機(jī)械加工表面質(zhì)量

機(jī)械加工表面質(zhì)量第1頁/共35頁第一節(jié)概述（二）加工表面層物理力學(xué)性能二、機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器使用性能和使用壽命的影響（一）表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響如圖7-2所示的磨損曲線，其中Ral和Ra2分別是輕、重負(fù)荷條件下最耐磨的表面粗糙度值。圖7-2表面粗糙度與磨損量的關(guān)系1-輕負(fù)荷2-重負(fù)荷第2頁/共34頁第2頁/共35頁第一節(jié)概述對任何一種金屬材料也都有一個(gè)表面冷作硬化程度的最佳值Ha，低于或高于這個(gè)數(shù)值時(shí)磨損量都會增加，如圖7-3所示，Ha為表面冷作硬化的最佳值。（二）表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性的影響（三）表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響圖7-3冷硬與磨損量的關(guān)系返回本章目錄第3頁/共34頁第3頁/共35頁第二節(jié)影響加工表面粗糙度的因素一、切削加工中影晌表面粗糙度的因素及改善的工藝措施（一）影響表面粗糙度的因素（二）降低表面粗糙度值的工藝措施1.選擇合理的切削用量1）適當(dāng)?shù)販p少進(jìn)給量f進(jìn)給量f對加工表面粗糙度的影響見圖7-4。2）選擇適當(dāng)?shù)那邢魉俣葀切削速度v越高，切削過程中切屑和加工表面層的塑性變形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越?。ㄒ妶D7-5中的Rz值曲線）。第4頁/共34頁第4頁/共35頁第二節(jié)影響加工表面粗糙度的因素圖7-4進(jìn)給量對表面粗糙度的影響圖7-5切削速度對表面粗糙度的影響第5頁/共34頁第5頁/共35頁第二節(jié)影響加工表面粗糙度的因素3）選擇適當(dāng)?shù)那邢魃疃萢p

2.選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)3.改善工件材料的性能4.選擇合適的切削液5.選擇合適的刀具材料（三）防止或減小工藝系統(tǒng)振動二、磨削加工中影晌表面粗糙度的因素及其改善的工藝措施（一）磨削用量1）提高砂輪速度v砂砂輪速度v砂越高，通過單位加工面積的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值越小，如圖7-6所示。第6頁/共34頁第6頁/共35頁第二節(jié)影響加工表面粗糙度的因素圖7-6砂輪速度對表面粗糙度值影響第7頁/共34頁第7頁/共35頁第二節(jié)影響加工表面粗糙度的因素2）降低工件速度v工工件速度v工越低，砂輪相對工件的進(jìn)給量f越小，則磨后的表面粗糙度值越小，如圖7-7所示。圖7-7工件速度v工對表面粗糙度值的影響l-ap=0.03mm2-ap=0.02mm3-ap=O.Olmm第8頁/共34頁第8頁/共35頁第二節(jié)影響加工表面粗糙度的因素（二）砂輪1）選擇適當(dāng)粒度的砂輪砂輪粒度對加工表面粗糙度有影響，砂輪越細(xì)磨削表面粗糙度值越小。但砂輪太細(xì)，只能采用很小的磨削深度（ap=0.0025mm以下），還需時(shí)間很長的空走刀，否則砂輪易被堵塞，造成工件燒傷。為此，一般磨削所采用的砂輪粒度號都不超過80號，常用的是40~60號。2）選擇小的磨削深度向磨削深度ap3）精細(xì)修整砂輪工作表面當(dāng)在磨削加工的最后幾次走刀之前，對砂輪進(jìn)行一次精細(xì)修整，使每個(gè)磨粒產(chǎn)生多個(gè)等高的微刃，從而使工件的Ra值降低。返回本章目錄第9頁/共34頁第9頁/共35頁第三節(jié)影響加工表面物理力學(xué)性能的因素一、加工表面層的冷作硬化

變形時(shí)的溫度影響塑性變形程度，溫度高硬化程度減小。各種機(jī)械加工方法加工鋼件后表面層的冷作硬化情況如表7-1所示。表7-1各種加工方法形成的表面層的冷作硬化情況第10頁/共34頁第10頁/共35頁第三節(jié)影響加工表面物理力學(xué)性能的因素（一）影響表面層冷作硬化的因素1.刀具2.切削用量3.被加工材料二、表面層的金相組織變化三、表面層的殘余應(yīng)力四、減小殘余掛應(yīng)力、防止表面燒傷和裂紋的工藝措施（一）合理選擇磨削用量（二）合理選擇砂輪并及時(shí)修整（三）改善冷卻方法為改善冷卻方法，可采用圖7-8所示的內(nèi)冷卻砂輪。