機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制3章-1

1、123456789101112131415161718192021222324252627無氧銅鏡面三維形貌及表面輪廓曲線2829加工紋理方向及其符號標(biāo)注3031加工變質(zhì)層模型 323334353637383940Ra（m）初始磨損量重載荷輕載荷表面粗糙度與初始磨損量關(guān)系冷硬程度磨損量T7A鋼冷硬程度與耐磨性關(guān)系41424344454647q積屑瘤和切削表面塑性變形48q積屑瘤和切削表面塑性變形49q積屑瘤和切削表面塑性變形50q積屑瘤和切削表面塑性變形51切削45鋼時切削速度與粗糙度關(guān)系100120v/（mmin-1）020406080140表面粗糙度Rz/m481216202428積屑瘤高

2、度 h/m 0200400600hRzq積屑瘤和切削表面塑性變形52q積屑瘤和切削表面塑性變形53q積屑瘤和切削表面塑性變形54q積屑瘤和切削表面塑性變形55q積屑瘤和切削表面塑性變形56575859606162從幾何因素和塑性變形兩方面影響磨削用量對表面粗糙度的影響vw = 40m/minf = 2.36m/minap = 0.01mmv = 50m/sf = 2.36m/minap = 0.01mmv/(ms-1),vw/(mmin-1)Ra/m0304050600.51.0a）ap/mm00.010.40.8Ra/m00.20.60.020.030.04b）光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra/m01

3、020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB)6364工件驅(qū)動箱放大器處理器記錄器顯示器觸針傳感器觸針法工作原理656667686970干涉顯微鏡測量原理1光源 2、10、15聚光鏡 3濾色片 4光闌 5透鏡 6、9物鏡 7分光鏡 8補(bǔ)償鏡 10、14、16反射鏡 12目鏡 13透光窗71表面三維形貌測量與處理系統(tǒng)原理圖1驅(qū)動 2撞塊 3電觸點(diǎn) 4觸針 5工作臺 6工件 7步進(jìn)電機(jī) 8控制電路 9驅(qū)動電路 10放大電路 11A/D變換器 12微機(jī) 13顯示器 14打印機(jī)72TOPO移相干涉顯微鏡光學(xué)原理圖1光源 2、4、12透鏡 3視場光

4、闌 6干涉濾光片 7CCD面陣探測器 8輸出信號 9目鏡 10分光鏡 11壓電陶瓷 13反射鏡 14參考基準(zhǔn)板 15分光板 16被測工件73表面微觀形貌a）表面形貌干涉條紋 b）表面三維形貌a）b）),(4),(22/),(),(),(),(),(tan),(31241yxyxyxZyxIyxIyxIyxIyx相位值：輪廓高度：747576777879加工表面表層金屬硬度高于里層金屬硬度加工表面嚴(yán)重變形層內(nèi)金屬晶格拉長、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化加工表面金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有弱化的潛在趨勢式中 HV 硬化層顯微硬度（HV）； HV0 基體層顯微硬度（HV）。%10000HVHVHVN80

5、81莫氏硬度計(jì) 82洛氏硬度計(jì) 83洛氏硬度計(jì) 84洛氏硬度計(jì) 85布氏硬度計(jì) 86布氏硬度計(jì) 87維氏硬度計(jì) 88維氏硬度計(jì) 89努氏硬度計(jì) 90顯微硬度計(jì) 91巴氏硬度計(jì) 92巴氏硬度計(jì) 93肖（邵）氏硬度計(jì) 94里氏硬度計(jì) 95水果硬度計(jì) 96土壤硬度計(jì) 97乒乓球硬度？ 300mm,230mm 98切削用量影響刀具影響00.20.40.60.81.0磨損寬度VBmm100180260340硬度(HV)50鋼，v = 40m/min f = 0.120.2mm/z后刀面磨損對冷硬影響工件材料f 和 v 對冷硬的影響硬度(HV)0f /(mm r-1)0.20.40.60.8v =170m

