《機械制造工藝與機床夾具》 課件 Chapt.4 機械加工質(zhì)量

第四章機械加工質(zhì)量4.14.24.3機械制造工藝與機床夾具結(jié)束IaskedGodtomakemyhandicappedchildwhole.我求神讓我殘缺的孩子健全。4.44.54.64.74.84.94.10

教學導航知識目標

1．了解機械加工質(zhì)量的基本概念。

2．熟悉獲得零件加工精度的方法，掌握影響加工精度的因素，了解加工誤差的綜合分析方法。

3．熟悉機械加工表面質(zhì)量的含義，掌握影響表面質(zhì)量的工藝因素，熟悉控制表面質(zhì)量的工藝途徑。

教學導航能力目標

初步具備分析影響機械加工質(zhì)量的因素，采取適當措施控制和提高零件加工質(zhì)量的能力。學習重點

影響機械加工精度和表面質(zhì)量的因素。學習難點

影響機械加工質(zhì)量因素的綜合分析方法。

第一節(jié)機械加工質(zhì)量概述機械制造工藝與機床夾具——第四章高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗，產(chǎn)品技術性能好、使用壽命長，這是機械制造企業(yè)的基本要求。而質(zhì)量問題則是最根本的問題。不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其使用效能和使用壽命，最大限度地消滅廢品，減少次品，提高產(chǎn)品合格率，以便最大限度地節(jié)約材料和減少人力消耗，乃是機械制造行業(yè)必須遵循的基本原則。

機械加工質(zhì)量指標包括兩方面的參數(shù)：一方面是宏觀幾何參數(shù)，指機械加工精度；另一方面是微觀幾何參數(shù)和表面物理-力學性能等方面的參數(shù)，指機械加工表面質(zhì)量。

就機械工藝過程而言,產(chǎn)品質(zhì)量主要取決于零件的制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量。零件的制造質(zhì)量一般用幾何參數(shù)（如形狀、尺寸、表面粗糙度）、物理參數(shù)（如導電性、導磁性、導熱性等）、力學參數(shù)（如強度、硬度等）以及化學參數(shù)（如耐蝕性等）來表示。

返回第二節(jié)機械加工精度概述機械制造工藝與機床夾具——第四章

一、加工精度的概念機械加工精度，是指零件在加工后的幾何參數(shù)的實際值與理論值相符合的程度實際值與理論值相符合的程度高，加工精度也高；反之則加工精度低

機械加工精度包括尺寸精度、形狀精度、位置精度三項內(nèi)容

尺寸精度指用來限制加工表面與其基準間的尺寸誤差不超過一定范圍的尺寸公差要求形狀精度指用來限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等，不超過一定范圍的幾何形狀公差要求

位置精度指用來限制加工表面與其基準之間相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等，不超過一定范圍的相互位置公差要求

由于機械加工中的種種原因，不可能把零件做得絕對精確，總會產(chǎn)生偏差。這種偏差即加工誤差。

實際生產(chǎn)中加工精度的高低用加工誤差的大小表示。加工誤差小，則加工精度高；反之則低。

保證零件的加工精度就是設法將加工誤差控制在允許的偏差范圍內(nèi)；提高零件的加工精度就是設法降低零件的加工誤差。

二、獲得加工精度的方法獲得尺寸精度的方法試切法通過試切—測量—調(diào)整—再試切，反復進行到工件尺寸達到規(guī)定要求為止調(diào)整法先調(diào)整好刀具和工件在機床上的相對位置，并在一批零件的加工過程中保持這個位置不變，以保證工件被加工尺寸定尺寸刀具法通過刀具的相應尺寸保證加工表面的尺寸精度自動控制法將測量、進給裝置和控制系統(tǒng)組成一個自動加工系統(tǒng)，通過自動測量和數(shù)字控制裝置，在達到尺寸精度后自動停止加工主動測量法邊加工邊測量加工尺寸獲得形狀精度的方法刀尖軌跡法通過刀尖運動的軌跡來獲得形狀精度的方法仿形法刀具依照仿形裝置進給獲得工件形狀精度的方法成形法利用成形刀具對工件加工獲得形狀精度的方法展成法利用工件和刀具的展成切削運動進行加工的方法獲得位置精度的方法直接找正定位法用劃針或百分表直接在機床上找正工件位置劃線找正定位法先按零件圖在毛坯上劃好線，再以所的劃線為基準找正它在機床的位置夾具定位法在機床上安裝好夾具，工件放在夾具中定位機床控制法利用機床的相對位置精度保證位置精度返回機械制造工藝與機床夾具——第四章第三節(jié)影響加工精度的因素及其分析幾個基本概念工藝系統(tǒng)由機床、夾具、刀具和工件構成的一個完整系統(tǒng)原始誤差工藝系統(tǒng)中的誤差加工前就存在的工藝系統(tǒng)本身的誤差加工過程中因工藝系統(tǒng)受力變形等引起的誤差

