加工、珩磨等都是利用磨條以一定壓力壓在加工表面上，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度為Ra0.4 m以下的表面加工。該加工工藝由于切削速度低、壓強(qiáng)小，所以發(fā)熱少，不易引起熱損傷，并能產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提 高零件的使用性能；而且加工工藝依靠自身定位，設(shè)備簡(jiǎn)單，精度要求不高，成本較低，容 易實(shí)行多工位、多機(jī)床操作，生產(chǎn)效率高，因而在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。珩磨 珩磨是利用珩磨工具對(duì)工件表面施加一定的壓力，同時(shí)珩磨工具還要相

19、對(duì)工件完成旋轉(zhuǎn)和直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。珩磨后工件圓度和圓柱度一般可控制在 0.0030.005mm，尺寸精度可達(dá)IT6IT5，表面粗糙度在 Ra0.20.025之間。珩磨工作原理如圖 3-2所示，它是利用安裝在珩磨頭圓周上的若干條細(xì)粒度油石，由漲開(kāi)機(jī)構(gòu)將油石沿徑向漲開(kāi)，使其壓向工件孔壁形成一定的接觸面，同時(shí)珩磨頭作回轉(zhuǎn)和軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔的低速磨削。油石上的磨粒在工件表面上留下的切削痕跡為交叉的且不重復(fù)的網(wǎng)紋，有利于潤(rùn)滑油的貯存和油膜的保持。（沿用吳拓主編機(jī)械制造工程（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社 2005年9月圖3- 36）圖3-2珩磨原理及磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡由于珩磨頭和

20、機(jī)床主軸是浮動(dòng)聯(lián)接，因此機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)工件的加工精度沒(méi)有 影響。因?yàn)殓衲ヮ^的軸線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)是以孔壁作導(dǎo)向的，即是按孔的軸線(xiàn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，故在珩 磨時(shí)不能修正孔的位置偏差，工件孔軸線(xiàn)的位置精度必須由前一道工序來(lái)保證。珩磨時(shí)，雖然珩磨頭的轉(zhuǎn)速較低，但其往復(fù)速度較高，參予磨削的磨粒數(shù)量大，因此能 很快地去除金屬，為了及時(shí)排出切屑和冷卻工件，必須進(jìn)行充分冷卻潤(rùn)滑。珩磨生產(chǎn)效率高， 可用于加工鑄鐵、淬硬或不淬硬鋼，但不宜加工易堵塞油石的韌性金屬。 超精加工 超精加工是用細(xì)粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤(rùn)滑條件下，以快 而短促的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行振動(dòng)研磨的一種微量磨削加工方法。超精加工

21、的工作原理如圖3-3所示，加工時(shí)有三種運(yùn)動(dòng)，即工件的低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、磨頭的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和油石的往復(fù)振動(dòng)。三種運(yùn)動(dòng)的合成使磨粒在工件表面上形成不重復(fù)的軌跡。 超精加工的切削過(guò)程與磨削、研磨不同，當(dāng)工件粗糙表面被磨去之后，接觸面積大大增加， 壓強(qiáng)極小，工件與油石之間形成油膜，二者不再直接接觸，油石能自動(dòng)停止切削。（沿用吳拓主編機(jī)械制造工程（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社 2005年9月圖3-37）圖3-3超精加工的工作原理超精加工的加工余量一般為310m,所以它難以修正工件的尺寸誤差及形狀誤差，也不能提高表面間的相互位置精度，但可以降低表面粗糙度值，能得到表面粗糙度為民0.10.01卩爼的表面。目前，超精加

22、工能加工各種不同材料，如鋼、鑄鐵、黃銅、鋁、陶瓷、玻璃、花崗 巖等，能加工外圓、內(nèi)孔、平面及特殊輪廓表面，廣泛用于對(duì)曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、 軸承、精密量?jī)x及電子儀器等精密零件的加工。研磨 研磨是利用研磨工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在研磨劑的作用下，對(duì)工件表面進(jìn)行 光整加工的一種加工方法。研磨可采用專(zhuān)用的設(shè)備進(jìn)行加工，也可采用簡(jiǎn)單的工具，如研磨 心棒、研磨套、研磨平板等對(duì)工件表面進(jìn)行手工研磨。研磨可提高工件的形狀精度及尺寸精 度，但不能提高表面位置精度，研磨后工件的尺寸精度可達(dá)0.001mm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.0250.006（imo現(xiàn)以手工研磨外圓為例說(shuō)明研磨的工作原理，如圖3-4所示，工件

