机械制造技术基础质量控制

1第第4 4章章 机械加工外表机械加工外表质量及其控制量及其控制本章要点外表质量及对使用性能影响外表质量及对使用性能影响影响外表粗糙度工艺因素影响外表粗糙度工艺因素机械加工中的振动机械加工中的振动影响表层物理性能工艺因素影响表层物理性能工艺因素2外表粗糙度波度纹理方向伤痕划痕、裂纹、砂眼等外表质量表面几何形状精度物理力学表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工表面质量加工表面质量加工表面质量加工表面质量加工质量包含的内容4.1.1 加工外表质量概念加工外表质量概念 34.1.1 加工外表质量概念加工外表质量概念 加工外表的几何形貌加工外表的几何形貌qq 外表粗糙度外表粗糙度 波长波长/波高波高5050qq 波度波度 波长波长/波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性qq 宏观几何形状误差平面度、圆度等宏观几何形状误差平面度、圆度等波长波长/波高波高10001000qq 纹理方向外表刀纹形式纹理方向外表刀纹形式qq 外表缺陷如划痕、砂眼、气孔、裂纹等外表缺陷如划痕、砂眼、气孔、裂纹等qq 是加工外表个别位置出现的缺陷是加工外表个别位置出现的缺陷 a）波度 b）表面粗糙度零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ44.1.1 加工外表质量概念加工外表质量概念 无氧铜镜面三维形貌及外表轮廓曲线54.1.1 加工外表质量概念加工外表质量概念 加工纹理方向及其符号标注84.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 qq 外表层的冷作硬化对零件耐磨性的影响外表层的冷作硬化对零件耐磨性的影响加工外表的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨加工外表的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。因为它使磨擦副外表层金属的显微硬度提高，性。因为它使磨擦副外表层金属的显微硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触局部的弹性变形和塑性降低，减少了摩擦副接触局部的弹性变形和塑性变形。塑性变形。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是因为过分的冷作硬化，将这是因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过分引起金属组织过分“疏松，在疏松，在相对运动中可能会产生金属剥相对运动中可能会产生金属剥落，在接触面间形成小颗粒，落，在接触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。使零件加速磨损。冷硬程度磨损量T7A钢冷硬程度与耐磨性关系94.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 q外表纹理零件耐磨性的影响外表纹理零件耐磨性的影响外表纹理零件耐磨性的影响外表纹理零件耐磨性的影响 外表纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的存留，一般，圆弧状、凹坑状外表纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差。在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂直时，耐磨性最差。104.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 q外表粗糙度对零件疲劳强度的影响外表粗糙度对零件疲劳强度的影响l外表质量对零件疲劳强度的影响外表质量对零件疲劳强度的影响外表粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。外表粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，外表粗糙度的凹谷部位在交变载荷作用下，外表粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。外表粗糙度值越小，外表缺陷越少，工件外表粗糙度值越小，外表缺陷越少，工件耐疲劳性越好；反之，加工外表越粗糙，外耐疲劳性越好；反之，加工外表越粗糙，外表的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破表的纹痕越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。坏的能力越差。114.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 q外外表表层层冷冷作作硬硬化化与与剩剩余余应应力力对对零零件件疲疲劳劳强强度度的的影响影响 适度的外表层冷作硬化能阻止疲劳裂纹生长并产生外表适度的外表层冷作硬化能阻止疲劳裂纹生长并产生外表压应力，提高零件的疲劳强度。压应力，提高零件的疲劳强度。剩余应力有拉应力和压应力之分，剩余拉应力容易使已剩余应力有拉应力和压应力之分，剩余拉应力容易使已加工外表产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度加工外表产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度剩余压应力那么能够局部地抵消工作载荷施加的拉应力，剩余压应力那么能够局部地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度。124.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 l外表质量对零件配合质量的影响外表质量对零件配合质量的影响p外表粗糙度对配合质量的影响外表粗糙度对配合质量的影响外表粗糙度对零件配合精度的影响外表粗糙度对零件配合精度的影响 外表粗糙度较大，那么降低了配合精度。外表粗糙度较大，那么降低了配合精度。外表剩余应力对零件工作精度的影响外表剩余应力对零件工作精度的影响 外表层有较大的剩余应力，就会影响零件精外表层有较大的剩余应力，就会影响零件精度的稳定性。度的稳定性。p外表剩余应力对配合质量的影响外表剩余应力对配合质量的影响134.