机械制造质量分析与控制

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,137,湖北汽车工业学院机械工程学院,提升生活品质，由机械开始,第5,章 机械制造质量分析与控制,机 械 制 造 工 程 学,第五章 机械制造质量分析与控制,5.1,机械加工精度,5.2,工艺过程的统计分析,5.3,机械加工表面质量,5.1,机械加工精度,5.1.1,概述,1.,加工精度与加工误差,加工精度,是指加工后零件表面的,实际尺寸、形状、位置三种几何参数,与图纸要求的理想几何参数的,符合程度。,加工误差,是指加工后零件实际尺寸、形状、位置三种几何参数与理想几何参数的,偏离数值,。,零件的理想几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸，对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面、直线等，对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴，对称和一定的角度等。,加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。,加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高，加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。,指在正常加工条件下,(,采用符合质量标准的加工设备、工艺装备和,标准技术等级的工人,）所能保证的加工精度和表面质量。,2.,加工经济精度,3.,原始误差,在机械加工中,不允许产生加工误差是做不到的,，,从零件的功能看，一般也是不必要的。所以，,只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度。,机械加工中,，,零件的实际几何参数的形成主要取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置。,而工件和刀具的相互位置取决于机床和夹具。因此，,在机械加工中，工件、刀具、机床和夹具形成了加工的系统，通常把这一系统称为工艺系统。,工艺系统实际上不可避免的存在着种种误差，这些误差必将直接影响工件加工后的精度。,工艺系统的误差通过加工过程直接反映到工件上，而形成加工误差。通常把工艺系统的误差称为,原始误差,。,加工误差与原始误差是一个因果关系。,除了上述形成原始误差的工艺系统误差以外，影响加工误差的还有其它许多因素，所以也可以把产生加工误差的来源扩大为机械制造系统。可以把,机械制造系统视为工艺系统,。,尺寸精度,形状精度,位置精度,（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）,加工精度,表面质量,表面几何形状精度,表面缺陷层,表层加工硬化,表层金相组织变化,表层残余应力,加工质量包含的内容,原始误差可由施行方法、机械实体、切削过程三个部分组成，即原始误差可分为三大类十二项：,施行方法误差包括以下四项原始误差：,原理误差、安装误差、调整误差、测量误差,机械实体误差包括以下四项原始误差：,机床误差、夹具误差、刀具误差、毛坯误差,切削过程误差包括以下四项原始误差：,工艺系统受力变形误差、工艺系统受热变形误差、,工艺系统磨损误差、内应力变形误差,4.,误差敏感方向的概念,原始误差对加工误差的影响程度，主要取决于原始误差是否作用在加工误差的敏感方向上。所谓,敏感方向是指切削平面的法线方向，即法向分量。,作用在敏感方向上的原始误差将以,1:1,的关系转化为加工误差。它对加工误差影响最大。其它方向的原始误差对加工误差的影响都不同程度地减小。