23、支承在機(jī)床兩頂尖之間作低速旋轉(zhuǎn)，研具套在工件上，在研具與工件之間加入研磨劑，然后用手推動(dòng)研具作軸向 往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的研磨。研磨外圓所用的研具如圖3-5所示，其中圖a）為粗研套，孔內(nèi)有油槽可存研磨劑；圖 b）為精研套，孔內(nèi)無(wú)油槽。（沿用吳拓主編機(jī)械制造工程（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社 2005年9月圖3- 38）圖3-4在車(chē)床上研磨外圓（沿用吳拓主編機(jī)械制造工程（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社 2005年9月圖3- 39）圖3-5外圓研具研磨的適用范圍廣，既可加工金屬，又可加工非金屬，如光學(xué)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、塑料等；一般說(shuō)來(lái)，剛玉磨料適用于對(duì)碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼及鑄鐵的研磨，碳化 硅磨料和金

24、剛石磨料適用于對(duì)硬質(zhì)合金、硬鉻等高硬度材料的研磨。拋光 拋光是在布輪、布盤(pán)等軟性器具涂上拋光膏，利用拋光器具的高速旋轉(zhuǎn)，依靠拋光膏的機(jī)械刮擦和化學(xué)作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光澤的一種加工方法。拋光一般不去除加工余量，因而不能提高工件的精度，有時(shí)可能還會(huì)損壞已獲得的精度；拋光也不可 能減小零件的形狀和位置誤差。 工件表面經(jīng)拋光后，表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)有所減少。二、改善表面物理力學(xué)性能的加工方法如前所述，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，如果在最終工序 中不能保證零件表面獲得預(yù)期的表面質(zhì)量要求，則應(yīng)在工藝過(guò)程中增設(shè)表面強(qiáng)化工序來(lái)保證 零件的表面質(zhì)量。表面強(qiáng)化工藝包括化學(xué)

25、處理、電鍍和表面機(jī)械強(qiáng)化等幾種。這里僅討論機(jī) 械強(qiáng)化工藝問(wèn)題。機(jī)械強(qiáng)化是指通過(guò)對(duì)工件表面進(jìn)行冷擠壓加工，使零件表面層金屬發(fā)生冷 態(tài)塑性變形，從而提高其表面硬度并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的無(wú)屑光整加工方法。采用表 面強(qiáng)化工藝還可以降低零件的表面粗糙度值。這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，在生產(chǎn)中應(yīng)用十 分廣泛，用得最多的是噴丸強(qiáng)化和滾壓加工。1.噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為0.44mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。珠丸可以采用鑄鐵、砂石以及鋼 鐵制造。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 3550mm/s的

26、速度噴出。噴丸強(qiáng)化工藝可用來(lái)加工各種形狀的零件，加工后零件表面的硬化層深度可 達(dá)0.7 mm,表面粗糙度值 Ra可由3.2 m減小到0.4卩叫 使用壽命可提高幾倍甚至幾十倍。2 .滾壓加工滾壓加工是在常溫下通過(guò)淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對(duì)工件表面施加壓力，使其產(chǎn) 生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應(yīng)力，使零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度得以提高。滾壓加工可使表面粗糙度 Ra值從1.255叩減小到0.80.63肌 表面層硬度一般可提高20%40%,表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高30%50%。滾壓用的滾輪常用碳素工具鋼T12A或者

27、合金工具鋼CrWMn、Cr12、CrNiMn等材料制造，淬火硬度在 6264HRC ;或用硬質(zhì)合金 YG6、YT15等制成；其型面在裝配前需經(jīng)過(guò)粗磨，裝上滾壓工具后再進(jìn)行精磨。圖3-6為典型滾壓加工示意圖，圖3-7為外圓滾壓工具。圖3-6典型滾壓加工示意圖圖3-7外圓滾壓工具a）彈性滾壓工具b）剛性滾壓工具3 金剛石壓光金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國(guó)外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用。壓光后的零件表面粗糙度可達(dá)Ra0.40.02叩，耐磨性比磨削后的提高1.53倍，但比研磨后的低2040% ,而生產(chǎn)率卻比研磨高得多。金剛石壓光用的機(jī)床必須是高精度機(jī)床，它要求機(jī)床剛性好、抗振