一、加工原理誤差（理論誤差）在加工中采用了近似的加工運動、近似的刀具輪廓和近似的加工方法而產(chǎn)生的原始誤差近似的加工方法帶來的誤差例如，用尖車刀車外圓，也不是光滑的圓柱面，而是一個螺旋面近似的刀具和工件的運動聯(lián)系所帶來的誤差例如，車模數(shù)螺紋時傳動比I==只要能保證加工精度和零件的使用性能，一定的原理誤差是允許的。這種誤差不應超過相應公差的10~15%。近似的刀具輪廓帶來的加工誤差例如用模數(shù)銑刀銑齒輪，由于：銑刀的成形面不是純粹的漸開線；模數(shù)相同而齒數(shù)不同的漸開線齒輪齒形是不同的，一把銑刀銑一組齒數(shù)的齒輪，故存在原理誤差再如，用齒輪滾刀加工齒輪時，滾刀也是采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開線蝸桿

二、工藝系統(tǒng)的幾何誤差機床幾何誤差包括機床本身各部件的制造誤差、安裝誤差和使用過程中磨損機床主軸誤差機床主軸是用來安裝工件或刀具并將運動和動力傳遞給工件或刀具的重要零件，它是工件或刀具的位置基準和運動基準，它的回轉(zhuǎn)精度是機床精度的主要指標之一，其誤差直接影響著工件精度的高低。

回轉(zhuǎn)運動的精度取決于其回轉(zhuǎn)中心相對刀具或工件的位置精度，即取決于機床主軸的回轉(zhuǎn)精度主軸回轉(zhuǎn)誤差主軸回轉(zhuǎn)誤差有三種：主軸的徑向跳動、主軸的軸向竄動、主軸的角度擺動對加工精度影響最大的那個方向稱為誤差的敏感方向；對加工精度影響最小的那個方向稱為誤差的非敏感方向

