機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第7章

1、學(xué)學(xué)機(jī)機(jī) 械械院院機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院鞏亞東鞏亞東 教授教授YG2011年年9月月第第7章章 機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素與控機(jī)械加工表面質(zhì)量的影響因素與控制制 7.1 7.1 機(jī)械加工表面質(zhì)量概述機(jī)械加工表面質(zhì)量概述 影響機(jī)器零件的機(jī)械加工質(zhì)量除了加工精度之外，影響機(jī)器零件的機(jī)械加工質(zhì)量除了加工精度之外，還有機(jī)械加工表面質(zhì)量，它還有機(jī)械加工表面質(zhì)量，它包括表面粗糙度、波度和包括表面粗糙度、波度和表面層材料物理機(jī)械性能。表面層材料物理機(jī)械性能。7.1.1 7.1.1 機(jī)械加工表面質(zhì)量概述機(jī)械加工表面質(zhì)量概述 表面質(zhì)量包括的主要內(nèi)容是：表面質(zhì)量包

2、括的主要內(nèi)容是： ( () )表面的幾何形狀特征表面的幾何形狀特征 ( () )表面層的物理及機(jī)械性能表面層的物理及機(jī)械性能 7.1.2 7.1.2 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 （1 1）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性能的影響）表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性能的影響 1)1)表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響 2 2）表面冷作硬化對(duì)耐磨性的影響）表面冷作硬化對(duì)耐磨性的影響 （2 2）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 1) 1) 表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 2) 2) 殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化冷作硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度影響對(duì)疲勞強(qiáng)度

3、影響 （3 3）表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響）表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 （4 4）表面質(zhì)量對(duì)零件配合性質(zhì)的影響）表面質(zhì)量對(duì)零件配合性質(zhì)的影響（5 5）表面質(zhì)量對(duì)零件表面質(zhì)量對(duì)零件接觸剛度接觸剛度的影響的影響 7.27.2機(jī)械加工表面質(zhì)量影響因素機(jī)械加工表面質(zhì)量影響因素 7.2.1 7.2.1 切削加工表面的形成過程切削加工表面的形成過程 7.2.2 7.2.2 加工表面長(zhǎng)城粗糙度加工表面長(zhǎng)城粗糙度 （1 1）切削加工影響表面粗糙度的因素）切削加工影響表面粗糙度的因素 1) 1) 刀具切削刃幾何形狀的影響刀具切削刃幾何形狀的影響 2)2)工件材料的影響工件材料的影響 Hfkkrrcotc

4、ot 3) 3) 切削用量的影響切削用量的影響 切削速度切削速度v v的影響的影響 進(jìn)給量進(jìn)給量f fa a的影響的影響 切削深度切削深度a ap p的影響的影響 4) 4) 工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng) （2 2） 磨削加工影響表面粗糙度的因素磨削加工影響表面粗糙度的因素 1) 1) 砂輪的粒度砂輪的粒度砂輪的粒度砂輪的粒度 2) 2) 砂輪的硬度砂輪的硬度 3) 3) 砂輪的修整砂輪的修整 4) 4) 磨削速度磨削速度 5) 5) 磨削徑向送給量與光磨次數(shù)磨削徑向送給量與光磨次數(shù) 6) 6) 工件圓周進(jìn)結(jié)速度與軸向進(jìn)給量工件圓周進(jìn)結(jié)速度與軸向進(jìn)給量 7) 7) 冷卻潤(rùn)滑液冷卻潤(rùn)滑液

5、 7.2.3 7.2.3 加工表面變質(zhì)層加工表面變質(zhì)層 （1 1） 加工表面的冷作硬化加工表面的冷作硬化 1)1)表面層的硬化評(píng)定參數(shù)表面層的硬化評(píng)定參數(shù) 切削用量的影響切削用量的影響 切削刀具的影響切削刀具的影響 被加工材料的影響被加工材料的影響 HHHH00% 表面層金相組織變化及影響因素表面層金相組織變化及影響因素 (1) (1) 磨削燒傷磨削燒傷 1 1）如果工件表面層溫度未超過相變臨界溫度）如果工件表面層溫度未超過相變臨界溫度Ac3Ac3（一般中碳鋼為（一般中碳鋼為720720）。但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（一般中碳鋼為）。但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度（一般中碳鋼為300300 C C），工件