,根据敏感方向的特点，可将机床分为两大类：,一类是敏感方向固定的机床，如车床。,因刀具是固定的，切削时其切削平面固定不变，故其敏感方向保持不变。,另一类是敏感方向变化的机床，如镗床。,因刀具是回转的，切削时其切削平面将随刀尖的旋转而变化的，故其敏感方向是变化的。因此对这类机床的主轴回转精度要求要严格一些。,5.1.2,工艺系统几何误差,1.,机床的几何误差,机床的几何误差包括：,主轴的回转误差、导轨的导向误差和传动链的传动误差,三方面。,1,）主轴的纯径向跳动,2,）主轴的纯轴向窜动,3,）主轴的纯角度摆动,4,）轴心漂移,（,1,）主轴的回转误差,任一瞬时主轴回转轴线沿平行于理论回转轴线方向的径向运动。,1,）主轴的纯径向跳动,敏感方向固定对车外圆尺寸精度的影响,敏感方向变化对镗孔尺寸精度的影响,2,）主轴的纯轴向窜动,任一瞬时主轴回转轴线沿平均理论回转轴线的轴向运动。,任一瞬时主轴回转轴线相对于理论回转轴线成一定倾角的运动。,3,）主轴的纯角度摆动,镗孔时纯角度摆动对直径尺寸的影响,1,）导轨在水平面内的直线度误差,2,）导轨在垂直面内的直线度误差,3,）两导轨间的平行度误差,（,2,）导轨的导向误差,1,）导轨在水平面内的直线度误差,2,）导轨在垂直面内的直线度误差,3,）,两导轨间的平行度误差,传动链误差是指,刀具与工件间的速比有误差,。有些加工方式在加工中要求刀具运动速度与工件的运动速度有一定的跟踪关系。这时若速度跟踪值产生偏差，就会造成加工误差。如,车螺纹时，要求工件转过一转，刀具跟踪移动一个导程，若有传动链误差，则使工件产生导程误差，又如单头滚刀滚齿时，要求滚刀转过一转；工件跟踪转过一个齿距，若有传动链误差，则使工件的齿距或齿厚产生误差。,（,3,）传动链的传动误差,传动链误差是由,传动链中某些环节的周期性误差分量合成的。,而各个环节的误差是由元件的,制造误差和装配质量、磨损程度、结构的刚度、惯性等因素决定的,。,（,3,）传动链的传动误差,2.,刀具误差,刀具的,制造与,磨损,误差,对加工精度的影响，随刀具的种类不同而不同。,（,1,）对于定尺寸刀具：,刀具的尺寸误差直接影响工件表面的尺寸误差。如麻花钻、扩孔钻、绞刀、丝锥、镗刀、键槽铣刀、圆孔拉刀等。,（,2,）对于成形刀具：,刀具的形状误差直接影响工件表面的形状误差。如成形车刀、成形铣刀及成形砂轮等。,（,3,）对于用展成法加工的刀具：,刀具的形状误差将直接影响加工表面的形状误差；如齿轮滚刀和插齿刀等。,（,4,）对于一般刀具：,是靠刀尖轨迹产生加工表面的，刀尖位置是由调整达到的，所以刀具的误差对工件精度没有直接影响。但这些刀具的,几何参数和形状不适当，将影响加工表面的粗糙度，波纹度等表面层质量。,如车刀、镗刀、立铣刀、盘铣刀等。,夹具本身的制造误差和它们之间的相互位置误差以及使用过程中的磨损，构成了夹具误差。,夹具误差将直接或间接引起刀具与工件之间的相对位置误差，从而造成工件的加工误差。,对加工误差的影响程度取决于元件误差的方向和工件位置误差的敏感方向。,夹具误差包括定位误差、夹紧误差、磨损误差、对刀或导引误差以及夹具的安装误差。,3,夹具的几何误差,5.1.3,调整误差,1试切法调整,1） 测量误差：,2） 加工余量的影响：,3） 机床微量进给的影响：,2定程机构调整,3. 样件或样板调整,（,1,）工艺系统的刚度,刚度：指物体受外力作用时抵抗变形的能力。以外力,F,与受力方向上的变形,y,的比值,K,表示：,5.1.4,工艺系统受力变形引起的误差,工艺,系统的受力变形是指工艺系统在,切削力、传动力、惯性力，重力，夹紧力作用下形成的变形。,这些变形通常按弹性变形近似处理。受力变形主要取决于两大因素：,一是工艺实体的刚度，二是力源。,在切削过程中受到三个方向的力,( )，,同时，工艺系统受力变形,不单是构件的弹性变形,，它还包括工艺系统,各组成元件之间的接触变形，位移、间隙消除等,。