主軸回轉(zhuǎn)誤差的敏感方向不同類型的機床，主軸回轉(zhuǎn)誤差的敏感方向是不同的

影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素滑動軸承軸頸或滾動軸承滾道圓度誤差滾動軸承內(nèi)環(huán)的壁厚誤差滑動軸承軸頸、軸承套或滾動軸承滾道的波度滾動軸承滾子的圓度誤差和尺寸偏差軸承間隙以及切削中的受力變形軸承定位端面與軸心線垂直度誤差軸承端面之間的平行度誤差鎖緊螺母端面的跳動等機床導軌誤差導軌是確定主要部件相對位置的基準，也是運動基準，各項誤差直接影響被加工工件的精度對導軌的精度主要要求在水平面內(nèi)的直線度在垂直面內(nèi)的直線度前后導軌的平行度（扭曲）如車削時導軌在水平面內(nèi)彎曲，向前凸出，則出現(xiàn)鼓形誤差；向后凸出，則出現(xiàn)鞍形誤差機床導軌在垂直面內(nèi)的直線度對加工精度的影響機床導軌扭曲對工件形狀的影響傳動鏈誤差產(chǎn)生的原因：傳動元件的制造誤差、傳動元件的裝配誤差、使用過程中的磨損減少傳動鏈誤差影響的措施縮短傳動鏈采用降速傳動提高傳動鏈的制造精度和裝配精度設法消除傳動鏈的間隙采用誤差校正機構提高傳動精度刀具的制造誤差與磨損刀具的制造誤差刀具的制造誤差對加工精度的影響，根據(jù)刀具的種類不同而不同。定尺寸刀具以刀具尺寸誤差為主；成形刀具以刀具形狀誤差為主刀具的磨損分為三個階段：初始磨損、正常磨損、急劇磨損減少刀具制造誤差影響的措施提高制造精度合理選擇刀具材料合理選擇切削用量合理選擇刀具幾何參數(shù)合理選擇冷卻潤滑準確刃磨，減少磨損夾具的制造誤差與磨損夾具的制造誤差主要是定位元件、夾緊元件、導向元件、分度元件、夾具體等的制造誤差夾具安裝、工件裝夾等誤差對精度影響也很大夾具的磨損主要是定位元件和導向元件的磨損為減少夾具誤差對精度的影響，夾具的制造誤差必須小于工件的公差；且應及時更換易損件度量、調(diào)整以及安裝誤差度量誤差引起度量誤差的原因量具本身的誤差測量方法引起測量力引起溫度引起消除或減少度量誤差的措施提高量具精度，合理選擇量具注意操作方法注意測量條件調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)的調(diào)整問題有：機床的調(diào)整、夾具的調(diào)整、刀具的調(diào)整不同的調(diào)整方式，有不同的誤差來源試切法調(diào)整度量誤差：試切調(diào)整過程中由于度量失誤或不準而引起誤差加工余量的影響：最小切屑厚度太小，以致刀刃打滑，不起切削作用微量進給誤差：最后一刀容易出現(xiàn)爬行各定程機構的調(diào)整機構的制造精度機構的靈敏度調(diào)整的準確性樣件或樣板的調(diào)整樣板本身的誤差（制造和安裝誤差）對刀誤差樣件或樣板的磨損安裝誤差基準不重合引起定位元件和定位面的制造誤差夾緊誤差夾緊機構的夾緊力不當引起夾緊方式不當引起夾緊狀態(tài)不良引起定位誤差元件配合間隙引起

三、工藝系統(tǒng)受力變形及對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受力變形的現(xiàn)象加工過程中的力切削力傳動力夾緊力重力控制力慣性力干擾力車細長軸的變形車削細長軸時，工件在切削力的作用下會發(fā)生變形，使加工出的工件出現(xiàn)兩頭細中間粗的腰鼓形

工藝系統(tǒng)的剛度在上述力的作用下，工藝系統(tǒng)受力變形，刀具和工件相對退讓。設刀具相對工件在切削接觸點法線方向的相對位移量為y，則工藝系統(tǒng)的剛度是剛度——工藝系統(tǒng)受外力作用后抵抗變形的能力剛度工藝系統(tǒng)的剛度特性力和變形不是直線關系，即不符合虎克定律加載和卸載曲線不重合卸載后，變形不能恢復到起點部件剛度比我們想象的小影響部件剛度的因素接觸變形（接觸點的變形）薄弱零件本身的變形間隙的影響摩擦的影響施力方向的影響工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響

受力點位置變化產(chǎn)生形狀誤差在切削過程中，工藝系統(tǒng)的剛度會隨著切削力作用點位置的變化而變化，因此使工藝系統(tǒng)受力變形也隨之變化，引起工件形狀誤差

車削加工時，由于工藝系統(tǒng)沿工件軸向方向各點的剛度不同，因此會使工件各軸向截面直徑尺寸不同，使車出的工件沿軸向產(chǎn)生形狀誤差（出現(xiàn)鼓形、鞍形、錐形）

切削力變化引起加工誤差在切削加工中，由于工件加工余量和材料硬度不均將引起切削力的變化，從而造成加工誤差

在加工后的工件上出現(xiàn)與毛坯形狀相似的誤差的現(xiàn)象稱為“誤差復映”

毛坯形狀的誤差復映誤差復映規(guī)律誤差復映系數(shù)ε：定量反映毛坯誤差經(jīng)過加工后減少的程度當加工過程有多次走刀時，每次走刀的復映系數(shù)為ε1、ε2、ε3…，則總復映系數(shù)ε總=ε1ε2ε3…可簡化為ε總≈（ε1）n由于ε《1，所以經(jīng)過多次走刀，則可能使毛坯誤差復映到工件上的誤差減少到公差帶允許值的范圍內(nèi)例：一個工藝系統(tǒng)，其誤差復映系數(shù)為0.25，工件在本工序前的圓度誤差0.5mm，為保證本工序0.01mm的形狀精度，本工序最少走刀幾次？解：0.5×(0.25)n≤0.01解得n=3