6、表面），工件表面將產(chǎn)生回火組織（回火屈氏體和回火索氏體），硬度比原來(lái)的回火馬氏將產(chǎn)生回火組織（回火屈氏體和回火索氏體），硬度比原來(lái)的回火馬氏體低，稱為體低，稱為回火燒傷回火燒傷。 2 2）如果工件表面層溫度超過相變臨界溫度，加上充分的冷卻液，則）如果工件表面層溫度超過相變臨界溫度，加上充分的冷卻液，則表面層急冷形成二次淬火馬氏體，硬度高于回火馬氏體，但極薄，只有表面層急冷形成二次淬火馬氏體，硬度高于回火馬氏體，但極薄，只有幾個(gè)微米厚，在它下層由于冷卻較慢出現(xiàn)了比回火馬氏體硬度低的組織幾個(gè)微米厚，在它下層由于冷卻較慢出現(xiàn)了比回火馬氏體硬度低的組織稱之為稱之為淬火燒傷淬火燒傷。 3 3）如果工件表

7、面溫度超過了相變臨界溫度。這時(shí)又無(wú)冷卻液，則表）如果工件表面溫度超過了相變臨界溫度。這時(shí)又無(wú)冷卻液，則表面硬度急劇下降，工件表層被退火，稱之為面硬度急劇下降，工件表層被退火，稱之為退火燒傷退火燒傷。 (2) (2) 影響磨削燒傷的因素及其分析影響磨削燒傷的因素及其分析 1 1）被加工材料）被加工材料 2 2）砂輪的選擇）砂輪的選擇 3 3）磨削用量）磨削用量 4 4）冷卻潤(rùn)滑）冷卻潤(rùn)滑 殘余應(yīng)力及影響因素殘余應(yīng)力及影響因素 (1) (1) 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 1) 1) 熱塑性變形引起的殘余應(yīng)力熱塑性變形引起的殘余應(yīng)力 2) 2) 冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力冷態(tài)塑性變形引起的

8、殘余應(yīng)力 3) 3) 金相組織變化引起的殘余應(yīng)力金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 (2) (2) 殘余應(yīng)力測(cè)試方法殘余應(yīng)力測(cè)試方法 1) 1) 腐蝕法腐蝕法 2) 2) 射線衍射法射線衍射法 3) 3) 變形法變形法 7.37.3機(jī)械加工中的機(jī)械加工中的振動(dòng)振動(dòng)及控制及控制 7.3.17.3.1概述概述 7.3.2 7.3.2 強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制強(qiáng)迫振動(dòng)及其控制 （1 1）機(jī)械加工中強(qiáng)迫振動(dòng)的振源）機(jī)械加工中強(qiáng)迫振動(dòng)的振源 (2) (2) 強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn) 1 1）強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，）強(qiáng)迫振動(dòng)是在外界周期性干擾力的作用下產(chǎn)生的，但振動(dòng)本身并不能引起干擾力的變化。但

9、振動(dòng)本身并不能引起干擾力的變化。 2 2）不管加工系統(tǒng)本身的固有頻率多大，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻）不管加工系統(tǒng)本身的固有頻率多大，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總與外界干擾力的頻率相同或成倍數(shù)關(guān)系。率總與外界干擾力的頻率相同或成倍數(shù)關(guān)系。 3 3）強(qiáng)迫振動(dòng)振幅的大小在很大程度上取決于干擾力的）強(qiáng)迫振動(dòng)振幅的大小在很大程度上取決于干擾力的頻率與加工系統(tǒng)固有頻率的比值。頻率與加工系統(tǒng)固有頻率的比值。 4 4）強(qiáng)迫振動(dòng)振幅的大小除了與有關(guān)外，還與干擾力、）強(qiáng)迫振動(dòng)振幅的大小除了與有關(guān)外，還與干擾力、系統(tǒng)剛度及阻尼系數(shù)有關(guān)。系統(tǒng)剛度及阻尼系數(shù)有關(guān)。 （3 3）減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的基本途徑）減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)的基本途徑 (1) (1) 減少