因此，工艺系统刚度是一个特定的概念，,它是按实际受力情况、敏感方向、考虑到力与位移方向的一致性来定义的。,工艺系统刚度：指工件加工表面在切削法向分力,F,y,的作用下，刀具相当于工件在该方向上位移,y,的比值 K,可按材料力学的有关公式求得其近似值。,悬臂梁公式：,简支梁公式：,1,）工件和刀具的刚度,2,）机床（夹具）部件的刚度,机床部件的变形曲线及其特点,（三次加载与卸载变形曲线的特点）,变形曲线是非线性的。不符合虎克定律，反映出部件的变形不仅仅是弹性变形。,加载曲线与卸载曲线不重合。表明在加卸载过程中有能量消耗。,卸载后变形曲线不能回到起始点。表明在变形过程中存在塑性变形和残余变形。,部件的变形曲线与单个构件的变形曲线相差较大。,接触变形（接触表面质量）的影响,刚度较差的零件的影响,预紧力的影响,摩擦力的影响,间隙的影响,影响机床刚度的主要因素,工艺系统在某一处的法向总变形,y,是各个组成环节在同一处的法向变形的迭加：,分别为机床受力变,形,y,jc,、夹具变形,y,jj,、刀具变形,y,d,、工件变形,y,g,工艺系统刚度的计算,工艺系统的刚度及其组成,（,2,） 工艺系统受力变形对加工精度的影响,1,）,切削力大小的变化对加工精度的影响,因切削力大小的变化而引起的加工误差称为误差复映现象。用误差复映系数,的大小表示其影响程度。,工,y,1,y,2,; ,毛,P1,P2,总,1,2,3,4,n,2,）切削力作用位置的变化对加工精度的影响,当工件刚性较好而机床刚性较差时,当机床刚性较好而工件刚性较差时,3,）工艺系统中其它作用力对加工精度的影响,夹紧力对加工精度的影响,重力对加工精度的影响,（,3,）提高工艺系统刚度的措施,1,）提高零件配合表面的接触刚度,2,）提高刀具与工件的安装刚度,3,）提高机床构件的刚度,4,）合理装夹工件,减少夹紧变形,5.1.5,工艺系统受热变形对加工精度的影响,（,1,）工艺系统的热源,1,）工艺系统内部热源：,切削热和摩擦热,2,）工艺系统外部热源,:,环境温度和热辐射,均匀变形与非均匀变形,（,2,）工件的热变形,（,3,）刀具的热变形,（,4,）机床的热变形,从结构上采取的措施,1,）采用热对称结构,2,）采用必要的隔热和散热措施,3,）采用热位移的方式以减少影响,4,）采用热补偿的方式以减少影响,从工艺上采取的措施,1,）控制环境温度,2,）采用热平衡措施,3,）大型设备季节性的调整,（,6,）减小热变形对加工精度影响的措施,5.1.6,工件内应力对加工精度的影响,（,1,） 毛坯制造中产生的内应力,（,2,） 冷校直过程中产生的内应力,5.1.7,测量误差,1,测量方法的影响,直接与间接,测量,、接触与非接触,测量,、主动与被动,测量,、静态与动态,测量,、绝对与相对,测量,等。,2,测量仪器精度的影响,测量仪器的工作原理，制造精度，测量精度。考虑,“,阿贝原则,”,。,3.,测量条件的影响,1,）人为因素,测量力、视力、分辨力、技术水平、责任心等。,2,）测量环境,温度、湿度、洁净度、磁场、振动等。,5.1.8,提高加工精度的途径,1,减少原始误差,2,转移原始误差,3,均分原始误差,4,均化原始误差,5,误差补偿,5.2,工艺过程的统计分析,5.2.1,误差性质的分类,1.,系统性误差,顺次加工一批工件时所产生的大小和方向不变或按一定规律变化的误差。,系统性误差又分为常值系统性误差和变值系统性误差。,1,）常值系统性误差,大小和方向保持不变的误差。,它不随时间等因素变化。如原理误差，调整误差、机械实体误差引起的加工误差等都是常值系统性误差。,大小和方向按一定规律变化的误差。,它可以线性变化，也可以是非线性变化。例如刀具在正常磨损阶段的磨损量与切削路程长度是近似线性的关系，该原始误差及其引起的加工误差都是线性变值系统性误差。