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 l外表质量对零件耐腐蚀性能的影响外表质量对零件耐腐蚀性能的影响p外表粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响外表粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 减小零件外表粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。减小零件外表粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性能。因为零件外表越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷因为零件外表越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。越深，渗透与腐蚀作用越强烈。q外表剩余应力对零件耐腐蚀性能的影响外表剩余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件外表剩余压应力使零件外表紧密，腐蚀性物质不零件外表剩余压应力使零件外表紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性；易进入，可增强零件的耐腐蚀性；外表剩余拉应力那么降低零件耐腐蚀性。外表剩余拉应力那么降低零件耐腐蚀性。144.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 如减小外表粗糙度如减小外表粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损失。率损失。l外表质量对零件使用性能还有其它方面的影响外表质量对零件使用性能还有其它方面的影响154.1.2 外表质量对零件使用性能的影响外表质量对零件使用性能的影响 qq 对耐磨性影响对耐磨性影响 外表粗糙度值外表粗糙度值 耐疲劳性耐疲劳性 适当硬化阻止疲劳裂纹生长并产生外表压应力可提高耐疲适当硬化阻止疲劳裂纹生长并产生外表压应力可提高耐疲劳性劳性 外表粗糙度值外表粗糙度值耐蚀性耐蚀性 外表压应力：有利于提高耐蚀性外表压应力：有利于提高耐蚀性 外表粗糙度值外表粗糙度值 配合质量配合质量 外表剩余应力外表剩余应力 精度的稳定性精度的稳定性 配合质量配合质量 外表粗糙度值外表粗糙度值耐磨性耐磨性，但有限度，但有限度qq 对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响qq 对耐蚀性影响对耐蚀性影响qq 对配合质量影响对配合质量影响 纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好；纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好；纹理方向相同较好纹理方向相同较好纹理方向相同较好纹理方向相同较好 适当硬化可提高耐磨性适当硬化可提高耐磨性164.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 l几何因素的影响几何因素的影响 直线刃车刀：直线刃车刀：圆弧刃车刀：圆弧刃车刀：影响因素影响因素：刀尖圆弧半径：刀尖圆弧半径 r r、主偏角、主偏角 r r、副偏角、副偏角r r 、进给量、进给量 f f车削时残留面积的高度frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf切削加工后外表粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度切削加工后外表粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度切削加工后外表粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度切削加工后外表粗糙度的值主要取决于切削残留面积的高度 174.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 q工件材料的性质工件材料的性质韧性韧性 外表粗糙度外表粗糙度 工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工外表工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加工外表愈粗糙。愈粗糙。脆性脆性外表粗糙度外表粗糙度 加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩加工脆性材料时，其切削呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工碎而在加工外表留下许多麻点，使外表粗糙。外表留下许多麻点，使外表粗糙。塑性塑性外表粗糙度外表粗糙度 工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和工件材料塑性越好，塑性变形越大，易产生积屑瘤和鳞刺，加工外表粗糙。鳞刺，加工外表粗糙。l物理因素的影响物理因素的影响同一材料金相组织越粗大同一材料金相组织越粗大 外表粗糙度外表粗糙度 故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，常在粗加工故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。或精加工前安排正火或调质处理。184.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 q切削速度的影响 加工塑性材料时，切削速度对外表粗糙度的影响随切加工塑性材料时，切削速度对外表粗糙度的影响随切削速度的变化而变化对积屑瘤和鳞刺的影响；削速度的变化而变化对积屑瘤和鳞刺的影响；切削速度越高，塑性变形越不充分，外表粗糙度值越切削速度越高，塑性变形越不充分，外表粗糙度值越小；小；选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的外表选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的外表粗糙度；粗糙度；切削速度对脆性材料的影响不大。切削速度对脆性材料的影响不大。194.