10、或消除工藝系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)零件的不平衡減少或消除工藝系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)零件的不平衡 (2) (2) 提高系統(tǒng)傳動(dòng)件的精度提高系統(tǒng)傳動(dòng)件的精度 (3) (3) 提高工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性提高工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 (4) (4) 隔振隔振 (5) (5) 消振消振7.3.3 7.3.3 自激振動(dòng)及其控制自激振動(dòng)及其控制 (1) (1) 自激振動(dòng)的原理自激振動(dòng)的原理 自激振動(dòng)就是自激振動(dòng)系統(tǒng)通過系統(tǒng)的初始振動(dòng)將持自激振動(dòng)就是自激振動(dòng)系統(tǒng)通過系統(tǒng)的初始振動(dòng)將持續(xù)作用的能源轉(zhuǎn)換成某種力的周期變化，而這種力的周期續(xù)作用的能源轉(zhuǎn)換成某種力的周期變化，而這種力的周期變化，反過來(lái)又使振動(dòng)系統(tǒng)周期性地獲得能量補(bǔ)充，從而變化，反過來(lái)又

11、使振動(dòng)系統(tǒng)周期性地獲得能量補(bǔ)充，從而彌補(bǔ)了振動(dòng)時(shí)由于阻尼作用所引起的能量消耗，以維持和彌補(bǔ)了振動(dòng)時(shí)由于阻尼作用所引起的能量消耗，以維持和發(fā)展系統(tǒng)的振動(dòng)。發(fā)展系統(tǒng)的振動(dòng)。 （2 2）自激振動(dòng)的特點(diǎn)：）自激振動(dòng)的特點(diǎn)： (1)(1)自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)。振動(dòng)過程本身能引起自激振動(dòng)是一種不衰減的振動(dòng)。振動(dòng)過程本身能引起某種力的周期變化；某種力的周期變化； (2)(2)自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率，也就是自激振動(dòng)的頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率，也就是說(shuō)，由振動(dòng)系統(tǒng)本身的參數(shù)所決定說(shuō)，由振動(dòng)系統(tǒng)本身的參數(shù)所決定 (3)(3)自激振動(dòng)的形成和持續(xù)是由切削過程而產(chǎn)生的，如若自激振動(dòng)的形成和持

12、續(xù)是由切削過程而產(chǎn)生的，如若停止切削過程，即機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)，自激振動(dòng)也就停止了停止切削過程，即機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)，自激振動(dòng)也就停止了 (4)(4)自激振動(dòng)能否產(chǎn)生以及振幅的大小，決定于每一振動(dòng)自激振動(dòng)能否產(chǎn)生以及振幅的大小，決定于每一振動(dòng)周期內(nèi)系統(tǒng)所獲得能量與所消耗的能量的對(duì)比惰況周期內(nèi)系統(tǒng)所獲得能量與所消耗的能量的對(duì)比惰況 (3)(3)機(jī)械加工中自激振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理機(jī)械加工中自激振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理 1) 1) 再生再生自激振動(dòng)自激振動(dòng)原理原理 對(duì)于切斷及橫向進(jìn)給磨削時(shí)對(duì)于切斷及橫向進(jìn)給磨削時(shí) 1 1；車螺紋時(shí)；車螺紋時(shí) =0=0，一般，一般情況下情況下0 0 1 1。如果。如果 0 0，即說(shuō)明有重疊部分存在，即說(shuō)

13、明有重疊部分存在，則工件上一轉(zhuǎn)中如果留有振紋，就會(huì)引起下一轉(zhuǎn)切削厚度則工件上一轉(zhuǎn)中如果留有振紋，就會(huì)引起下一轉(zhuǎn)切削厚度的周期變化，這樣必然引起切削力的周期變化，從而有可的周期變化，這樣必然引起切削力的周期變化，從而有可能引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)。能引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)。BfB切入切入切出切出fy0yfy0y切入切入切出切出切入切入切出切出fy0y切入切入切出切出fy0ya）b）c）d）2) 2) 振型耦合原理振型耦合原理 當(dāng)縱車方牙螺紋表面時(shí)，刀具與已加工表面不存在著當(dāng)縱車方牙螺紋表面時(shí)，刀具與已加工表面不存在著重疊切削，這樣就排除了產(chǎn)生再生振動(dòng)的條件，但當(dāng)切削重疊切削，這樣就排除了產(chǎn)生再生振動(dòng)的條件，但