而刀具的热伸长，在未达到热平衡状态时，其伸长量与时间呈指数曲线关系，这种原始误差及其加工误差为非线性的变值系统性误差。,2,）变值系统性误差,2.,随机性误差,顺次加工一批工件所产生的大小，方向无规律变化的误差称为随机性误差。,如毛坯误差、定位误差、夹紧误差，内应力变形等引起的加工误差都是随机性误差。,随机性误差只能通过数理统计方法来揭示其总体规律，然后采取措施加以控制。,在多数情况下，标志随机性加工误差的标准偏差统计值中隐含变值系统性误差，如果能通过点图法、相关分析法将其揭示出来，并采取针对性措施加以消除，其值是可以减小的。,1.,正态分布曲线分析法,正态分布曲线的函数表达式：,5.2.2,工艺过程的分布图分析法,正态分布曲线的特点：, 曲线对称于 ，以 为中点的正负偏差概率相等。, 曲线与X轴之间所围成的面积等于1。, 为正态分布随机变量总体的算术平均值。代表了一批工件加工尺寸的算术平均值，决定了一批工件加工尺寸的分布中心及其坐标位置。, 为正态分布随机变量的均方差。决定了正态分布曲线的形状和分散范围。,（,2,）非正态分布曲线,控制图应用,在实际生产过程中，坐标系及三条控制线是由质量管理人员事先经过工序能力调查及其数据 的收集与计算绘制好的。工序的操作人员按预先规定好的时间间隔抽取规定数量的样品，将样品的测定值或其统计量在控制图上打点并联接为质量波动曲线，并通过点子的位置及排 列情况判断工序状态。,控制图的类型,1,按用途划分,(1),分析用控制图,。用间隔取样的方法获得数据。依据收集的 数据计算控制线、作出控制图 ，并将数据在控制图上打点，以分析工序是否处于稳定状态，若发现异常，寻找原因，采取 措施，使工序处于稳定状态；若工序稳定，则进入正常工序控制。,(2),控制用控制图,。当判断工序处于稳定状态后，用于控制工序用的控制图。操作工人按规 定的取样方式获得数据，通过打点观察，控制异常因素的出现。,2,按质量特性值的类型及其统计量划分,由于数据分为计量值与计数值两大类。因此控制图分为计量值控制图和计数值控制图两大类型。又因各种类型的控制图所选择的统计量不同，因此又可分为不同种类的控制图。常用的各种控制图的特点及适用场合如表,1,所示。,样本容量（面积或长度）不等,计算量大，管理界限凹凸不平,U,单位缺陷数控制图,样本容量（面积或长度）相等,较常用，计算简单，操作工人易于理解，使用简便,C,缺陷数控制图,样本容量可以不等,计算量大，管理界限凹凸不平,p,不合格品率控制图,样本容量相等,较常用，计算简单，操作工人易于理解,p,n,不合格品数控制图,计,数,值,控,制,图,因各种原因（时间费用等）每次只能得到一个数据或希望尽快发现并消除异常原因,简便省事，并能及时判断工序是否处于稳定状态。缺点是不易发现工序分布中心的变化。,X,R,s,单值,移动极差控制图,一张图可同时控制均值和方差，计算简单，使用方便,L,S,两极控制图,计算简便，但效果较差些，便于现场使用,中位数,极差控制图,适用于产品批量较大而且稳定正常的工序。,最常用，判断工序是否异常的效果好，但计算工作量大,均值,极差控制图,计,量,值,控,制,图,适用场合,特 点,管理图符号,名称,类别,表,1,控制图种类及适用场合,n,i,第,i,样本的样本容量（各样本样本容量可以不等）,计算各组不合格品率,p,i,计算各样本的平均缺陷数,各样本样本容量不等,计算各样本的单位缺陷数,u,i,U,图,P,图,n,为奇数时，第,i,样本中按大小顺序排列起的数据列中间位置的数据,n,为偶数时，第,I,样本,中按大小顺序排列起的数据列中中间位置的两个数据的平均值,（,1,）找出或计算出各样本的中位数,（,2,）计算各样本极差,R,i,图,x,ij,第,I,样本中的第,j,个数据,i,1,2,k;,j,=1,2,n,;,max(x,ij,),第,i,样本中最大值；,min(x,ij,),第,i,样本中最大值。