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 qq 切削外表塑性变形和积屑瘤切削外表塑性变形和积屑瘤 切切削削速速度度影影响响最最大大：v v=202050m/min50m/min范范围围，易易产产生生积积屑屑瘤瘤和和鳞鳞刺，外表粗糙度最差；刺，外表粗糙度最差；v v 100m/min 100m/min时减小，并趋于稳定时减小，并趋于稳定 。切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收缩系数Ks1.52.02.54.0积屑瘤高度 h（m）0200400600hKsRz20p积屑瘤的影响：积屑瘤的影响：4.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 21p鳞刺的影响鳞刺的形成：抹试阶段、导裂阶段、层积阶段、刮成阶段鳞刺的形成：抹试阶段、导裂阶段、层积阶段、刮成阶段4.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 224.2.1 切削加工外表粗糙度切削加工外表粗糙度 q进给量的影响进给量的影响 p其他影响因素其他影响因素刀具几何角度、刃磨质量，切削液等刀具几何角度、刃磨质量，切削液等减小进给量减小进给量f f固然可以减小外表粗糙度值，但进给量过小，固然可以减小外表粗糙度值，但进给量过小，外表粗糙度会有增大的趋势，效率降低。外表粗糙度会有增大的趋势，效率降低。适当增大刀具前角，提高刃磨质量，合理选择切削适当增大刀具前角，提高刃磨质量，合理选择切削液，抑制积屑瘤和鳞刺。液，抑制积屑瘤和鳞刺。精镗(车)后的外表轮廓图(横向粗糙度)234.2.2 磨削加工外表粗糙度磨削加工外表粗糙度 q磨削中影响粗糙度的几何因素磨削中影响粗糙度的几何因素 从几何因素和塑性变形两方面影响工件的磨削外表是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细工件的磨削外表是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的磨粒数越多，那的刻痕形成的，工件单位面积上通过的磨粒数越多，那么刻痕越多，刻痕的等高性越好，外表粗糙度值越小。么刻痕越多，刻痕的等高性越好，外表粗糙度值越小。磨削时切削力大速度高温度高，且磨粒大多数是负前角，磨削时切削力大速度高温度高，且磨粒大多数是负前角，切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工切削刃又不锐利，大多数磨粒在磨削过程中只是对被加工外表挤压，没有切削作用。加工外表在屡次挤压下出现沟外表挤压，没有切削作用。加工外表在屡次挤压下出现沟槽与隆起，又由于磨削时的高温更加剧了塑性变形，故外槽与隆起，又由于磨削时的高温更加剧了塑性变形，故外表粗糙度值增大。表粗糙度值增大。p磨削中影响粗糙度的物理因素通常是决定因磨削中影响粗糙度的物理因素通常是决定因素素244.2.2 磨削加工外表粗糙度磨削加工外表粗糙度 qq 磨削用量磨削用量 砂轮速度砂轮速度v v，R Ra a 工件速度工件速度v vw w，R Ra a 砂轮纵向进给砂轮纵向进给f f，R Ra a 磨削深度磨削深度a ap p，R Ra a 光磨次数光磨次数，R Ra a 磨削用量对表面粗糙度的影响vw=40(m/min)f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)v=50(m/s)f=2.36(m/min)ap=0.01(mm)v(m/s),vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）光磨次数-Ra关系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)254.2.2 磨削加工外表粗糙度磨削加工外表粗糙度 qq 砂轮及其修整砂轮及其修整 砂轮粒度砂轮粒度，Ra;Ra;但要适量但要适量(4660(4660)砂轮硬度适中，砂轮硬度适中，Ra Ra；常取中软；常取中软 砂轮组织适中，砂轮组织适中，Ra Ra ；常取中等组织；常取中等组织 砂轮材料：与工件材料相适应如氧砂轮材料：与工件材料相适应如氧化铝适于磨钢，碳化物化铝适于磨钢，碳化物(硅硼硅硼)适于磨铸铁适于磨铸铁，金刚石砂轮适于磨陶瓷材料等，金刚石砂轮适于磨陶瓷材料等 工件材料工件材料 冷却润滑液等冷却润滑液等qq 其他影响因素其他影响因素 金刚石砂轮磨削工程陶瓷零件采用超硬砂轮材料，采用超硬砂轮材料，Ra Ra 但本钱高；但本钱高；砂轮精细修整，砂轮精细修整，f Ra f Ra 太硬易使磨粒磨钝Ra太软容易堵塞砂轮Ra韧性太大，热导率差会使磨粒早期崩落Ra。264.2.3 外表粗糙度和外表微观形貌测量外表粗糙度和外表微观形貌测量 qq 比较法比较法qq 触针法：触针法：Ra 0.02 Ra 0.025m5m外表粗糙度测量外表粗糙度测量工件驱动箱放大器处理器记录器显示器触针传感器触针法工作原理qq 光切法：光切法：Rz 0.5 Rz 0.560m60mqq 干预法：干预法：Rz 0.05 Rz 0.050.8m0.8m274.2.3 外表粗糙度和外表微观形貌测量外表粗糙度和外表微观形貌测量 双管显微镜测量原理1光源 2聚光镜 3窄缝 4工件表面 5目镜透镜 6分划板 7目镜284.2.3 外表粗糙度和外表微观形貌测量外表粗糙度和外表微观形貌测量 干预显微镜测量原理1光源 2、10、15聚光镜 3滤色片 4光阑 5透镜 6、9物镜 7分光镜 8补偿镜 10、14、16反射镜 12目镜 13透光窗294.2.3 外表粗糙度和外表微观形貌测量外表粗糙度和外表微观形貌测量 表面三维微观形貌测量表面三维微观形貌测量表面三维形貌测量与处理系统原理图1驱动 2撞块 3电触点 4触针 5工作台 6工件 7步进电机 8控制电路 9驱动电路 10放大电路 11A/D变换器 12微机 13显示器 14打印机304.2.3 外表粗糙度和外表微观形貌测量外表粗糙度和外表微观形貌测量 TOPO移相干预显微镜光学原理图1光源 2、4、12透镜 3视场光阑 6干预滤光片 7CCD面阵探测器 8输出信号 9目镜 10分光镜 11压电陶瓷 13反射镜 14参考基准板 15分光板 16被测工件314.2.3 外表粗糙度和外表微观形貌测量外表粗糙度和外表微观形貌测量 表面微观形貌a）表面形貌干涉条纹 b）表面三维形貌a）b）相位值：轮廓高度：324.3.1 加工外表层冷作硬化加工外表层冷作硬化 概述概述qq 加工硬化加工硬化 机械加工时，工件外表层金属受到切削力的机械加工时，工件外表层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使外表层的强滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使外表层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。