其他作用力引起的加工誤差當在車床上用單爪撥盤帶動工件回轉(zhuǎn)時，傳動力在撥盤的每一轉(zhuǎn)中不斷改變其方向傳動力和慣性力高速回轉(zhuǎn)的工件，如其質(zhì)量不平衡，將會產(chǎn)生離心力，它和傳動力一樣在工件的轉(zhuǎn)動中不斷地改變方向傳動力引起的誤差離心慣性所引起的誤差工藝系統(tǒng)中有些零部件在自身重力作用下產(chǎn)生的變形也會造成加工誤差，例如龍門銑床等的橫梁在刀架自重下引起的變形將造成工件的平面度誤差

重力夾緊力工件在安裝時，由于工件剛度較低或夾緊力作用點和方向不當，會引起工件產(chǎn)生相應的變形

夾緊力不當引起的誤差減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施

提高表面配合質(zhì)量，以提高接觸剛度縮短切削力作用點和支承點的距離，提高工件剛度預加載荷，以提高接觸剛度鎖緊暫不需移動的部件，以提高接觸剛度設置輔助支承，提高部件剛度選擇合理的零件結(jié)構和斷面形狀提高刀具剛度合理裝夾工件，減少夾緊變形改善材料性能

工藝系統(tǒng)的熱變形及對加工精度的影響工藝系統(tǒng)受熱升溫而使工件、刀具及機床的許多部分會因溫度升高而產(chǎn)生復雜變形改變工件、刀具、機床間的相互位置破壞刀具與工件間相互運動的正確性引起切削深度和切削力改變改變已調(diào)整好的加工尺寸破壞傳動鏈的精度引起熱變形的熱源內(nèi)部熱源切削熱摩擦熱電氣等外部熱源環(huán)境溫度變化取暖設備熱輻射等對工藝系統(tǒng)熱變形的控制隔離熱源

強制和充分冷卻

減少系統(tǒng)的發(fā)熱量

采用合理的結(jié)構減少熱變形

使熱變形指向無害加工精度的方向

減少工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度影響的措施

工件的內(nèi)應力引起的變形有殘余應力的工件處于一種很不穩(wěn)定的狀態(tài)，它的內(nèi)部組織有要恢復到穩(wěn)定的狀態(tài)強烈傾向，即使在常溫下這種變化也在不斷的進行，直到殘余應力完全消失為止

亦稱殘余應力：當外載荷去除后，仍殘留在工件內(nèi)部的應力毛坯制造及熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應力

冷校直帶來的殘余應力

產(chǎn)生內(nèi)應力的原因殘余應力產(chǎn)生的實質(zhì)原因是由于金屬內(nèi)部組織發(fā)生了不均勻的體積變化

切削加工產(chǎn)生的殘余應力

消除內(nèi)應力的措施改變加工工藝和加工用量人工時效（熱處理）和自然時效合理設計結(jié)構敲擊振動采用特殊加工手段返回第四節(jié)加工誤差的綜合分析機械制造工藝與機床夾具——第四章

一、加工誤差的性質(zhì)系統(tǒng)性誤差當連續(xù)加工一批零件時，誤差的大小和方向或是保持不變，或是按一定規(guī)律變化。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差，后者稱為變值系統(tǒng)性誤差隨機性誤差加工一批零件時，誤差的大小和方向無規(guī)律地變化的這類誤差常值系統(tǒng)性誤差變值系統(tǒng)性誤差原理誤差系統(tǒng)受力變形刀具、夾具、量具、機床的制造誤差(一次性)調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)熱變形刀具、夾具、量具、機床磨損隨機性誤差定位誤差夾緊誤差多次調(diào)整引起的誤差內(nèi)應力引起的誤差生產(chǎn)實際中,影響加工精度的工藝因素是錯綜復雜的，對于某些加工誤差問題，不能僅用單因素分析方法來解決，而需要用概率統(tǒng)計方法進行綜合分析，找出產(chǎn)生加工誤差的真正原因。