第11頁/共34頁第11頁/共35頁第三節(jié)影響加工表面物理力學(xué)性能的因素圖7-8內(nèi)冷卻砂輪結(jié)構(gòu)1-錐形蓋2-切削液通孔3-砂輪中心腔4-有徑向小孔的薄壁套返回本章目錄第12頁/共34頁第12頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施一、機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動（一）強(qiáng)迫振動產(chǎn)生的原因1）機(jī)床上高速回轉(zhuǎn)零件的不平衡圖7-9所示是一個(gè)安裝在簡支梁上的電動機(jī)，以ω的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，假如由于電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生離心力Fo，則Fo沿X方向的分力Fx（Fx=Focosωt），就是該梁的外界周期性干擾力。2）機(jī)床傳動系統(tǒng)中的誤差3）切削過程本身的不均勻性4）外部振源（二）強(qiáng)迫振動的主要特點(diǎn)（三）減小強(qiáng)迫振動的措施和途徑第13頁/共34頁第13頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施圖7-9強(qiáng)迫振動力學(xué)模型第14頁/共34頁第14頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施二、自激振動及其控制（一）自激振動的概念下面以圖7-10所示電鈴的工作原理來模擬并說明切削過程中出現(xiàn)的自激振動現(xiàn)象。圖7-10電鈴的工作原理1-電池2-電磁鐵3-銅鈴4-小錘5-彈簧片6-觸點(diǎn)7-銜鐵8-按鈕第15頁/共34頁第15頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施電鈴的自激振動系統(tǒng)如圖7-11所示。它由兩部分組成：彈簧片、小錘和銜鐵組成振動元件，以產(chǎn)生振動；電磁鐵和電路組成調(diào)節(jié)元件，以產(chǎn)生交變力。圖7-11電鈴的自激振動系統(tǒng)第16頁/共34頁第16頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施（二）產(chǎn)生自激振動的幾種學(xué)說1.再生效應(yīng)自激振動原理圖7-12為外圓磨削簡圖。圖7-12磨削外圓時(shí)重疊切削示意圖第17頁/共34頁第17頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施下面用圖7-13所示的切削過程產(chǎn)生再生自激振動示意圖來說明再生效應(yīng)自激振動原理。圖7-13再生自激振動示意圖a)相位角φ=0b)相位角滯后c)相位角超前第18頁/共34頁第18頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施2.振型耦合自激振動原理某些切削加工，如圖7-14所示用刃寬b小于螺距的寬刃刀切削方牙螺紋的外圓時(shí)，刀具并不發(fā)生重疊切削，從理論上排除了再生自激振動的可能性。圖7-14縱車方牙螺紋外表面1-工件2一-刀具第19頁/共34頁第19頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施振型耦合原理又稱坐標(biāo)聯(lián)系原理。它主要自由度系統(tǒng)的自激振動現(xiàn)象。圖7-15是具有兩個(gè)自由度振動的力學(xué)模型。圖7-15振型耦合自激振動原理第20頁/共34頁第20頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施（三）控制自激振動的途徑1.合理選擇切削用量1）切削速度v的選擇如圖7-16所示為車削時(shí)速度v與振幅A的關(guān)系曲線。圖7-16切削速度與振幅的關(guān)系第21頁/共34頁第21頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施2）進(jìn)給量f的選擇如圖7-17可見，增大進(jìn)給量f可使振幅A減小，因此在加工表面粗糙度允許下，選擇較大的進(jìn)給量以避免自激振動。圖7-17進(jìn)給量與振幅的關(guān)系第22頁/共34頁第22頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施3）切削深度ap的選擇根據(jù)切削深度ap與切削寬度b的關(guān)系(b=ap/sinκr)，當(dāng)主偏角κr不變時(shí)，隨著ap增大b亦增大，振幅A也不斷增大（圖7-18）。