强化。qq 加工硬化度量加工硬化度量 表层金属显微硬度表层金属显微硬度 HV HV 硬化层深度硬化层深度 h hmm 硬化程度硬化程度 N N式中 HV 硬化层显微硬度HV；HV0 基体层显微硬度HV。外表层冷作硬化的程度决定于产生塑性变外表层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。形的力、变形速度及变形时的温度。p冷作硬化产生的原因冷作硬化产生的原因 4.3.1 加工外表层冷作硬化加工外表层冷作硬化 力越大，塑性变形越大，那么硬化程度越大；力越大，塑性变形越大，那么硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，那么硬化程度越小；速度越大，塑性变形越不充分，那么硬化程度越小；变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。形后金相组织的恢复程度。切削加工时外表层的硬化是不稳定的，一有条件，切削加工时外表层的硬化是不稳定的，一有条件，就会产生弱化现象：就会产生弱化现象：假设温度超过假设温度超过0.250.30T熔熔化绝对温度，熔熔化绝对温度，那么除了强化现象外，同时还有回复现象，此时歪扭那么除了强化现象外，同时还有回复现象，此时歪扭的晶格局部得到恢复，减低了冷硬作用；的晶格局部得到恢复，减低了冷硬作用；u 结论：结论：机械加工时外表层的冷作硬化就是机械加工时外表层的冷作硬化就是强化作用和回复作用的综合结果。强化作用和回复作用的综合结果。4.3.1 加工外表层冷作硬化加工外表层冷作硬化 切削温度越高、高温持续时间越长、强化程度越切削温度越高、高温持续时间越长、强化程度越大，那么回复作用也就越强。大，那么回复作用也就越强。因此对高温下工作的零件，能保证疲劳强度的最因此对高温下工作的零件，能保证疲劳强度的最正确外表层是没有冷硬层或者只有极小正确外表层是没有冷硬层或者只有极小1020m冷作硬化的外表层。冷作硬化的外表层。如果温度超过0.30T熔就会发生金属再结晶，此时由于强化而改变了的外表层物理机械性能几乎可以完全恢复。354.3.1 加工外表层冷作硬化加工外表层冷作硬化 影影响响切切削削加加工工外外表表冷冷作作硬化因素硬化因素 f f 切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬qq 切削用量影响qq 刀具影响 r r塑变塑变冷硬冷硬 其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显 后后刀刀面面磨磨损损影影响响显显著著综综合合作作用用00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v=40(m/min)f =0.120.2(mm/z)后刀面磨损对冷硬影响qq 工件材料 材料塑性材料塑性，冷硬倾向，冷硬倾向 切切削削速速度度影影响响复复杂杂力力与与热热综综合作用结果合作用结果 切削深度影响不大切削深度影响不大f 和 v 对冷硬的影响硬度(HV)0f(mm/r)0.20.40.60.8v=170(m/min)135(m/min)100(m/min)50(m/min)100200300400工件材料：45364.3.1 加工外表层冷作硬化加工外表层冷作硬化 影响磨削加工外表冷作硬化因素影响磨削加工外表冷作硬化因素qq 磨削用量qq 砂轮qq 工件材料 磨削速度磨削速度 塑变塑变 温度温度 冷硬程度冷硬程度 弱化作用加强弱化作用加强 工件转速工件转速温度温度 冷硬程度冷硬程度 弱化作用减弱弱化作用减弱 纵向进给量影响复杂综合作用纵向进给量影响复杂综合作用 磨削深度磨削深度 磨削力塑变冷硬程度冷硬程度 砂轮粒度砂轮粒度冷硬程度冷硬程度 砂轮硬度、组织影响不显著砂轮硬度、组织影响不显著 材料塑性材料塑性 塑变 冷硬倾向冷硬倾向 材料导热性材料导热性 温度 冷硬倾向冷硬倾向 磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削374.3.1 加工外表层冷作硬化加工外表层冷作硬化 冷作硬化测量方法冷作硬化测量方法qq 表层显微硬度HVqq 硬化层深度测量 斜截面测量可同时测出硬化层深度斜截面测量可同时测出硬化层深度 h h 显微硬度计采用顶角为显微硬度计采用顶角为136136金刚石压头，载荷金刚石压头，载荷 2N2N斜截面测量显微硬度斜截面测量显微硬度384.3.2 外表金属金相组织变化外表金属金相组织变化 磨磨削削加加工工时时切切削削力力大大功功率率消消耗耗远远远远大大于于其其它它切切削削方方法法，切切削削速速度度高高通通常常4050m/s4050m/s，高高达达80200m/s80200m/s ，磨磨削削区区温温度度高高短短时间内可上升到时间内可上升到4001000C4001000C，甚至更高。，甚至更高。这这样样大大的的加加热热速速度度，促促使使加加工工外外表表局局部部形形成成瞬瞬时时热热聚聚集集现现象象，有有很很高高温温升升和和很很大大的的温温度度梯梯度度，出出现现金金相相组组织织的的变变化化，强强度度和和硬硬度下降，产生剩余应力，甚至引起裂纹，这就是磨削烧伤现象。度下降，产生剩余应力，甚至引起裂纹，这就是磨削烧伤现象。切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其邻近区域产生了一定的温升，当工件表层温度到达或超过金属材料相变温度时，表层金相组织、显微硬度发生变化，并伴随剩余应力产生，同时出现彩色氧化膜。外表层金相组织变化外表层金相组织变化外表层金相组织变化外表层金相组织变化 一般的切削加工方法不太严重，磨削时易产生磨削烧伤现象。39u外表颜色与烧伤之间的关系：外表颜色与烧伤之间的关系：u 黑黑u 青青u 淡青淡青u 米黄米黄u 淡黄淡黄4.3.2 外表金属金相组织变化外表金属金相组织变化 磨削淬火钢时，由于磨削烧伤，工磨削淬火钢时，由于磨削烧伤，工件外表产生氧化膜并呈现出不同颜色，件外表产生氧化膜并呈现出不同颜色，相当于钢的回火色。相当于钢的回火色。不同的烧伤色表示受到不同温度的不同的烧伤色表示受到不同温度的作用与产生不同的烧伤深度。有时外作用与产生不同的烧伤深度。有时外表虽看不出变色，但并不等于外表未表虽看不出变色，但并不等于外表未受热损伤。受热损伤。例如在磨削过程中由于采用过大的例如在磨削过程中由于采用过大的磨削用量，造成了很深的烧伤层，以磨削用量，造成了很深的烧伤层，以后的无进给磨削中磨去了外表的烧伤后的无进给磨削中磨去了外表的烧伤色，而未能除去烧伤层，那么留在工色，而未能除去烧伤层，那么留在工件上的烧伤层就会成为使用中的隐患。