二、加工誤差的數(shù)理統(tǒng)計方法實際分布曲線將零件按尺寸大小以一定的間隔范圍分成若干組，同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)稱為頻數(shù)mi，零件總數(shù)n；頻率為mi/n。以頻數(shù)或頻率為縱坐標，以零件尺寸為橫坐標，畫出直方圖，進而畫成一條折線，即為實際分布曲線理論分布曲線實踐證明，當被測量的一批零件（機床上用調(diào)整法一次加工出來的一批零件）的數(shù)目足夠大而尺寸間隔非常小時，則所繪出的分布曲線非常接近“正態(tài)分布曲線”正態(tài)分布曲線的方程為零件出現(xiàn)的概率已達99.73%，在此尺寸范圍之外（）的零件只占0.27%。如果代表零件的公差T，則99.73%就代表零件的合格率，0.27%就表示零件的廢品率。即此時加工的一批零件基本上都是合格品了，產(chǎn)品無廢品。利用正態(tài)分布曲線可以分析產(chǎn)品質(zhì)量；可以判斷加工方法是否合適；可以判斷廢品率的大小，從而指導下一批的生產(chǎn)利用正態(tài)分布曲線分析產(chǎn)品質(zhì)量非正態(tài)分布曲線將兩臺機床上分別調(diào)整加工出的工件混在一起測量，會得到雙峰曲線（實為兩組正態(tài)曲線的疊加）磨削細長孔時，如果砂輪磨損較快且未得到自動補償，則尺寸分布呈平頂曲線（實為正態(tài)曲線的分散中心在不斷移動）試切法加工軸頸或孔時，操作者使軸頸寧大勿小，使孔寧小勿大，從而導致尺寸分布呈不對稱形狀，稱為瑞利曲線（實為正態(tài)曲線的分散中心在不斷移動）點圖分析法在一批零件的加工過程中，按加工順序依次抽樣測量零件的尺寸，并記入以零件詒為橫坐標，以零件尺寸為縱坐標的圖表中返回第五節(jié)提高加工精度的工藝措施機械制造工藝與機床夾具——第四章

二、直接消除或減少誤差法車細長軸采用反向走刀（進給）切削用大進給量和大主偏角（90~93°）車刀在卡盤一端車出一個縮頸

二、誤差補償或抵消法用校正機構提高絲桿車床傳動鏈精度預加載荷精加工磨床床身導軌人為地制造出一種新的或者利用原有的一種原始誤差去抵消另一種原始誤差

三、誤差轉(zhuǎn)移或變形轉(zhuǎn)移法鏜模鏜孔，主軸與鏜桿采用浮動聯(lián)接將工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方向去

四、誤差均分與均化法刮研精密平板研磨加工高精度的軸和孔，利用誤差相互比較、相互消除來提高精度

五、“就地加工”法車床配制主軸法蘭盤轉(zhuǎn)塔車床加工轉(zhuǎn)塔上的六個刀架安裝孔

六、主動控制誤差法對付變值系統(tǒng)性誤差必須采用可變補償?shù)姆椒ㄖ鲃訙y量加工過程中隨時測量，隨時進行誤差補償偶件配合測量以互配件中的一件作為基準去控制另一件積極控制起決定性作用的加工條件精密螺紋磨床的自動恒溫控制返回機械制造工藝與機床夾具——第四章第六節(jié)機械加工表面質(zhì)量概述一、機械加工表面質(zhì)量的含義機械加工表面質(zhì)量的含義評價零件的質(zhì)量指標除機械加工精度外，還包括機械加工表面質(zhì)量表面質(zhì)量是指零件加工后的表面層狀態(tài)表面質(zhì)量影響零件的工作性能、可靠性、壽命

表面層的幾何形狀特征表面粗糙度表面微觀幾何形狀誤差表面加工紋理表面切削加工刀紋的形狀和方向表面波度介于宏觀幾何誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差傷痕加工表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)的缺陷

表面層的物理力學性能的變化物理力學性能表面層塑性變形引起的冷作硬化層深度表面層硬度的變化表面層內(nèi)的殘余應力刀瘤引起的撕裂、折皺等微觀及宏觀裂紋性能（如極限強度等）的變化重熔金屬的沉積層金相組織相變晶間腐蝕和選擇性浸蝕表面脆化（氫脆）化學性質(zhì)再結(jié)晶過時效兩零件作相對運動時，接觸的凸峰處產(chǎn)生彈性變形、塑性變形、剪切等現(xiàn)象，即產(chǎn)生磨損；磨損達到一定程度，接觸面積增大，金屬分子間的親和力使表面咬焊；表面輪廓形狀、加工紋路以及吸附層、冷作硬化層等也影響耐磨零件表面層材料的冷作硬化，能提高表面層的硬度，增強表面層的接觸剛度，減少摩擦表面間發(fā)生彈性和塑性變形的可能性，使金屬間咬合的現(xiàn)象減少，因而增強耐磨性。但硬化過度會降低金屬組織的穩(wěn)定性，使表層金屬脆化而脫落，致使磨損加劇耐磨性二、表面質(zhì)量對