28、性好，以免損壞金剛石。此外，它還要求機(jī)床主軸精度高，徑向跳 動(dòng)和軸向竄動(dòng)在 0.01mm以?xún)?nèi)，主軸轉(zhuǎn)速能在 25006000 r/min的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。機(jī)床主軸 運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)應(yīng)分離，以保證壓光的表面質(zhì)量。4 .液體磨料強(qiáng)化液體磨料強(qiáng)化是利用液體和磨料的混合物高速?lài)娚涞揭鸭庸け砻?，以?qiáng)化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度的一種工藝方法。如圖3-8所示，液體和磨料在400800Pa壓力下，經(jīng)過(guò)噴嘴高速?lài)姵?，射向工件表面，借磨粒的沖擊作用，碾壓加工表面，工件表面 產(chǎn)生塑性變形，變形層僅為幾十微米。加工后的工件表面具有殘余壓應(yīng)力，提高了工件的耐 磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度。（沿用吳拓主編機(jī)械

29、制造工程（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社 2005年9月圖3-40）圖3-8液體磨料噴射加工原理圖1壓氣瓶 2過(guò)濾器 3磨料室 4導(dǎo)管 5噴嘴 6集收器 7工件 8控制閥 9振動(dòng)器第四節(jié) 機(jī)械加工振動(dòng)對(duì)表面質(zhì)量的影響及其控制一、機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象及分類(lèi)1 .機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象及其對(duì)表面質(zhì)量的影響在機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)（人為地利用振動(dòng)來(lái)進(jìn)行加工服務(wù)的振動(dòng)車(chē)削、振動(dòng)磨削、振動(dòng)時(shí)效、超聲波加工等除外），即在刀具的切削刃與工件上正在切削的表面之間，除了名義上的切削運(yùn)動(dòng)之外，還會(huì)出現(xiàn)一種周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這是一種破壞正常 切削運(yùn)動(dòng)的極其有害的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在：1）振動(dòng)使工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)受到干擾和破壞

30、，使加工表面出現(xiàn)振紋，增大表面粗 糙度值，惡化加工表面質(zhì)量；2）振動(dòng)還可能引起刀刃崩裂，引起機(jī)床、夾具連接部分松動(dòng)，縮短刀具及機(jī)床、夾具的 使用壽命；3）振動(dòng)限制了切削用量的進(jìn)一步提高，降低切削加工的生產(chǎn)效率，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)使切 削加工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行；4 ）振動(dòng)所發(fā)出的噪聲會(huì)污染環(huán)境，有害工人的身心健康。研究機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，探討如何提高工藝系統(tǒng)的抗振性和消除振動(dòng)的措施，一直是機(jī)械加工工藝學(xué)的重要課題之一。2 機(jī)械振動(dòng)的基本類(lèi)型機(jī)械加工過(guò)程的振動(dòng)有三種基本類(lèi)型： 強(qiáng)迫振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng)是指在外界周期性變化的干擾力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)。磨削加工中 主要會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。自激振動(dòng) 自激振動(dòng)是指切削

31、過(guò)程本身引起切削力周期性變化而產(chǎn)生的振動(dòng)。切削加工中主要會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)。 自由振動(dòng) 自由振動(dòng)是指由于切削力突然變化或其它外界偶然原因引起的振動(dòng)。自由 振動(dòng)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率，由于工藝系統(tǒng)的阻尼作用，這類(lèi)振動(dòng)會(huì)在外界干擾力去除 后迅速自行衰減，對(duì)加工過(guò)程影響較小。機(jī)械加工過(guò)程中振動(dòng)主要是強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，強(qiáng)迫振動(dòng)約占30% ，自激振動(dòng)約占 65% ，自由振動(dòng)所占比重則很小。二、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制1機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)的原因 機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，其原因可從機(jī)床、刀具和工件三方面去分析。 機(jī)床方面 機(jī)床中某些傳動(dòng)零件的制造精度不高，會(huì)使機(jī)床產(chǎn)生不均勻運(yùn)動(dòng)而引