件上的烧伤层就会成为使用中的隐患。回火烧伤回火烧伤 磨削区温度超过马氏体转变温度磨削区温度超过马氏体转变温度(350)而未超过相而未超过相变温度变温度(Ac3)，那么工件外表原来的马氏体组织将产生，那么工件外表原来的马氏体组织将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组织回火现象，转化成硬度降低的回火组织索氏体或索氏体或屈氏体；屈氏体；淬火烧伤淬火烧伤 磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，由于冷却液的急冷作用，表层会出现二次淬火马氏体，由于冷却液的急冷作用，表层会出现二次淬火马氏体，硬度较原来的回火马氏体高，而它的下层那么因为冷硬度较原来的回火马氏体高，而它的下层那么因为冷却缓慢成为硬度降低的回火组织。却缓慢成为硬度降低的回火组织。退火烧伤退火烧伤(最为严重最为严重)不用冷却液进行干磨削时，磨削区温度超过相变不用冷却液进行干磨削时，磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，因工件冷却缓慢，那么温度，马氏体转变为奥氏体，因工件冷却缓慢，那么表层硬度急剧下降，这时工件表层被退火。表层硬度急剧下降，这时工件表层被退火。p磨削淬火钢时外表层产生的烧伤有以下三种：磨削淬火钢时外表层产生的烧伤有以下三种：4.3.2 外表金属金相组织变化外表金属金相组织变化 磨削温度组织变化磨削温度组织变化磨削温度组织变化磨削温度组织变化)温度梯度组织变化不同温度梯度组织变化不同温度梯度组织变化不同温度梯度组织变化不同)冷却速度得到组织不同冷却速度得到组织不同冷却速度得到组织不同冷却速度得到组织不同)p影响磨削加工时金相组织变化的因素影响磨削加工时金相组织变化的因素 4.3.2 外表金属金相组织变化外表金属金相组织变化 工件材料工件材料工件材料工件材料 低碳钢时不会发生相变；低碳钢时不会发生相变；高合金钢如轴承钢、高速钢、镍铬钢等传热性特别差，在冷高合金钢如轴承钢、高速钢、镍铬钢等传热性特别差，在冷却不充分时易出现磨削烧伤。却不充分时易出现磨削烧伤。未淬火钢为扩散度低的珠光体，磨削时间短时不会发生金相未淬火钢为扩散度低的珠光体，磨削时间短时不会发生金相组织的变化；组织的变化；淬火钢极易相变。淬火钢极易相变。424.3.2 外表金属金相组织变化外表金属金相组织变化 改改善善冷冷却却条条件件冷冷却却液液进进入入磨磨削削区区改善改善磨削烧伤的磨削烧伤的磨削烧伤的磨削烧伤的途径途径 合理选择砂轮合理选择砂轮磨削时，砂轮外表上磨粒的切削刃口磨削时，砂轮外表上磨粒的切削刃口锋利锋利磨削力磨削力磨削区的温度磨削区的温度应根据工件材料合理选择砂轮的硬度、应根据工件材料合理选择砂轮的硬度、结合剂和组织结合剂和组织磨削烧伤磨削烧伤合理选择磨削用量合理选择磨削用量砂轮转速砂轮转速 磨削烧伤磨削烧伤径向进给量径向进给量fp 磨削烧伤磨削烧伤轴向进给量轴向进给量fa磨削烧伤磨削烧伤工件速度工件速度vw磨削烧伤磨削烧伤采用内冷却法磨削烧伤内冷却装置内冷却装置1 1锥形盖锥形盖 2 2通道孔通道孔 3 3中心腔中心腔 4 4有径向小孔薄壁套有径向小孔薄壁套采采用用开开槽槽砂砂轮轮冷冷却却条条件件好好间断磨削间断磨削 受热受热磨削烧伤磨削烧伤434.3.2 外表金属金相组织变化外表金属金相组织变化 图图3-24 开槽砂轮开槽砂轮 a 槽均匀分布槽均匀分布 b槽不均匀分布槽不均匀分布444.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 qq 外表层剩余应力外表层剩余应力 定义：定义：机械加工中工件外表层组织发生变化时，机械加工中工件外表层组织发生变化时，在外表层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡在外表层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力。这种应力即为外表层的剩余应力。的弹性力。这种应力即为外表层的剩余应力。p剩余应力产生的原因剩余应力产生的原因 冷态塑性变形冷态塑性变形 机械加工时，工件外表受到挤压与摩擦，表层产生机械加工时，工件外表受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生剩余压应力，而在里层产生剩余拉伸应力。产生剩余压应力，而在里层产生剩余拉伸应力。热态塑性变形热态塑性变形机械加工时，切削或磨削热使工件外表局部温升过机械加工时，切削或磨削热使工件外表局部温升过高，引起高温塑性变形。表层产生剩余拉应力，里层高，引起高温塑性变形。表层产生剩余拉应力，里层产生产生剩余压应力；产生产生剩余压应力；金相组织变化金相组织变化切削时产生的高温会引起外表的相变。比容大的组切削时产生的高温会引起外表的相变。比容大的组织织比容小的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。产生压应力。454.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 qq 实际机械加工后的外表层剩余应力及其分布，是上述实际机械加工后的外表层剩余应力及其分布，是上述三方面因素综合作用的结果，在一定条件下，其中某一三方面因素综合作用的结果，在一定条件下，其中某一或二种因素可能起主导作用。或二种因素可能起主导作用。切削时切削热不多一般切削加工时那么以冷态塑性变形切削时切削热不多一般切削加工时那么以冷态塑性变形为主，外表层常产生剩余压缩应力。假设切削热多那么以热态为主，外表层常产生剩余压缩应力。假设切削热多那么以热态塑性变形为主，外表层常产生剩余拉伸应力。塑性变形为主，外表层常产生剩余拉伸应力。磨削时外表层剩余应力岁磨削条件不同而不同：磨削时外表层剩余应力岁磨削条件不同而不同：轻磨削条件产生浅而小的剩余压应力，因为此时没有金相组轻磨削条件产生浅而小的剩余压应力，因为此时没有金相组织变化，温度影响也很小，主要是塑性变形的影响在起作用。织变化，温度影响也很小，主要是塑性变形的影响在起作用。中等磨削条件产生浅而大的拉应力。中等磨削条件产生浅而大的拉应力。淬火钢重磨削条件那么产生深而大的拉应力最外外表可能淬火钢重磨削条件那么产生深而大的拉应力最外外表可能出现小而浅的压应力，这里显然是由于热态塑性变形和金相出现小而浅的压应力，这里显然是由于热态塑性变形和金相组织变化的影响在起主导作用的缘故。组织变化的影响在起主导作用的缘故。464.