零件使用性能的影響表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷引起應力集中而產(chǎn)生疲勞損壞；表面殘余應力和冷作硬化能提高疲勞強度（故有專門的表面強化工藝：噴丸、滾壓）；但硬化過度會降低金屬組織的穩(wěn)定性，使表層金屬脆化而脫落或產(chǎn)生裂紋，致使磨損加劇疲勞強度零件表面粗糙的凹谷處容易積聚腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生化學腐蝕或電化學腐蝕；在應力狀態(tài)下，特別是在拉應力狀態(tài)下工作，容易出現(xiàn)裂紋，引起晶間破壞，產(chǎn)生應力腐蝕抗腐蝕性能相配零件的配合關系是利用間隙量和過盈量來表示的，由于表面粗糙度的存在，使得有效的間隙或過盈量發(fā)生變化，影響配合精度和配合性質(zhì)；動配合件的磨損改變原來的配合性質(zhì)，影響動配合的穩(wěn)定性；粗糙的靜配合的實際過盈量比預定的小，靜配合的可靠性差劇配合性質(zhì)零件的表面質(zhì)量還將對零件的密封性能、零件的接觸剛度、運動的靈活性和發(fā)熱損失、原有精度等產(chǎn)生影響其他性能返回第七節(jié)影響表面質(zhì)量的工藝因素機械制造工藝與機床夾具——第四章

一、影響機械加工表面粗糙度的因素及減小表面粗糙度的工藝措施影響切削加工表面粗糙度的因素幾何因素尖刀切削時圓角刀切削時物理因素切削力和摩擦力塑性變形過程中形成的積屑瘤切削過程中工件表面上形成鱗刺動態(tài)因素在加工過程中，工藝系統(tǒng)有時會發(fā)生振動振動的出現(xiàn)會使加工表面出現(xiàn)波紋，增大加工表面的粗糙度，強烈的振動還會使切削無法繼續(xù)下去振動減小表面粗糙度的工藝措施合理選擇刀具幾何參數(shù)適當增大前角、后角增大刀尖圓弧半徑減小主、副偏角改善材料切削性能減小材料塑性（采取正火、調(diào)質(zhì)等方法）細化材料晶粒（熱處理）合理選擇切削用量合理選擇切削速度，避開積屑瘤、鱗刺產(chǎn)生的切削速度區(qū)減少進給量切削深度不宜過小正確使用切削液乳化液、硫化油、植物油等性能各有不同，應合理選用采用輔助加工方法常用的有：研磨、珩磨、超精加工等提高工藝系統(tǒng)的剛度和精度主運動和進給運動系統(tǒng)的精度要高系統(tǒng)的剛度和抗振性好受力變形和熱變形要小二、影響表面物理力學性能的工藝因素表面層的殘余應力定義當切削過程中表面層組織發(fā)生形狀變化和組織變化時，在表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性應力，稱為表面殘余應力分類零件整個尺寸范圍內(nèi)平衡的殘余應力晶粒范圍內(nèi)平衡的殘余應力晶胞間平衡的殘余應力產(chǎn)生原因冷塑性變形（切削力的作用）熱塑性變形（切削熱的作用）金相組織變化（切削高溫作用下，引起表面層金屬發(fā)生相變）通常是上述三種原因綜合作用的結(jié)果表面層的加工硬化切削（含磨削）過程中，刀具前面迫使金屬受到擠壓而產(chǎn)生塑性變形，使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并使晶粒拉長、破碎和纖維化，引起材料強化、硬度提高，這就是冷作硬化現(xiàn)象表面冷作硬化現(xiàn)象表面層硬化后的金屬性質(zhì)的具體特點為晶體形狀改變（拉長、破碎）晶體方向改變（塑變后形成纖維化）變形抵抗力增加（產(chǎn)生冷作硬化）導電、導磁、導熱性亦有變化表面層產(chǎn)生殘余應力決定表面層硬化程度的因素產(chǎn)生塑性變形的力塑性變形的速度塑性變形時的溫度影響加工冷作硬化的因素切削用量切削速度進給量低速時，塑性變形大，冷硬大速度增加，冷硬減少；但速度超過100m/min時，冷硬又增加進給量增大，塑性變形增大，冷硬增加進給量太小，刀具擠壓作用增大，冷硬增加刀具工件材料刀具的刃口圓角大和后刀面的磨損嚴重以及前刀面的粗糙度高，都將使得刀具對工件表面層金屬的擠壓和摩擦作用增加，因而冷硬程度和深度都增加工件材料硬度越低，切削時塑性變形越大，冷硬現(xiàn)象越嚴重返回第八節(jié)控制表面質(zhì)量的工藝途徑機械制造工藝與機床夾具——第四章提高加工表面質(zhì)量的工藝途徑低效率、高成本的工藝措施，尋求各工藝參數(shù)的最佳組合，以降低表面粗糙度著重改善表面的物理力學性能，提高工件的表面質(zhì)量一、減小表面粗糙度值的加工方法超精密切削加工采用超精加工、珩磨、研磨、拋光等方法作為終工序加工小粗糙度磨削加工主要在機床上下功夫