,（,1,）计算各样本平均值,（,2,）计算各样本极差,R,i,图,c,i,第,i,样本的缺陷数（各样本样本容量相等）,C,图,（,p,n,),i,第,i,样本的不合格品数（各样本样本容量皆为,n,）,计算平均不合格品率,P,n,图,计算移动极差,R,si,X,R,s,图,（,1,）找出各组最大值,L,i,和最小值,S,i,（,2,）计算最大值平均值 和最小值平均值,（,3,）计算平均极差,（,4,）计算范围中值,M,L,S,图,备 注,计 算 公 式,步 骤,图名称,工序,(,过程,),能力分析,1,基本概念,2,工序能力指数的计算,3,工序能力的评价与处置,4,工序能力调查,1,基本概念,在产品制造过程中，工序是保证产品质量的最基本环节。 所谓工序能力分析，就是考虑 工序的设备、工艺、人的操作、材料、测量工具与方法以及环境对工序质量指标要求的适合 程度。工序能力分析是质量管理的一项重要的技术基础工作。它有助于掌握各道工序的质量保证 能力，为产品设计、工艺、工装设计、设备的维修、调整、更新、改造提供必要的资料和依据。,一 工序能力,二 工序能力指数,一 工序能力,1,概念：所谓工序能力，是指处于稳定、标准状态下，工序的实际加工能力。,工序处于稳定状态，是指工序的分布状态不随时间的变化而变化，或称工序处于受控状态 ；, 工序处于标准状态，是指设备、材料、工艺、环境、测量均处于标准作业条件， 人员的操作 也是正确的。,工序的实际加工能力是指工序质量特性的分散,(,或波动,),有多大。加工能力强或弱的区分关键是质量特性的分布范围大小，或集中程度。由于均方差,是描述随机变量分散的数字特征 ，而且，当产品质量特性服从正态分布,N(,，,2,),时，以,3,原则确定其分布范围,(,3,),，处于该范围外的产品仅占产品总数的,0.27%,，因此，人们常以,6,描述工序的实际加工能力。实践证明：用这样的分散范围表示工序能力既能保证产品的质量要求，又能具有较好的经济性。,一 工序能力,2,表达式：,B=6,或,B6,S,3,影响因素：,(1),人,与工序直接有关的操作人员、辅助人员的质量意识和操作技术水平；,(2),设备,包括设备的精度、工装的精度及其合理性、刀具参数的合理性等；,(3),材料,包括原材料、半成品、外协件的质量及其适用性；,(4),工艺,包括工艺方法及规范、操作规程的合理性；,(5),测具,测量方法及测量精度的适应性；,(6),环境,生产环境及劳动条件的适应性。,二 工序能力指数,1,概念,：工序能力指数是衡量工序能力对产品规格要求满足程,度的数量值，记为,C,p,。通常以规格范围T与工序能力B的比,值来表示。即：,T,=规格上限,T,U,- 规格下限,T,L,。,二 工序能力指数,2,工序能力与工序能力指数的区别,：,工序能力是工序具有的实,际加工能力，而工序能力指数是指工序能力对规格要求满足的程 度，这是两个完全不同的概念。,工序能力强并不等于对规格要求的满足程度高，相反，工序 能力弱并不等于对规格要求的满足程度低。当质量特性服从正态分布，而且其分布中心与规格中心,T,m,重合时，一定的工序能力指数,将与一定的不合格品率相对应。因此，工 序能力指数越大， 说明工序能力的贮备越充足，质量保证能力越强，潜力越大， 不合格品率 越低。但这并不意味着加工精度和技术水平越高。,3,工序能力的评价与处置,工序能力指数,C,p,客观地、定量地反映了工序能力对规,格要求的适应程度，因此它是工序能 力评价的基础。,根据工序能力指数的大小一般可将加工分为五类：,1,C,p,1.67,特级加工,2,1.67,C,p,1.33,一级加工,3,1.33,C,p,1,二级加工,4,1,C,p,0.67,三级加工,5,C,p,0.67,四级加工,1,C,p,1.67,特级加工,当质量特性服从正态分布，且分布中心 与规格中心,T,m,重合时，,T,10,S,，不合格品率,p,0.00006%,。