32、起振 動(dòng)。例如齒輪的周節(jié)誤差和周節(jié)累積誤差，會(huì)使齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻，從而使整個(gè)部件產(chǎn) 生振動(dòng)。主軸與軸承之間的間隙過(guò)大、主軸軸頸的橢圓度、軸承制造精度不夠，都會(huì)引起主 軸箱以及整個(gè)機(jī)床的振動(dòng)。另外，皮帶接頭太粗而使皮帶傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速不均勻，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。 機(jī)床往復(fù)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向和沖擊也會(huì)引起振動(dòng)。至于某些零件的缺陷，使機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)則更是 明顯。 刀具方面 多刃、多齒刀具如銑刀、拉刀和滾刀等，切削時(shí)由于刃口高度的誤差或因 斷續(xù)切削引起的沖擊，容易產(chǎn)生振動(dòng)。 工件方面 被切削的工件表面上有斷續(xù)表面或表面余量不均、硬度不一致，都會(huì)在加 工中產(chǎn)生振動(dòng)。如車(chē)削或磨削有鍵槽的外圓表面就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。工藝系統(tǒng)

33、外部也有許多原因造成切削加工中的振動(dòng)，例如一臺(tái)精密磨床和一臺(tái)重型機(jī)床 相鄰，這臺(tái)磨床就有可能受重型機(jī)床工作的影響而產(chǎn)生振動(dòng)，影響其加工表面的粗糙度。2強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)1）強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是諧振，只要干擾力存在，振動(dòng)就不會(huì)被阻尼衰減掉，去除干擾 力，振動(dòng)就停止。2）強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率等于干擾力的頻率。3）阻尼愈小，振幅愈大，諧波響應(yīng)軌跡的范圍愈大；增加阻尼，能有效地減小振幅。4）在共振區(qū)，較小的頻率變化會(huì)引起較大的振幅和相位角的變化。3消除強(qiáng)迫振動(dòng)的途徑強(qiáng)迫振動(dòng)是由于外界干擾力引起的，因此必須對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)振試驗(yàn)，找出振源，然 后采取適當(dāng)措施加以控制。消除和抑制強(qiáng)迫振動(dòng)的措施主要有：1）改進(jìn)機(jī)床傳

34、動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行消振與隔振消除強(qiáng)迫振動(dòng)最有效的辦法是找出外界的干擾力（振源）并去除之。如果不能去除，則可以采用隔絕的方法，如機(jī)床采用厚橡皮或木材等 將機(jī)床與地基隔離，就可以隔絕相鄰機(jī)床的振動(dòng)影響。精密機(jī)械、儀器采用空氣墊等也是很 有效的隔振措施。2）消除回轉(zhuǎn)零件的不平衡機(jī)床和其他機(jī)械的振動(dòng)，大多數(shù)是由于回轉(zhuǎn)零件的不平衡所引起，因此對(duì)于高速回轉(zhuǎn)的零件要注意其平衡問(wèn)題，在可能條件下，最好能做動(dòng)平衡。3）提高傳動(dòng)件的制造精度傳動(dòng)件的制造精度會(huì)影響傳動(dòng)的平衡性，引起振動(dòng)。在齒輪嚙合、滾動(dòng)軸承以及帶傳動(dòng)等傳動(dòng)中，減少振動(dòng)的途徑主要是提高制造精度和裝配質(zhì)量。4）提高系統(tǒng)剛度，增加阻尼提高機(jī)床、工件、刀具和夾具

35、的剛度都會(huì)增加系統(tǒng)的抗振性。增加阻尼是一種減小振動(dòng)的有效辦法，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該考慮到，但也可以采用附加高 阻尼板材的方法以達(dá)到減小振動(dòng)的效果。5）合理安排固有頻率， 避開(kāi)共振區(qū) 根據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)的特性， 一方面是改變激振力的頻率， 使它避開(kāi)系統(tǒng)的固有頻率；另一方面是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使工藝系統(tǒng)各部件的固有頻率遠(yuǎn)離共 振區(qū)。三、機(jī)械加工中的自激振動(dòng)及其控制1自激振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理3- 9 所示機(jī)械加工過(guò)程中，還常常出現(xiàn)一種與強(qiáng)迫振動(dòng)完全不同形式的強(qiáng)烈振動(dòng)，這種振動(dòng)是當(dāng) 系統(tǒng)受到外界或本身某些偶然的瞬時(shí)干擾力作用而觸發(fā)自由振動(dòng)后，由振動(dòng)過(guò)程本身的某種 原因使得切削力產(chǎn)生周期性變化，又由這個(gè)周期性變化的動(dòng)態(tài)力反