圖7-18切削深度與振幅的關(guān)系第23頁/共34頁第23頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施2.合理選擇刀具的幾何參數(shù)1）前角γ0的選擇前角γ0對振動影響較大，如圖7-19所示，隨著γ0增大，振幅A隨之下降。圖7-19前角與振幅的關(guān)系第24頁/共34頁第24頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施2）主偏角κr的選擇主偏角κr增大時(shí)切削力Fy將減小，同時(shí)切削寬度b也減小。由圖7-20可見，隨著κr的增大，振幅將逐漸減小，但當(dāng)κr=90°時(shí)振幅最小。3）后角α0的選擇4）刀尖圓角半徑γε的選擇圖7-20主偏角與振幅的關(guān)系第25頁/共34頁第25頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施3.提高工藝系統(tǒng)的抗振性1）提高機(jī)床的抗振性2）提高刀具的抗振性圖7-21a、b所示為復(fù)合結(jié)構(gòu)鏜刀桿。圖7-21復(fù)合結(jié)構(gòu)鏜刀桿1-銅管2-硬質(zhì)合金桿3-彈簧4-吸振塊5-鏜刀塊第26頁/共34頁第26頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施3）提高工件安裝剛性4.合理調(diào)整振型的剛度比和方位角根據(jù)上述振型搞合原理，合理調(diào)整振型的剛度比k2/kl及選擇方位角α能有效地提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激振動。如采用圖7-22所示的削扁鏜桿進(jìn)行鏜孔實(shí)驗(yàn)。圖7-23為削扁鍾桿鍾孔示意圖，通過實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)0°<α<60°鏜孔時(shí)，系統(tǒng)最不穩(wěn)定，即產(chǎn)生強(qiáng)烈的自激振動；當(dāng)115°<α<150°時(shí)系統(tǒng)最穩(wěn)定，不會出現(xiàn)自激振動。5.采用減振裝置1）阻尼器它通過阻尼作用，將振功能量轉(zhuǎn)換成熱能散失掉，以達(dá)到減振目的。阻尼越大，減振效果亦越好。常用的有固體摩擦阻尼器、液體摩擦阻尼器和電磁阻尼器等。第27頁/共34頁第27頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施圖7-22削扁鏜桿1-刀頭2-鏜刀3、4-螺釘5-鏜桿第28頁/共34頁第28頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施圖7-23削扁鏜桿鏜孔示意圖第29頁/共34頁第29頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施圖7-24是裝在車床跟刀架6上使用的干摩擦阻尼器，利用多層彈簧片5相互摩擦來消耗振動能量。圖7-24干摩擦阻尼器1-工件2-觸頭3-殼體4-調(diào)節(jié)桿5-多層彈簧片6-跟刀架第30頁/共34頁第30頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施圖7-25是液壓阻尼器，當(dāng)柱塞隨工件振動時(shí)，將油液從油缸前腔經(jīng)小孔壓向油缸后腔，利用通過小孔的阻尼來減振的。圖7-25液壓阻尼器1-調(diào)節(jié)桿2-殼體3-彈簧4-活塞5-油缸后腔6-小孔7-油缸前腔8-柱塞9-觸頭10-工件第31頁/共34頁第31頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施2）吸振器①動力式吸振器。圖7-26所示為用于鏜刀桿的動力式吸振器。它是用微孔橡皮襯墊2作彈性零件，并有阻尼作用，因而能獲得較好的消振作用。圖7-26用于鏜桿的吸振器1-附加質(zhì)量2-微孔橡皮襯墊3-鏜桿第32頁/共34頁第32頁/共35頁第四節(jié)機(jī)械加工中的振動及其控制措施②沖擊式吸振器。它是由一個(gè)自由沖擊的質(zhì)量與殼體組成。當(dāng)系統(tǒng)振動時(shí)，由于自由質(zhì)量的往復(fù)運(yùn)動，產(chǎn)生沖擊吸收能量，從而減小振動。圖7-27所示為鏜孔用的沖擊式消振器。圖7-27鏜桿上用的沖擊吸振器1-鏜桿2-鏜刀頭3-沖擊塊4-端蓋返回本章目錄第33頁/共34頁第33頁/共35頁習(xí)題六7-1零件機(jī)械加工表面質(zhì)量主要包含哪些內(nèi)容?它們對零件的使用性能和使用壽命有什么影響?7-2在切削加工中，