（见图）,工序能力过分充裕，有很大的贮备。这意味 着粗活细作,或用一般工艺方法可以加工的产品，采用了特别精密的,工艺、设备或高级操作工人进行加工。这势必影响了生,产效率，提高了产品成本。,措施：,(1),合理，经济地降低工序能力。如改用低精度的设备、,工艺、技术和原材料；放宽检验或放宽管理,(2),在保证产品质量和提高经济效益的前提下更改设计，,加严规格要求；,(3),合并或减少工序也是常用的方法之一。,2,1.67,C,p,1.33,一级加工,当 时，,10,S,T,8,S,，不合格品率,0.00006%,p,0.006%,。（见图）,对精密加工而言，工序能力适宜；对一般加工,来说工序能力仍比较充裕，有一定贮备 。,措施：,(1),允许小的外来波动；,(2),非关键工序可放宽检验；,(3),工序控制的抽样间隔可适当放宽。,3,1.33,C,p,1,二级加工,当 时，,8,S,T,6,S,，不合格品率,0.006%,p,0.27%,。（见图）,对一般加工而言，工序能力适宜。,措施：,(1),对工序进行严格控制，使生产过程处 于良好 的稳定、 正常状态，并保证不降低工序的质量水平，,(2),一旦发现工序有异常状态出现，立即采 取相应措施，,调整工艺过程，使之回到稳定、正常状态。,(3),检查不能放宽。,4,1,C,p,0.67,三级加工,当 时，,6,S,T,4,S,，不合格品率,0.27%,p,4.55%,。,工序能力不足，不合格品率较高。（见图）,措施：,(1),要通过提高设备精度、改进工艺方法、提高操作技术,水平、改善原材料质量等措施提高工序能力。,(2),要加强检验，必要时实行全检。,5,C,p,0.67,四级加工,当 时，,T,4,S,，不合格品率,p,4.55%,（见图）,工序能力严重不足，产品质量水平很低，不合格品率高。,措施,:,(1),必须立即分析原因，采取措施 ，提高工序能力；,(2),为了保证产品的出厂质量，应通过全数检查；,(3),若更改设计、放宽规格要求 不致影响产品质量或从,经济性考虑更为合理时，也可以用更改设计的方法,予以解决，但要慎重处理。,加工分类,f(x),1,级,1,级,2,级,2,级,3,级,3,级,4,级,4,级,特级,特级,T,m,T,3,=4,T,0,=10,T,1,=8,T,2,=6,工序能力调查程序,明确调查目的,简化检查方法，确认工序能力适宜时，进行工序控制,工序能力充分,计算并分析,C,p,或,C,pk,作直方图、趋势图、控制图、并判定稳定性,明确必要性与目标、落实负责单位、完成期限、责任者、方法,按调查计划规定作业，记录数据及其背景,充分利用质量情报,选顶定调查对象（工序特性值）,检查工序标准条件,确定测试与抽样检查方法,制定调查计划,收集数据,分析数据,稳定状态,不稳定状态,工序能力分析,追查不稳定原因,工序能力过强,工序能力不足,设法降低成本,追查原因,修改标准,采取措施,采取有效的管理措施,Cpk,在,Minitab,中的使用,1）判别加工误差的性质,对常值系统误差的判别,2）判断工艺能力及其系数,加工精度的验证,工艺能力系数验证,根据CP,的,大小将工艺能力分为5个等级,3）估算废品率及不可修复废品率,（,3,） 正态分布曲线图的应用,4,）存在的问题,无法区分变值系统误差与随机误差及其变化趋势。,不能在加工过程中对工件加工误差进行监控。,以样本估算母体，其准确度取决于样本的大小。,2.,点图法,（,1,）点图的形式,1,）个值点图,按加工顺序逐个地测量一批工件的尺寸（或误差），以工件序号（或工件的组序序号）为横坐标，以测量的工件尺寸（或误差）为纵坐标而构成点图。从个值点图中反映出每个工件（或每组）的尺寸（或误差）的变化与加工时间的关系，,能较清楚地表示出加工过程中加工误差地性质及其变化趋势。