36、過(guò)來(lái)加強(qiáng)和維持振動(dòng)，使 振動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充了由阻尼作用消耗的能量，這種類(lèi)型的振動(dòng)被稱(chēng)為自激振動(dòng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生 的自激振動(dòng)是頻率較高的強(qiáng)烈振動(dòng)，通常又稱(chēng)為顫振。自激振動(dòng)常常是影響加工表面質(zhì)量和 限制機(jī)床生產(chǎn)率提高的主要障礙。磨削過(guò)程中，砂輪磨鈍以后產(chǎn)生的振動(dòng)也往往是自激振動(dòng)。為了 解釋切削過(guò)程中的自激振動(dòng)現(xiàn)象，現(xiàn)以電鈴的工作原理加以說(shuō)明。圖的電鈴系統(tǒng)中，電池 1為能源。按下按鈕 2時(shí)，電流通過(guò)觸點(diǎn) 3彈簧片7電磁鐵5與電池 構(gòu)成回路。電磁鐵產(chǎn)生磁力吸引銜鐵4，帶動(dòng)小錘6。而當(dāng)彈簧片被吸引時(shí)，觸點(diǎn) 3處斷電，電磁鐵失去磁性，小錘靠彈簧片彈回至原處，于是重復(fù)剛才所述的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程顯然不存 在外來(lái)周期性

37、干擾，而是由系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)節(jié)元件產(chǎn)生交變力，由這種交變力產(chǎn)生并維持振動(dòng)， 這就是自激振動(dòng)。圖3-9電鈴的自激振動(dòng)原理a）電鈴的自激振動(dòng)b）電鈴的自激振動(dòng)系統(tǒng)金屬切削過(guò)程中自激振動(dòng)的原理如圖 3-10所示，它也有兩個(gè)基本部分：切削過(guò)程產(chǎn)生的 交變力AP激勵(lì)工藝系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)位移 AY再反饋給切削過(guò)程。維持振動(dòng)的能量來(lái) 源于機(jī)床的能量。圖3-10機(jī)床自激振動(dòng)系統(tǒng)2 .自激振動(dòng)的特點(diǎn)自激振動(dòng)的特點(diǎn)可簡(jiǎn)要地歸納如下：1 ）自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)。振動(dòng)過(guò)程本身能引起某種力周期地變化，振動(dòng)系統(tǒng)能 通過(guò)這種力的變化，從不具備交變特性的能源中周期性地獲得能量補(bǔ)充，從而維持這個(gè)振動(dòng)。 外部的干擾有可能

38、在最初觸發(fā)振動(dòng)時(shí)起作用，但是它不是產(chǎn)生這種振動(dòng)的直接原因。2）自激振動(dòng)的頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率，也就是說(shuō)，由振動(dòng)系統(tǒng)本身的參數(shù)所 決定，這是與強(qiáng)迫振動(dòng)的顯著差別。3）自激振動(dòng)能否產(chǎn)生以及振幅的大小，取決于每一振動(dòng)周期內(nèi)系統(tǒng)所獲得的能量與所消 耗的能量的對(duì)比情況。當(dāng)振幅為某一數(shù)值時(shí)，如果所獲得的能量大于所消耗的能量，則振幅 將不斷增大；相反，如果所獲得的能量小于所消耗的能量，則振幅將不斷減小，振幅一直增 加或減小到所獲得的能量等于所消耗的能量時(shí)為止。當(dāng)振幅在任何數(shù)值時(shí)獲得的能量都小于 消耗的能量，則自激振動(dòng)根本就不可能產(chǎn)生。4 ）自激振動(dòng)的形成和持續(xù)，是由于過(guò)程本身產(chǎn)生的激振和反饋?zhàn)饔茫?/p>