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 v v剩余应力剩余应力 热应力起主热应力起主导作用导作用qq 切削用量切削用量 材料塑性材料塑性剩余应力剩余应力 铸铸铁铁等等脆脆性性材材料料易易产产生生剩剩余余压应力压应力 不同材料差异明显不同材料差异明显f 对残余应力的影响工件：45，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 残余应力(Gpa)0.2000.200100200300400距离表面深度(m)f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r f f剩余应力剩余应力 切削深度影响不显著切削深度影响不显著vc 对残余应力的影响0=5,0=5,r=75,r=0.8mm,工件：45切削条件：ap=0.3mm,f=0.05mm/r,不加切削液050100150200距离表面深度(m)残余应力(Gpa)-0.2000.20vc=213m/minvc=86m/minvc=7.7m/min影响残余应力的工艺因素影响残余应力的工艺因素u切削加工切削加工 qq 工件材料工件材料474.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 低速低速6 620m/min20m/min剩余拉伸应力热应力起主导作用剩余拉伸应力热应力起主导作用 中速中速200200250m/min250m/min剩余压缩应力剩余压缩应力 高速高速500500850m/min850m/min剩余压缩应力金相组织变化起主导剩余压缩应力金相组织变化起主导作用作用vv 18CrNiMoA 18CrNiMoA车削剩余应力车削剩余应力切削速度对残余应力的影响切削速度对残余应力的影响484.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 qq 刀具影响刀具影响 前前角角+，剩剩余余拉应力拉应力 刀刀具具磨磨损损剩剩余余应力应力 494.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 q磨削过程中剩余应力的影响磨削过程中剩余应力的影响磨削加工磨削加工磨削加工磨削加工时表面层的残余应力时表面层的残余应力总的来说，磨削加工中热态塑性变形和金相组织变总的来说，磨削加工中热态塑性变形和金相组织变化的影响较大，故大多数磨削零件的外表层往往有剩化的影响较大，故大多数磨削零件的外表层往往有剩余拉应力。余拉应力。当剩余拉应力超过材料的强度极限时，零件外表就当剩余拉应力超过材料的强度极限时，零件外表就会出现裂纹，即磨削裂纹。会出现裂纹，即磨削裂纹。p磨削裂纹磨削裂纹磨削裂纹一般很浅磨削裂纹一般很浅0.25.050mm，大多数垂直，大多数垂直于磨削方向或成网状磨螺纹时有时也有平行于磨削于磨削方向或成网状磨螺纹时有时也有平行于磨削方向的裂纹，裂纹总是拉应力引起的，且常与烧伤方向的裂纹，裂纹总是拉应力引起的，且常与烧伤同时出现。同时出现。有的磨削裂纹也可能不在工件的外外表，而是在外有的磨削裂纹也可能不在工件的外外表，而是在外表层下成为肉眼难以发现的缺陷。表层下成为肉眼难以发现的缺陷。50图图8.12 8.12 磨削裂纹磨削裂纹4.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 514.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 v v 温度温度 拉应力倾向拉应力倾向 qq 磨削用量磨削用量 f f 工件转速工件转速 塑变塑变塑变塑变 拉应力拉应力 背吃刀量：影响很大背吃刀量：影响很大 ap ap很小很小压应力塑性变形起主要作用；压应力塑性变形起主要作用；增大增大拉应力热变形起主要作用；拉应力热变形起主要作用；再增大再增大压应力塑性变形起主要作用；压应力塑性变形起主要作用；磨削残余应力的影响因素磨削残余应力的影响因素磨削工业铁背吃刀量残余应力磨削工业铁背吃刀量残余应力磨削磨削T8T8钢背吃刀量残余应力钢背吃刀量残余应力524.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 材料强度材料强度 导热性导热性 塑性塑性 拉应力倾向拉应力倾向 qq 工件材料工件材料磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所以特别容易产生磨削裂纹。差，所以特别容易产生磨削裂纹。磨削含碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削含碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。磨削裂纹。工件在淬火后如果存在剩余应力，那么即使在正常的磨削工件在淬火后如果存在剩余应力，那么即使在正常的磨削条件下也可能出现裂纹。条件下也可能出现裂纹。qq 工件材料的热处理工件材料的热处理工件淬火后在磨削前进行去除应力的工序能收到很好的效果。工件淬火后在磨削前进行去除应力的工序能收到很好的效果。渗碳、渗氮时如果工艺不当，就会在外表层晶界面上析出脆渗碳、渗氮时如果工艺不当，就会在外表层晶界面上析出脆性的碳化物、氮化物，当磨削时在热应力作用下，就容易沿着性的碳化物、氮化物，当磨削时在热应力作用下，就容易沿着这些组织发生脆性破坏，而出现网状裂纹。这些组织发生脆性破坏，而出现网状裂纹。p冷却方法冷却方法选择适宜的磨削液和有效的冷却方法。选择适宜的磨削液和有效的冷却方法。采用高压大流量冷却采用高压大流量冷却内冷却内冷却加装空气挡板，减轻旋转的加装空气挡板，减轻旋转的砂轮外表的高压附着气流的作砂轮外表的高压附着气流的作用，以使冷却液能顺利地喷注用，以使冷却液能顺利地喷注到磨削区。到磨削区。544.3.3 外表金属剩余应力外表金属剩余应力 最终工序加工方法选择最终工序加工方法选择qq交变载荷交变载荷易产生局部微观裂纹，选压应力易产生局部微观裂纹，选压应力qq 滑动摩擦滑动摩擦拉应力抗机械磨损挤压压溃拉应力抗机械磨损挤压压溃qq 滚动摩擦滚动摩擦外表层下外表层下h h深处产生压应力有利深处产生压应力有利a a）b b）应力分布应力分布a a）滑动摩擦）滑动摩擦 b b）滚动摩擦）滚动摩擦 外表剩余应力将直接影响零件的使用性能，一般工件外表剩外表剩余应力将直接影响零件的使用性能，一般工件外表剩余应力的数值和性质主要取决于工件最终加工工序的加工方法。余应力的数值和性质主要取决于工件最终加工工序的加工方法。零件的具体工作条件零件的具体工作条件554.3.4 外表强化工艺外表强化工艺 是一种用压缩空气或离心力将大量直径细小0.24mm的丸粒钢丸、玻璃丸以3050m/s的速度向零件外表喷射的方法。