二、改善表面物理力學性能的加工方法滾壓加工利用淬過火的滾壓工具對工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，金屬表面晶格產(chǎn)生畸變，硬度增加，并使表面冷和產(chǎn)生殘余（壓）應力，從而提高零件的承載能力和疲勞強度典型滾壓加工外圓滾壓工具金剛石壓光利用金剛石擠壓，壓光后Ra可達0.4~0.02μm噴丸強化利用大量的珠丸（φ0.4~φ2的鑄鐵、砂石或鋼丸）高速打擊已加工表面，使表面產(chǎn)生冷硬層和殘余（壓）應力，從而提高零件的疲勞強度液體磨料強化利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和抗疲勞強度液體磨料噴射加工原理

三、零件表面處理技術表面電火花強化在工具和工件之間接一脈沖電源，使工具和工件之間不斷產(chǎn)生火花放電，使零件表面產(chǎn)生物理化學變化，從而強化表面，改善其表面性能電火花強化的工藝特點硬化層厚度約為0.01~0.08mm當采用硬質(zhì)合金作工具材料時，硬度可達1100~1400HV或更高當使用鉻錳合金、鎢鉻鈷合金、硬質(zhì)合金工具硬化45鋼時，其耐磨性可提高2~2.5倍用石墨作工具強化45鋼，其耐腐蝕性提高90%；用WC、CrMn作工具強化不銹鋼，耐腐蝕性提高3~5倍疲勞強度能提高2倍左右表面激光強化當激光束照射到金屬表面時，其能量被吸收并轉(zhuǎn)化為熱，由于激光轉(zhuǎn)化為熱的速率是金屬材料傳導率的數(shù)倍乃至數(shù)十倍，材料表面所獲得的熱量還來不及向基體擴散，就使得表面迅速達到相變溫度以上；當激光束移開被處理表面的瞬間，表面熱量很快被擴散傳至基體，即自激冷卻產(chǎn)生淬火效應熱影響區(qū)小，表面變形極小一般不受工件形狀及部位的限制，適應性較強加熱與冷卻均在正常空氣中進行，不用淬火介質(zhì)，工件表面清潔，操作簡便淬硬層組織細密，具有較高的硬度（達800HV），強度、韌性、耐磨性及耐腐蝕性也較高表面硬化層較淺，通常為0.3~1.1mm設備費用高，應用受到一定限制激光強化的工藝特點表面氧化處理零件表面氧化處理能提高工件表面的抗蝕能力，有利于消除工件的殘余應力，減少變形，還可使工件外觀光澤美觀氧化處理分為化學法和電解法化學法多用于鋼鐵零件的表面處理電解法多用于鋁及鋁合金零件的表面處理鋼鐵零件表面氧化處理將鋼鐵零件放入一定溫度的堿性溶液（如苛性鈉、硝酸鈉溶液）中處理，使零件表面生成0.6~0.8μm致密而牢固的Fe3O4氧化膜的過程，稱為鋼鐵的氧化處理鋼鐵的表面氧化處理實質(zhì)上是一個化學反應過程鋼鐵零件的氧化處理不影響零件的精度，所以前道工序不需要留加工余量該氧化膜呈現(xiàn)亮藍色直至亮黑色，所以又稱為發(fā)藍處理或煮黑處理鋁及其合金的表面氧化處理將以鋁或鋁合金為陽極的工件置于電解液中，然后通電；由于在陽極產(chǎn)生氧氣，使鋁或鋁合金發(fā)生化學和電化學溶解，結(jié)果在陽極表面形成一層氧化膜，所以該處理方法也稱為陽極氧化法陽極氧化膜具有良好的抗蝕性、較強的吸附性，還可獲得各種裝飾外觀鋁陽極氧化原理圖返回第九節(jié)機械加工振動對表面質(zhì)量的影響及其控制機械制造工藝與機床夾具——第四章