39、所以若停止切削或 磨削過(guò)程，即使機(jī)床仍繼續(xù)空運(yùn)轉(zhuǎn)，自激振動(dòng)也就停止了，這也是與強(qiáng)迫振動(dòng)的區(qū)別之處， 所以可以通過(guò)切削或磨削試驗(yàn)來(lái)研究工藝系統(tǒng)或機(jī)床的自激振動(dòng)，同時(shí)也可以通過(guò)改變對(duì)切 削或磨削過(guò)程有影響的工藝參數(shù)，如切削或磨削用量，來(lái)控制切削或磨削過(guò)程，從而限制自 激振動(dòng)的產(chǎn)生。3 消除自激振動(dòng)的途徑由通過(guò)試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐產(chǎn)生的關(guān)于自激振動(dòng)的幾種學(xué)說(shuō)可知，自激振動(dòng)與切削過(guò)程 本身有關(guān)，與工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能也有關(guān)，因此控制自激振動(dòng)的基本途徑是減小和抵抗激振 力的問(wèn)題，具體說(shuō)來(lái)可以采取以下一些有效的措施：合理選擇與切削過(guò)程有關(guān)的參數(shù)自激振動(dòng)的形成是與切削過(guò)程本身密切有關(guān)的，所以可以通過(guò)合理地選擇切

40、削用量、刀具幾何角度和工件材料的可切削性等途徑來(lái)抑制自激振 動(dòng)。1） 合理選擇切削用量如車(chē)削中，切削速度 v在2060m/ min范圍內(nèi)，自激振動(dòng)振幅增加很快，而當(dāng)v超過(guò)此范圍以后，則振動(dòng)又逐漸減弱了，通常切削速度v在5060m/min左右時(shí)切削穩(wěn)定性最低，最容易產(chǎn)生自激振動(dòng)，所以可以選擇高速或低速切削以避免自激振動(dòng)。關(guān)于進(jìn)給量f，通常當(dāng)f較小時(shí)振幅較大，隨著 f的增大振幅反而會(huì)減小，所以可以在表面粗 糙度要求許可的前提下選取較大的進(jìn)給量以避免自激振動(dòng)。背吃刀量ap愈大，切削力愈大，愈易產(chǎn)生振動(dòng)。2） 合理選擇刀具的幾何參數(shù)適當(dāng)?shù)卦龃笄敖?y、主偏角人，能減小切削力而減小振動(dòng)。后角a可盡量取小

41、，但精加工中由于背吃刀量ap較小，刀刃不容易切入工件， 而且a過(guò)小時(shí)，刀具后刀面與加工表面間的摩擦可能過(guò)大，這樣反而容易引起自激振動(dòng)。通常在刀具的主后刀面下磨出一段 a角為負(fù)值的窄棱面，如圖 3-11就是一種很好的防振車(chē)刀。另外，實(shí)際生產(chǎn) 中還往往用油石使新刃磨的刃口稍稍鈍化，也很有效。關(guān)于刀尖圓弧半徑，它本來(lái)就和加工 表面粗糙度有關(guān)，對(duì)加工中的振動(dòng)而言，一般不要取得太大，如車(chē)削中當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑與背 吃刀量近似相等時(shí)，則切削力就很大，容易振動(dòng)。車(chē)削時(shí)裝刀位置過(guò)低或鏜孔時(shí)裝刀位置過(guò) 高，都易于產(chǎn)生自激振動(dòng)。圖3-11防振車(chē)刀使用“油”性非常高的潤(rùn)滑劑也是加工中經(jīng)常使用的一種防振辦法。提高工藝系統(tǒng)

42、本身的抗振性1）提高機(jī)床的抗振性機(jī)床的抗振性能往往占主導(dǎo)地位，可以從改善機(jī)床的剛性、合理安排各部件的固有頻率、增大阻尼以及提高加工和裝配的質(zhì)量等來(lái)提高其抗振性。如圖3-12就是具有顯著阻尼特性的薄壁封砂結(jié)構(gòu)床身。圖3-12 薄壁封砂床身2）提高刀具的抗振性通過(guò)刀桿等的慣性矩、彈性模量和阻尼系數(shù)，使刀具具有高的彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度、高的阻尼系數(shù)，例如硬質(zhì)合金雖有高彈性模量，但阻尼性能較差，因此可以 和鋼組合使用，以發(fā)揮鋼和硬質(zhì)合金兩者之優(yōu)點(diǎn)。3 ）提高工件安裝時(shí)的剛性主要是提高工件的彎曲剛度，如細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)削中，可以使用中心架、跟刀架，當(dāng)用撥盤(pán)傳動(dòng)銷(xiāo)撥動(dòng)夾頭傳動(dòng)時(shí)要保持切削中傳動(dòng)銷(xiāo)和夾頭不發(fā)生脫離等。使