可可使使工工件件外外表表产产生生冷冷硬硬层层和和压压应应力力,提高疲劳强度和使用寿命；提高疲劳强度和使用寿命；喷丸强化喷丸强化 用用于于强强化化形形状状复复杂杂或或不不宜宜用用其其它它方方法法强强化化的的工工件件，例例如如板板弹弹簧簧、螺螺旋旋弹弹簧簧、齿轮、焊缝等齿轮、焊缝等珠丸挤压引起残余应力 压缩拉伸塑性变形区域外外表表硬硬度度提提高高10104040，耐耐疲疲劳劳强强度度提提高高30305050，使使用用寿寿命命可可提提高高数数倍倍至至数数十十倍倍。如如齿齿轮轮可可提提高高倍倍，螺螺旋旋弹弹簧簧可可提提高高倍倍以上。以上。硬化深度可达.mm,外表粗糙度可自4.降到.。564.3.4 外表强化工艺外表强化工艺 利利用用淬淬硬硬和和精精细细研研磨磨过过的的滚滚轮轮或或滚滚珠珠，在在常常温温状状态态挤挤压压金金属属外外表表，使使表表层层材材料料产产生生塑塑性性流流动动，将将凸凸起起局局部部下下压压下下，凹凹下下局局部部上上凸凸，形形成新的光洁外表。成新的光洁外表。修修正正工工件件外外表表的的微微观观几几何何形形状状,形形成成压压缩缩剩剩余余应应力力，提提高高耐耐疲疲劳劳强强度。度。滚压加工原理图滚压加工滚压加工外表粗糙度可自.降至.，外表硬度提高1040，外表硬化深度达.mm，耐疲劳强度提高3050。57第第4 4章章 机械加工外表质量及其控制机械加工外表质量及其控制Analysis and Control of Machining Analysis and Control of Machining Surface QualitySurface Quality4.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动Vibrations in machining Process机械制造工艺学机械制造工艺学 584.4.1 概述概述 机械加工过程中振动的危害机械加工过程中振动的危害v 振动会在工件加工外表出现振纹，降低了工件的加工精度和振动会在工件加工外表出现振纹，降低了工件的加工精度和外表质量，低频振动时会产生波度；外表质量，低频振动时会产生波度；v 振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；v 振动使机床夹具连接局部松动，影响运动副的工作性能，并振动使机床夹具连接局部松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度；导致机床丧失精度；v 产生噪声污染，危害操作者健康产生噪声污染，危害操作者健康v 影响生产效率影响生产效率 机械加工过程中振动的类型机械加工过程中振动的类型自由振动强迫振动自激振动594.4.1 概述概述 v 工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。v 由于系统中存在阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。自由振动自由振动604.4.2 机械加工过程中强迫振动机械加工过程中强迫振动强迫振动产生原因强迫振动产生原因v 由稳定的外界周期性的干扰力激振力作用引起；v除了力之外,但凡随时间变化的位移、速度和加速度，也可以激起系统的振动。v强迫振动振源：机外机内。机外：其他机床、锻锤、火车、卡车等通过地基把振动传给机床机外：其他机床、锻锤、火车、卡车等通过地基把振动传给机床 机内：机内：1 1回转零部件质量的不平衡旋转零件的质量偏心回转零部件质量的不平衡旋转零件的质量偏心 2 2机机床床传传动动件件的的制制造造误误差差和和缺缺陷陷如如齿齿轮轮啮啮合合时时的的冲冲击击、皮带皮带 轮轮圆圆度度误误差差及及皮皮带带厚厚度度不不均均引引起起的的张张力力变变化化，滚滚动动轴承的套圈和滚轴承的套圈和滚 子尺寸及形状误差子尺寸及形状误差 3 3切切削削过过程程中中的的冲冲击击如如往往复复部部件件的的冲冲击击；液液压压传传动动系系统的压力统的压力 脉动；断续切削时的冲击振动脉动；断续切削时的冲击振动614.4.2 机械加工过程中强迫振动机械加工过程中强迫振动 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振 相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关强迫振动的特征强迫振动的特征62 图1 内圆磨削振动系统 a)模型示意图 b动力学模型 c受力图p强迫振动的运动方程强迫振动的运动方程4.4.2 机械加工过程中强迫振动机械加工过程中强迫振动634.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动自激振动自激振动(颤振颤振)的概念的概念 在在没没有有周周期期性性外外力力(相相对对于于切切削削过过程程)作作用用下下，由由系系统统内内部部激激发反响产生的周期性振动发反响产生的周期性振动 自自激激振振动动过过程程可可用用传传递递函函数数概念说明概念说明电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程）u 切削过程本身能引起某种交变切削力，而振动系统能通过这种力切削过程本身能引起某种交变切削力，而振动系统能通过这种力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性的获得补充能量，从而维的变化，从不具备交变特性的能源中周期性的获得补充能量，从而维持住这个振动。当运动一停止，那么这种外力的周期性变化和能量的持住这个振动。当运动一停止，那么这种外力的周期性变化和能量的补充过程也都立即停止。工艺系统中维持自激振动的能量来自机床电补充过程也都立即停止。工艺系统中维持自激振动的能量来自机床电动机，电动机除了供给切除切屑的能量外，还通过切削过程把能量输动机，电动机除了供给切除切屑的能量外，还通过切削过程把能量输给振动系统，使工艺系统产生振动运动。给振动系统，使工艺系统产生振动运动。644.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动 自自激激振振动动能能否否产产生生及及振振幅幅的的大大小小取取决决于于振振动动系系统统在在每每一一个个周周期期内内获获得得和和消消耗耗的能量比照情况的能量比照情况自激振动系统能量关系A B C能量EQEE0振幅自激振动的特征自激振动的特征 机械加工中的自激振动是在没有周期性外力机械加工中的自激振动是在没有周期性外力(相对于切削过程而言相对于切削过程而言)干扰下所产生的振动运动，这一点与强迫振动有原那么区别。干扰下所产生的振动运动，这一点与强迫振动有原那么区别。