,并可区别变值系统误差与随机误差及其变化趋势,2） 点图,以样组点图代替个值点图称为平均值,极差控制图,（,2,）点图的应用,1,）工艺验证,2,）判断加工误差的性质,3,）实现加工过程的在线控制,5.3,机械加工表面质量,5.3.1,表面质量的基本概念,产品的工作性能，尤其是它的可靠性、耐久性，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量；所谓,表面质量是指零件在加工后表面层的状态。,机器零件的使用性能,如耐磨性、疲劳强度、耐蚀性等等,除与材料本身的性能和热处理有关外，主要决定于加工后的表面质量。,加工后的表面几何形状，总是以,“,峰,”,，,“,谷,”,交替的形式偏离理想的表面。这是由于在机械加工过程中，刀痕、切削过程中的切屑分离时的塑性变形，工艺系统的某些振动，刀具与被加工表面的摩擦等造成的。,根据,偏离的误差又有宏观和微观之分,，表面粗糙度是微观几何形状误差，又称之为微观不平度。,表面粗糙度，波度和形状误差三者的区分，通常都按波距(峰与峰或谷与谷的距离)来划分。,1.,表面层微观几何形状误差,（,1,）表面粗糙度,是指加工表面的微观几何形状误差,（,2,）波度,是介于加工精度（宏观）和表面粗糙度（微观）之间的周期性几何形状特性。主要由振动所引起。,（,1,）表面层冷作硬化,零件在机械加工过程中，表面层金属产生,强烈的塑性变形，,使表层的硬度和强度都有提高，这种现象称作冷作硬化。,（,2,）表面层金相组织变化,切削加工时，特别是,磨削时的高温，常会引起表层金属发生相变。,通常称为磨削烧伤。,2.,表面层物理机械性能的变化,（,3,）表面层残余应力,零件加工过程中的切削,冷塑性变形,和切削,热塑性变形,的影响，使加工表层会产生残余应力。若,残余应力超过了材料的极限强度，就会产生裂纹。,微观裂纹将给零件带来严重的隐患。,2.,表面层物理机械性能的变化,3.,表面质量对零件使用性能的影响,1.,对零件摩擦磨损的影响,2.,对零件工作精度的影响,3.,对零件配合性质的影响,4.,对零件疲劳强度的影响,5.,对零件抗腐蚀性能的影响,5.3.2,影响表面粗糙度的因素,用去除材料的方法加工时，表面粗糙度形成的原因大致归结为两个方面：,1,）几何因素,切削刃与工件相对运动的轨迹所形成的表面粗糙度。,2,）物理因素,被加工材料的性质及切削原理的有关因素。加工中工艺系统的振动对表面粗糙度也有影响。,1.,切削加工影响表面粗糙度的因素,（,1,）影响表面粗糙度的几何因素,在切削加工中，刀具对工件加工表面上残留的面积越大，表面越粗糙。残留面积的大小，与进给量、刀尖半径及刀具的主，副偏角有关。,切削加工时，积屑瘤时结时落。当脱落时，积屑瘤的碎片粘结在已加工表面上，形成细小毛刺。积屑瘤还可使表面撕裂而形成鳞片状毛刺。此外，对于宽刃刀、定尺寸刀和成形刀，其刀刃本身的表面粗糙度对工件表面粗糙度的影响也很大。,（,2,）影响表面粗糙度的物理因素,（,3,）振动对表面质量的影响,1),强迫振动,强迫振动是由具有一定频率的周期性变化的外界激振力所引起的一种振动。,其特点是：振动频率为外界激振力的频率；不会自行衰减消失；当外界激振力的频率接近或等于工艺系统的固有频率时会引起共振。,2),自激振动,自激振动是一种在没有外界激振力的情况下所产生的振动。,（,4,） 减少切削加工表面粗糙度值的措施,1,）合理选择刀具几何参数,减少刀具的主偏角和副偏角；适当增大刀具的前角、后角和刃倾角。,2,）合理选择切削用量,选择较高的切削速度；减少进给量,3,）改善工件材料的组织性能,4,）合理选择刀具材料和提高刃磨质量,2.,磨削加工的表面粗糙度,（,1,）磨削加工表面粗糙度的形成,在磨削过程中，是由砂轮上砂粒形成的微刃进行切削。故磨削加工表面是由微刃刻划出的沟槽形成的。单纯的从几何因素考虑，,单位面积上的刻痕越多,(,即通过单位面积的磨粒数多,),，刻痕的深度越均匀，则表面粗糙度参数值就越小。