14、當(dāng)切削深度加大到一定的程度，仍然能產(chǎn)生自激振動(dòng)?；谶@一深度加大到一定的程度，仍然能產(chǎn)生自激振動(dòng)?；谶@一點(diǎn)，引起了一些學(xué)者對(duì)切削時(shí)兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)的研究，點(diǎn)，引起了一些學(xué)者對(duì)切削時(shí)兩自由度振動(dòng)系統(tǒng)的研究，提出了提出了振型藕合振型藕合自激振動(dòng)自激振動(dòng)理論（或叫坐標(biāo)聯(lián)系原理）。理論（或叫坐標(biāo)聯(lián)系原理）。 圖圖5-79 車床刀架振型耦合模型車床刀架振型耦合模型abcdx1x1x2x2k2k112mFX其刀尖合成運(yùn)動(dòng)軌跡為：其刀尖合成運(yùn)動(dòng)軌跡為： 當(dāng)時(shí)，則與無(wú)相位差，軌跡為一直線；當(dāng)時(shí)，則與無(wú)相位差，軌跡為一直線； 當(dāng)時(shí)，則超前于，軌跡為一橢圓，運(yùn)動(dòng)當(dāng)時(shí)，則超前于，軌跡為一橢圓，運(yùn)動(dòng)是逆時(shí)針方向，即

15、是逆時(shí)針方向，即dcba； 當(dāng)時(shí)，則滯后于，軌跡仍為一橢圓，當(dāng)時(shí)，則滯后于，軌跡仍為一橢圓，運(yùn)動(dòng)是順時(shí)針方向，即運(yùn)動(dòng)是順時(shí)針方向，即abcd。 3) 3) 負(fù)摩擦原理負(fù)摩擦原理 在切削某些材料時(shí)，由于在振動(dòng)區(qū)域存在著切削力隨在切削某些材料時(shí)，由于在振動(dòng)區(qū)域存在著切削力隨切削速度增加而減小，即所謂切削速度增加而減小，即所謂“負(fù)摩擦負(fù)摩擦”特性，此時(shí)的摩特性，此時(shí)的摩擦力不是阻礙運(yùn)動(dòng)，而是幫助運(yùn)動(dòng)。于是在切入時(shí)，切削擦力不是阻礙運(yùn)動(dòng)，而是幫助運(yùn)動(dòng)。于是在切入時(shí)，切削力小，力小， ??；切出時(shí)，切削力大，??；切出時(shí)，切削力大， 大；大； 故產(chǎn)故產(chǎn)生了持續(xù)的顫振。被稱之為摩擦型顫振。生了持續(xù)的顫振。被稱

16、之為摩擦型顫振。EEEE減少機(jī)械加工振動(dòng)的途徑減少機(jī)械加工振動(dòng)的途徑 （1 1）合理選擇切削參數(shù)）合理選擇切削參數(shù) ）合理選擇切削用量）合理選擇切削用量 ）合理選擇刀具幾何參數(shù)）合理選擇刀具幾何參數(shù) （2 2）提高工藝系統(tǒng)的抗振性提高工藝系統(tǒng)的抗振性（3 3）合理安排兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)的剛度以及合理安排兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)的剛度以及正確選擇有關(guān)參數(shù)正確選擇有關(guān)參數(shù) 7.4 7.4 質(zhì)量保證體系質(zhì)量保證體系 7 7.4.1 .4.1 質(zhì)量工程的定義、范圍和發(fā)展特點(diǎn)質(zhì)量工程的定義、范圍和發(fā)展特點(diǎn) 現(xiàn)代質(zhì)量保證體系發(fā)展出現(xiàn)了以下新特點(diǎn)：現(xiàn)代質(zhì)量保證體系發(fā)展出現(xiàn)了以下新特點(diǎn)： （1 1）高科技的興起、促