一、機械振動現(xiàn)象及分類機械振動現(xiàn)象機械加工過程中，工藝系統(tǒng)有時會發(fā)生振動，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動之外，還會出現(xiàn)一種周期性的相對運動機械振動破壞正常切削運動的表現(xiàn)使成形運動受到干擾，使加工表面出現(xiàn)振紋，惡化加工表面質(zhì)量引起崩刃，引起機床、夾具松動，縮短刀具及機床、夾具的使用壽命限制切削用量的提高，降低生產(chǎn)效率，甚至使切削加工無法繼續(xù)進行發(fā)出的噪聲會污染環(huán)境，有害工人的身心健康機械振動類型強迫振動自激振動自由振動在外界周期性變化的干擾力作用下產(chǎn)生的振動切削過程本身引起切削力周期性變化而產(chǎn)生的振動由于切削力突然變化或其它外界偶然原因引起的振動機械加工過程中主要是強迫振動和自激振動

二、強迫振動及其控制產(chǎn)生原因機床刀具工件多刀、多刃、刃高誤差、斷續(xù)切削引起的沖擊斷續(xù)表面、表面余量不均或硬度不一傳動零件制造精度不高主軸與軸承間隙過大往復機構的轉(zhuǎn)向和沖擊皮帶接頭太粗某些零件缺陷強迫振動特點強迫振動的穩(wěn)態(tài)過程是諧振，只要干擾力存在，振動就不會被阻尼衰減掉，去除干擾力，振動就停止頻率等于干擾力的頻率增加阻尼，能有效地減小振幅在共振區(qū)，較小的頻率變化會引起較大的振幅和相位角的變化消除強迫振動的途徑改進機床傳動結(jié)構，進行消振與隔振，去除干擾力，振動就停止消除回轉(zhuǎn)零件的不平衡提高傳動件的制造精度提高系統(tǒng)剛度，增加阻尼合理安排固有頻率，避開共振區(qū)

三、自激振動及其控制產(chǎn)生機理當系統(tǒng)受到外界或本身某些偶然的瞬時干擾力作用而觸發(fā)的振動由振動過程本身的某種原因使得切削力產(chǎn)生周期性變化，又由這個周期性變化的動態(tài)力反過來加強和維持振動切削過程中產(chǎn)生的自激振動是頻率較高的強烈振動，通常又稱為顫振自激振動特點是一種不衰減的振動其頻率等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率能否產(chǎn)生以及振幅的大小，取決于每一振動周期內(nèi)系統(tǒng)所獲得的能量與所消耗的能量的對比情況其形成和持續(xù)均由于過程本身產(chǎn)生的激振和反饋作用消除自激振動的途徑合理選擇與切削過程有關的參數(shù)合理選擇切削用量提高機床的抗振性提高工藝系統(tǒng)本身的抗振性能使用消振器裝置合理選擇刀具的幾何參數(shù)提高刀具的抗振性提高工件安裝時的剛性防振車刀薄壁封砂床身鏜桿上用沖擊消振器車床上用沖擊消振器液體阻尼器干摩擦阻尼器返回第十節(jié)磨削的表面質(zhì)量及其控制機械制造工藝與機床夾具——第四章一、磨削加工的特點磨削精度高，通常作為終加工工序磨削過程比切削復雜，一般滑擦、刻劃、切削作用是同時進行的磨削速度高，通常v砂=40~50m/s，目前甚至高達v砂