,事实上，在磨削过程中，不仅有几何因素，而且还伴随着塑性变形的影响。另外，磨粒大多数是负前角，,切削刃又不锐利，其所切削的厚度一般只有,0.02mm,左右。所以有的磨粒在磨削过程中只是在被加工表面挤压而过，未切除工件的材料。,加工表面经多次挤压可反复出现塑性变形。由于磨削时的温度比较高，将加剧塑性变形，使加工表面变得粗糙。,（,2,）影响磨削加工表面粗糙度的主要因素,1,）砂轮的粒度,磨粒越细，砂轮单位面积上的磨粒就越多，磨削表面上的刻痕就越细、越均匀，表面粗糙度参数值就越小。但磨粒太细，磨削深度就很小，同时砂轮易堵塞，生产率低。,2,）砂轮硬度,砂轮应具有一定的硬度，用以保持砂轮表面形状有一定工作期。砂轮的硬度太高，磨粒钝化后，不能及时脱落，如果继续磨削时，则会加剧表面的挤压而加大塑性变形，甚至使表面烧伤。,（,3,）减少磨削加工表面粗糙度值的措施,1,）提高砂轮线速度,2,）选择适当粒度的砂轮,3,）精细修整砂轮的工作表面,4,）减少磨削深度和工件线速度,3,）砂轮的修整,修整砂轮除了使砂轮有正确的几何形状之外，更重要的是使砂轮工作表面形成锐利的徽刃，使砂轮有良好的磨削性能。,5.3.3,影响加工表面的物理力学性能的因素,由于表面分析测试技术的不断发展，人们对加工表面的质量也有了更为深入、更为全面的了解。表面层的材料在加工时也会产生物理、机械性质的变化，有些情况下还会产生化学性质的变化，,该层总称为加工变质层。,1.,加工表面层的冷作硬化,1,）形成表面冷作硬化的原因,切削力的作用,塑性变形,晶格畸变、晶粒纤维化,表面强化,硬化程度取决于塑性变性时力的大小、变形速度的快慢和切削温度的高低。,2,）影响冷作硬化的主要因素,刀具几何参数、切削用量和工件材料。,2.,加工表面层的金相组织变化,1,）形成表面金相组织的变化的原因,当切削温度超过工件加工表面材料的相变温度时，使表面材料的金相组织发生变化。,2,）磨削烧伤的类型,回火烧伤、淬火烧伤、退火烧伤。,3,）影响表面金相组织变化的主要因素,磨削用量、砂轮参数和冷却条件,磨削过程中因塑性变形而发生的金属强化作用，使表面金属显微硬度明显增加，但也会因磨削热的影响，使强化了的金属发生弱化。砂轮钝化或切削液不充分，在磨削表面就会出现回火软化区，使表面质量下降，同时在,表面出现明显的褐色或黑色斑痕，称为磨削烧伤。,根据磨削表面氧化膜的颜色，可以推断出磨削表面温度及烧伤程度。,如果磨削表面呈,淡黄色时,，表面温度约为400550，烧伤层较浅；,磨削表面呈,黄色时,，表面温度约为550700，烧伤层浅；,磨削表面呈,褐色时,，表面温度约为700850，烧伤层较深；,磨削表面呈,紫色时,，表面温度约为8501000，烧伤层深。,3.,加工表面层的残余应力,1,）形成表面残余应力的原因,冷塑性变形的影响,热塑性变形的影响,金相组织变化的影响,2,）影响表面残余应力的主要因素,切削力、切削温度和切削条件。,磨削表面的残余应力是由于磨削过程中,金属容积,发生变化等因素形成的。磨削表面层残余应力的形成可由以下几种形式：,由于,磨削温度的不均匀将形成热应力，一般为拉应力；,由于金属组织的变化将形成相变应力，可能为拉应力或压应力；,由于磨削过程塑性变形的不均衡形成塑变应力，一般为压应力。,残余压应力可提高零件疲劳强度和使用寿命。残余拉应力将使零件表面翘曲，强度下降，形成疲劳破坏。,磨削过程中，,当形成的残余拉应力超过工件材料的强度极限时，工件表面就会出现裂纹。,磨削裂纹极浅，,呈网状或垂直于磨削方向,。有时不在表层，而存在于表层之下。有时在研磨或使用过程中，由于去除了表面极薄金属层后，残余应力失去平衡，形成微细裂纹。这些微小裂纹，在交变载荷作用下，会迅速扩展，并造成工件的破坏。,P186: 5-1,、,5-4,、,5-8,、,5-9,P187,：,5-13,P188,：,5-22,、,5-23,、,5-24,作业六,