43、用消振器裝置圖3-13是車(chē)床上使用的沖擊消振器，圖中6是消振器座，螺釘 1上套有質(zhì)量塊4、彈簧3和套2,當(dāng)車(chē)刀發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，4就在6和1的頭部之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生沖擊，吸收能量。圖3-14是鏜孔用的沖擊消振器。圖中1為鏜桿，2為鏜刀，3為工件，4為沖擊塊（消振質(zhì)量），5為塞蓋。沖擊塊安置在鏜桿的空腔中，它與空腔間保持 0.050.10mm的間隙。當(dāng)鏜桿發(fā)生振動(dòng)時(shí)，沖擊塊將不斷撞擊鏜桿吸收振動(dòng)能量，因此能消除振動(dòng)。這些消振裝置經(jīng)生產(chǎn)使用證明，都具有相當(dāng)好的抑振效果，并且可以在一定范圍內(nèi)調(diào) 整，所以使用上也較方便。圖3- 13車(chē)床上用沖擊消振器圖3-14鏜桿上用用沖擊消振器圖3-15為一利用多層

44、彈簧片間的相互摩擦來(lái)消除振動(dòng)的干摩擦阻尼裝置。圖3-16為 利用液體流動(dòng)阻力的阻尼作用消除振動(dòng)的液體阻尼裝置。圖3-15干摩擦阻尼器圖3- 16液體阻尼器第五節(jié)磨削的表面質(zhì)量一、磨削加工的特點(diǎn)磨削精度高，通常作為終加工工序。但磨削過(guò)程比切削復(fù)雜。磨削加工采用的工具是砂輪。磨削時(shí)，雖然單位加工面積上磨粒很多，本應(yīng)表面粗糙度很小，但在實(shí)際加工中，由于磨粒 在砂輪上分布不均勻，磨粒切削刃鈍圓半徑較大，并且大多數(shù)磨粒是負(fù)前角，很不鋒利，加 工表面是在大量磨粒的滑擦、耕犁和切削的綜合作用下形成的，磨粒將加工表面刻劃出無(wú)數(shù) 細(xì)微的溝槽，并伴隨著塑性變形，形成粗糙表面。同時(shí)，磨削速度高，通常v砂=4050m

45、/s,目前甚至高達(dá)v砂=80200m/s,因而磨削溫度很高， 磨削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)加劇加工表面的塑性 變形，從而更加增大了加工表面的粗糙度值；有時(shí)磨削點(diǎn)附近的瞬時(shí)溫度可高達(dá)8001000 C,這樣的高溫會(huì)使加工表面金相組織發(fā)生變化，引起燒傷和裂紋。另外，磨削的徑向切削力大， 會(huì)引起機(jī)床發(fā)生振動(dòng)和彈性變形。二、影響磨削加工表面粗糙度的因素影響磨削加工表面粗糙度的因素有很多，主要的有: 砂輪的影響 砂輪的粒度越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)越多，在磨削表面的刻痕越細(xì)， 表面粗糙度越小；但若粒度太細(xì)，加工時(shí)砂輪易被堵塞反而會(huì)使表面粗糙度增大，還容易產(chǎn) 生波紋和引起燒傷。砂輪的硬度應(yīng)大小合適，其半鈍化期愈長(zhǎng)愈好

46、；砂輪的硬度太高，磨削 時(shí)磨粒不易脫落，使加工表面受到的摩擦、擠壓作用加劇，從而增加了塑性變形，使得表面 粗糙度增大，還易引起燒傷；但砂輪太軟，磨粒太易脫落，會(huì)使磨削作用減弱，導(dǎo)致表面粗 糙度增加，所以要選擇合適的砂輪硬度。砂輪的修整質(zhì)量越高，砂輪表面的切削微刃數(shù)越多、 各切削微刃的等高性越好，磨削表面的粗糙度越小。 磨削用量的影響 增大砂輪速度，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)增多，每顆磨粒 磨去的金屬厚度減少，工件表面的殘留面積減少；同時(shí)提高砂輪速度還能減少工件材料的塑 性變形，這些都可使加工表面的表面粗糙度值降低。降低工件速度，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)加工表 面的磨粒數(shù)增多，表面粗糙度值減??；但工件