6、/min135m/min100m/min 50m/min100200300400工件材料：45鋼99磨削用量砂輪工件材料磨削深度對冷硬的影響ap/mm硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削100表層顯微硬度HV硬化層深度測量101102103104105106工件表層溫度達(dá)到或超過金屬材料相變溫度時，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，同時出現(xiàn)彩色氧化膜磨削表面殘余拉應(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，常與燒傷同時出現(xiàn) 107108109110111112113f 對殘余應(yīng)力的影響工件

7、：45鋼，切削條件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 殘余應(yīng)力/GPa0.2000.2001 00200300400距離表面深度/m f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/rvc 對殘余應(yīng)力的影響o=5,o=5,r=75,r=0.8mm,工件：45鋼切削條件：ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液050100150200距離表面深度/m殘余應(yīng)力/GPa-0.2000.20vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min114115 116117118 119 120滾壓加工原理圖珠丸擠壓引起殘余應(yīng)力 壓縮拉伸塑性

8、變形區(qū)域121122v 影響加工表面粗糙度，振動頻率較低時會產(chǎn)生波度v 影響生產(chǎn)效率 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)力來維持的振動稱為自由振動。v 由于系統(tǒng)中存在阻尼，自由振動將逐漸衰弱，對加工影響不大。自由振動強(qiáng)迫振動自激振動123v 由外界周期性的干擾力（激振力）作用引起v 強(qiáng)迫振動振源：機(jī)外機(jī)內(nèi)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，產(chǎn)生共振v 相角特征：強(qiáng)迫

9、振動位移的變化在相位上滯后干擾力一個角，其值與系統(tǒng)的動態(tài)特性及干擾力頻率有關(guān)124自激振動系統(tǒng)能量關(guān)系A(chǔ) B C能量EQEE0振幅電動機(jī)(能源)交變切削力F(t)振動位移X(t)自激振動閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床振動系統(tǒng)（彈性環(huán)節(jié)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)（切削過程）125再生原理126再生原理再生自激振動原理圖f切入切出y0ya）b）y0y切入切出fc）fy0y切入切出d）切入切出fy0ya）b）c）系統(tǒng)無能量獲得；d）y 滯后于y0，即 0- ，此時切出比切入半周期中的平均切削厚度大，切出時切削力所作正功（獲得能量）大于切入時所作負(fù)功，系統(tǒng)有能量獲得，產(chǎn)生自激振動127振型耦合原理128負(fù)摩擦原理129切削力滯后原理v

10、Fpkc振出振入xFp130強(qiáng)迫振動診斷依據(jù)強(qiáng)迫振動診斷步驟131診斷參數(shù)相位差相位差測量與計(jì)算JJnfJz60 為控制診斷要領(lǐng)132診斷參數(shù)y 向振動相對于 x 向振動的相位差診斷要領(lǐng)相位差測量與計(jì)算x(t) 與 y(t) 的互功率譜密度函數(shù)Sxy()在主振頻率成分上的相位值獲得133工作條件與測試裝置工作條件測試裝置134診斷過程與診斷結(jié)果切削試驗(yàn)與空轉(zhuǎn)試驗(yàn)空轉(zhuǎn)信號自譜圖車削過程振動信號自譜圖自譜圖分析135互譜相頻特性及凝聚函數(shù)x 向振動信號頻率細(xì)化互譜分析判定自激振動類型9987. 02xy136減小機(jī)內(nèi)干擾力的幅值調(diào)整振源的頻率：式中 f 和 fn 分別為振源頻率和系統(tǒng)固有頻率隔振常用隔振材料有橡皮、金屬彈簧、空氣彈簧、泡沫乳膠、軟木、礦渣棉、木屑等0.25nfff137減小切削或磨削時的重疊系數(shù)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 在垂直于振動方向投影寬度； b 本次切削在垂直于振動方向上的切削寬度； B , fa 砂輪寬度與軸向進(jìn)給量。 重疊系數(shù)apfaB振動方向XDfbbda）切削b）磨削rr，dabBfbB（切削）（磨削）138調(diào)整振動系統(tǒng)小剛度主軸的位置x2x2x1x1x1x1x2x2兩種尾座結(jié)構(gòu)增