自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或者说，颤振频率取自激振动的频率接近于系统的某一固有频率，或者说，颤振频率取决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同，强迫振动的频决于振动系统的固有特性。这一点与强迫振动根本不同，强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。率取决于外界干扰力的频率。自激振动是一种不衰减的振动。振动过程本身能引起某种不衰减的自激振动是一种不衰减的振动。振动过程本身能引起某种不衰减的周期性变化，而振动系统能通过这种力的变化，从不具备交变特性的能周期性变化，而振动系统能通过这种力的变化，从不具备交变特性的能源中周期性的获得补充能量，从而维持住这个振动。源中周期性的获得补充能量，从而维持住这个振动。自激振动由振动系统本身参数决定，自激振动由振动系统本身参数决定，与强迫振动显著不同。与强迫振动显著不同。自由振动受阻尼自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动不会因阻作用将迅速衰减，而自激振动不会因阻尼存在而衰减。尼存在而衰减。65l 产生自激振动的条件产生自激振动的条件4.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动66图图3-33 单自由度机械加工振动模型单自由度机械加工振动模型 a 振动模型振动模型 b 力与位移的关系图力与位移的关系图4.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动67 当当W振出振出W振入时，刀架振动系统将有持续的自激振入时，刀架振动系统将有持续的自激振动产生。振动产生。4.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动68p三种情况：三种情况：W振出=W振入+W摩阻振入时，系统有稳幅的自激振动；W振出W振入+W摩阻振入时，系统为振幅递增的自激 振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动；W振出 W振入+W摩阻振入时，系统为振幅递减的自激 振动，至一定程度，系统有稳幅的自激振动；故振动系统产生自激振动的根本条件是：故振动系统产生自激振动的根本条件是：W振出振出W振入振入或或 FP振出振出FP振入振入4.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动694.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动qq 再生原理自激振动机理自激振动机理如下图，车刀只做横向进给。在稳定的切削过程中，刀架系统因材料的硬点，加工余量不均匀，或其它原因的冲击等，受到偶然的扰动。刀架系统因此产生了一次自由振动，并在被加工外表留下相应的振纹。当工件转过一转后，刀具要在留有振纹的外表上切削，因切削厚度发生了变化，所以引起了切削力周期性的变化。产生动态切削力。将这种由于切削厚度的变化而引起的自激振动，称为“再生颤振。图图 自由正交切削自由正交切削时再生颤振的产生时再生颤振的产生704.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动qq产生条件产生条件产生条件产生条件再生自激振动原理图f切入 切出y0ya）b）y0y切入 切出fc）fy0y切入 切出d）切入 切出fy0y 图图图图中中中中 a ab bc c系系系系统统统统无无无无能能能能量量量量获获获获得得得得；d d此此此此时时时时切切切切出出出出比比比比切切切切入入入入半半半半周周周周期期期期中中中中的的的的平平平平均均均均切切切切削削削削厚厚厚厚度度度度大大大大，切切切切出出出出时时时时切切切切削削削削力力力力所所所所作作作作正正正正功功功功获获获获得得得得能能能能量量量量大大大大于于于于切切切切入入入入时时时时所所所所作负功，系统有能量获得，产生自激振动。作负功，系统有能量获得，产生自激振动。作负功，系统有能量获得，产生自激振动。作负功，系统有能量获得，产生自激振动。图中绿线表示前一转切削图中绿线表示前一转切削的工件外表振纹，红线表示的工件外表振纹，红线表示后一转切削的外表。后一转切削的外表。a前后两转的振纹没前后两转的振纹没有相位差有相位差=0图图a b前后两转的振纹相前后两转的振纹相位差为位差为=图图b c后一转的振纹相位超后一转的振纹相位超前图前图c d后一转的振纹相位滞后图后一转的振纹相位滞后图du 结论：在再生颤振中，只有当结论：在再生颤振中，只有当后一转的振纹的相位滞后于前一转振后一转的振纹的相位滞后于前一转振纹时纹时才有可能产生再生颤振。才有可能产生再生颤振。71apfaB振动方向XDfbbda）切削b）磨削rr，重重 迭迭 系系 数数 前一次走刀工件外表形成的波纹面宽度在相继的后一次走刀前一次走刀工件外表形成的波纹面宽度在相继的后一次走刀的有效宽度中所占的比例，用的有效宽度中所占的比例，用表示。表示。p重迭系数对再生颤振的影响重迭系数对再生颤振的影响 在纵向切削或磨削工件外表时，后一次走刀在纵向切削或磨削工件外表时，后一次走刀(进给进给)和前一次走和前一次走刀进给总会有局部重叠，有重迭切削，那么可能发生再生颤刀进给总会有局部重叠，有重迭切削，那么可能发生再生颤振。振。4.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动72 一般 01，轴向切削时，01 径向切入前后两次走刀完全重叠时，=1如切槽、钻、端铣等 车方牙螺纹，=0，无重迭切削，不可能 发生再生颤振。4.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动u在金属切削过程中，除极少数情况外，刀具总是局在金属切削过程中，除极少数情况外，刀具总是局部地或完全地在带有波纹的外表上进行切削的。部地或完全地在带有波纹的外表上进行切削的。式中 bd 等效切削宽度，即本次切削实际切到上次切削残留振纹 在垂直于振动方向投影宽度；b 本次切削在垂直于振动方向上的切削宽度；B,fa 砂轮宽度与轴向进给量。734.4.2 机械加工中的自激振动机械加工中的自激振动qq 振型耦合原理 振振动动系系统统实实际际上上都都是是多多自自由由度度的的，如如图图是是一一个个二二自自由由度度振振动动系系统统示示意意图图。不不考考虑虑再再生生效效应应，当当刀刀架架系系统统产产生生了了角角频频率率为为的的振振动动，那那么么刀刀架架将将在在x1和和x2两两个个方方向向上上