47、速度太低，工件與砂輪的接觸時(shí)間長(zhǎng)，傳到工 件上的熱量增多，反面會(huì)增大粗糙度，還可能增加表面燒傷。增大磨削深度和縱向進(jìn)給量， 工件的塑性變形增大，會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度值增大。徑向進(jìn)給量增加，磨削過(guò)程中磨削力和磨 削溫度都會(huì)增加，磨削表面塑性變形程度增大，從而會(huì)增大表面粗糙度值。為在保證加工質(zhì) 量的前提下提高磨削效率，可將要求較高的表面的粗磨和精磨分開(kāi)進(jìn)行，粗磨時(shí)采用較大的 徑向進(jìn)給量，精磨時(shí)采用較小的徑向進(jìn)給量，最后進(jìn)行無(wú)進(jìn)給磨削，以獲得表面粗糙度值很 小的表面。 工件材料 工件材料的硬度、塑性、導(dǎo)熱性等對(duì)表面粗糙度的影響較大。塑性大的軟 材料容易堵塞砂輪，導(dǎo)熱性差的耐熱合金容易使磨料早期崩落，都會(huì)

48、導(dǎo)致磨削表面粗糙度增 大。另外，由于磨削溫度高，合理使用切削液既可以降低磨削區(qū)的溫度，減少燒傷，還可以 沖去脫落的磨粒和切屑，避免劃傷工件，從而降低表面粗糙度值。三、磨削表面層的殘余應(yīng)力磨削裂紋問(wèn)題磨削加工比切削加工的表面殘余應(yīng)力更為復(fù)雜。一方面，磨粒切削刃為負(fù)前角，法向切 削力一般為切向切削力的 23 倍，磨粒對(duì)加工表面的作用引起冷塑性變形，產(chǎn)生壓應(yīng)力；另 一方面，磨削溫度高，磨削熱量很大，容易引起熱塑性變形，表面出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)殘余拉應(yīng) 力超過(guò)工件材料的強(qiáng)度極限時(shí)，工件表面就會(huì)出現(xiàn)磨削裂紋。磨削裂紋有的在外表層，有的 在內(nèi)層下；裂紋方向常與磨削方向垂直，或呈網(wǎng)狀；裂紋常與燒傷同現(xiàn)。磨削用量是

49、影響磨削裂紋的首要因素，磨削深度和縱向走刀量大，則塑性變形大，切削 溫度高，拉應(yīng)力過(guò)大，可能產(chǎn)生裂紋。此外，工件材料含碳量高者易裂紋。磨削裂紋還與淬 火方式、淬火速度及操作方法等熱處理工序有關(guān)。為了消除和減少磨削裂紋，必須合理選擇工件材料、合理選擇砂輪；正確制訂熱處理工 藝；逐漸減小切除量；積極改善散熱條件，加強(qiáng)冷卻效果，設(shè)法降低切削熱。四、磨削表面層金相組織變化磨削燒傷問(wèn)題1磨削表面層金相組織變化與磨削燒傷 機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)使得工件的加工表面產(chǎn)生劇烈的溫升，當(dāng)溫度超過(guò)工件 材料金相組織變化的臨界溫度時(shí)，將發(fā)生金相組織轉(zhuǎn)變。在磨削加工中，由于多數(shù)磨粒為負(fù) 前角切削，磨削溫度很高，產(chǎn)

50、生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削時(shí)的熱量，而且磨削熱有6080% 傳給工件，所以極容易出現(xiàn)金相組織的轉(zhuǎn)變，使得表面層金屬的硬度和強(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(chēng)為磨削燒傷。產(chǎn)生磨削燒傷時(shí)，加工表面常會(huì)出現(xiàn)黃、褐、紫、 青等燒傷色，這是磨削表面在瞬時(shí)高溫下的氧化下膜顏色。不同的燒傷色，表明工件表面受 到的燒傷程度不同。磨削淬火鋼時(shí)，工件表面層由于受到瞬時(shí)高溫的作用，將可能產(chǎn)生以下三種金相組織變化：1）如果磨削表面層溫度未超過(guò)相變溫度，但超過(guò)了馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，這時(shí)馬氏體將轉(zhuǎn) 變成為硬度較低的回火屈氏體或索氏體，這叫回火燒傷。2）如果磨削表面層溫度超過(guò)相變溫度，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，這時(shí)若無(wú)切削液，則磨 削表面硬