17、使國(guó)際市場(chǎng)由價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)為主轉(zhuǎn)向以質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)為）高科技的興起、促使國(guó)際市場(chǎng)由價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)為主轉(zhuǎn)向以質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)為主的質(zhì)量和價(jià)格雙重競(jìng)爭(zhēng)。主的質(zhì)量和價(jià)格雙重競(jìng)爭(zhēng)。 調(diào)調(diào) 查查市場(chǎng)和用戶需求市場(chǎng)和用戶需求產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用和失效情況產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用和失效情況質(zhì)量功能展開質(zhì)量功能展開故障報(bào)告、分析、糾正措施閉環(huán)系統(tǒng)故障報(bào)告、分析、糾正措施閉環(huán)系統(tǒng)并并 行行 工工 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 和和 系系 統(tǒng)統(tǒng) 工工 程程 管理管理設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 質(zhì)質(zhì) 量量 工工 程程制制 造造 質(zhì)質(zhì) 量量 工工 程程材料、毛坯、元器件控制材料、毛坯、元器件控制過程過程(工序工序)控制控制產(chǎn)品控制產(chǎn)品控制產(chǎn)品市場(chǎng)產(chǎn)品市場(chǎng)知識(shí)知識(shí)質(zhì)量規(guī)劃質(zhì)量規(guī)劃研究與開發(fā)研

18、究與開發(fā)專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)(傳統(tǒng)現(xiàn)代傳統(tǒng)現(xiàn)代)健壯性設(shè)計(jì)健壯性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)“雙雙I”設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)產(chǎn) 品產(chǎn) 品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工 藝工 藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) （2 2）ISO9000ISO9000標(biāo)準(zhǔn)系列成為世界標(biāo)準(zhǔn)系列成為世界各國(guó)密切注視的熱門主題。各國(guó)密切注視的熱門主題。 （3 3）競(jìng)爭(zhēng)促成了質(zhì)量工程研究的）競(jìng)爭(zhēng)促成了質(zhì)量工程研究的“五結(jié)合五結(jié)合”的研究新機(jī)制。的研究新機(jī)制。 （4 4）競(jìng)爭(zhēng)促使了現(xiàn)代化質(zhì)量綜合）競(jìng)爭(zhēng)促使了現(xiàn)代化質(zhì)量綜合管理的迫切需要管理的迫切需要 （5 5）競(jìng)爭(zhēng)迫使各種新型制造質(zhì)量）競(jìng)爭(zhēng)迫使各種新型制造質(zhì)量技術(shù)的迅猛發(fā)展。技術(shù)的迅猛發(fā)展。 7.4.2 7.4.2 設(shè)計(jì)質(zhì)量工程設(shè)

19、計(jì)質(zhì)量工程 質(zhì)量是產(chǎn)品、過程或服務(wù)滿足規(guī)定或潛在需要的質(zhì)量是產(chǎn)品、過程或服務(wù)滿足規(guī)定或潛在需要的特征和特性總和。它在時(shí)間和空間觀念上發(fā)生了重要變特征和特性總和。它在時(shí)間和空間觀念上發(fā)生了重要變化、在深度和廣度上也有了新的發(fā)展。它是隨時(shí)間而變化、在深度和廣度上也有了新的發(fā)展。它是隨時(shí)間而變化的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)?；囊粋€(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。 質(zhì)質(zhì) 量量設(shè)計(jì)質(zhì)量設(shè)計(jì)質(zhì)量預(yù)期的功能設(shè)計(jì)特性預(yù)期的功能設(shè)計(jì)特性性能性能(或功能或功能)質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)功能健壯性設(shè)計(jì)特性功能健壯性設(shè)計(jì)特性抗干擾質(zhì)量指標(biāo)抗干擾質(zhì)量指標(biāo)可信性可信性(可靠性、維修性、保障性可靠性、維修性、保障性)時(shí)間質(zhì)量指標(biāo)時(shí)間質(zhì)量指標(biāo)制造出與設(shè)計(jì)符合的產(chǎn)品質(zhì)量制造出與設(shè)計(jì)符合的產(chǎn)品質(zhì)量(符合性符合性)制造質(zhì)量制造質(zhì)量7.4.3 7.4.3 制造質(zhì)量工程制造質(zhì)量工程 （1 1）制造質(zhì)量工程的概念）制造質(zhì)量工程的概念 其主要研究?jī)?nèi)容包括：其主要研究?jī)?nèi)容包括： 1 1）質(zhì)量體系的開發(fā)和運(yùn)行。）質(zhì)量體系的開發(fā)和運(yùn)行。 2 2）質(zhì)量保證和質(zhì)量控制技術(shù)的開