第4章 表面质量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 机械加工表面质量,表面质量,(,表面完整性）,：,加工后的表面层状态，直接影响零件的工作性能（可靠性和寿命）。,零件的,应力最大值,往往出现在表面层；,零件失效,往往从表面局部损坏开始。,第四章 机械加工表面质量,1.,表面几何形状,表面粗糙度,表面波度,表面层冷作硬化,表面层残余应力,表面层金相组织的变化,2.,表面层物理机械性能变化,机械加工表面质量包括：,第四章 机械加工表面质量,1,、表面质量对零件,耐磨性,的影响,第四章 机械加工表面质量,表面质量对零件使用性能的影响,表面粗糙度,纹路方向,表面冷硬,第四章 机械加工表面质量,2,、表面质量对,配合精度,的影响,动配合、静配合,表面质量对零件使用性能的影响,3,、表面质量对零件,疲劳强度,的影响,表面粗糙度：谷部在交变载荷作用下应力集中,表面残余应力：疲劳损坏由,拉应力,产生的疲劳裂纹引起，,并从表面开始,表面残余压应力，抵消交变载荷引起的拉应力，能提高零件疲劳强度；表面残余拉应力，则导致疲劳强度显著下降。,4,、表面质量对零件,耐腐蚀性,的影响：,化学腐蚀或电化学腐蚀,应力腐蚀,第四章 机械加工表面质量,5,、表面质量对,接触刚度,的影响：,表面粗糙度越小，接触刚度越大。,表面质量对零件使用性能的影响,第四章 机械加工表面质量,L,（波距）,/H,（,波高）,40,：,表面粗糙度,L/H=401000,：,表面波度,L/H1000,：几何形状精度或误差,4.2,表面粗糙度和波度,第四章 机械加工表面质量,产生原因：,1,、刀刃在工件表面留下的残留面积（几何因素）,一、切削加工表面粗糙度,影响残留面积高度的因素：刀尖圆弧半径、主偏角,kr,、,副偏角,kr,、,及进给量,f,等。,2,、切削过程的物理方面原因：,低速切削塑性材料，出现积屑瘤和鳞刺；,刀具与工件表面挤压摩擦，使加工表面产生塑性变形；,切削脆性材料时，崩碎切屑引起崩碎裂缝。,第四章 机械加工表面质量,3,、刀刃与工件相对位置的微幅振动,由机床主轴回转轴线的误差运动和工艺系统的振动引起。,第四章 机械加工表面质量,第四章 机械加工表面质量,二、磨削加工表面粗糙度,产生原因：,共性：残留面积、物理因素（塑性变形）、微幅振动,特性：,磨粒形状和分布不规则，残留面积的高度不确定；,磨粒磨削经历滑擦、耕犁和切削三个阶段，塑性变形对表面粗糙度影响更大。,第四章 机械加工表面质量,影响因素：,1.,磨削用量,砂轮圆周速度 ,工件线速度和纵向进给量 ,磨削深度,无进给磨削,：径向不进给，靠工艺系统弹性回复获得微量切深进行磨削。用在磨削将要结束时，以提高表面光洁度。,2.,砂轮：,粒度，,硬度，,修整质量,3.,工件材料性质：硬度、韧性,第四章 机械加工表面质量,一、表面冷硬,(,加工硬化,),现象,工件经机械加工后，表层强度和硬度提高。,4.3,加工表面物理机械性能的变化,强化作用,：表层金属强烈塑性变形使其晶格被拉长、扭曲和破碎，提高了进一步变形的抗力，从而得到强化。,回复作用,：切削热使表层温度升高到一定数值，使已经强化的金属回复到正常状态。（温度、持续时间、强化强度）,影响表面冷硬的因素：,切削用量,刀具,工件材料性质,第四章 机械加工表面质量,二、磨削烧伤,磨削烧伤,：,磨削加工表面产生很大的塑性变形和磨削热，使表面层的金相组织产生变化，从而使表面层的硬度和强度下降，产生残余应力，甚至产生显微裂纹。,磨削烧伤色,：,磨削烧伤色是磨削热引起的磨削表面上一种可见的颜色变化；在磨削热的作用下，磨削表面生成氧化膜，由于厚度不同，形成不同的颜色（褐、青、紫等）。,回火烧伤（达到回火温度）,淬火烧伤（超过相变临界温度磨削液急冷）,退火烧伤（超过相变临界温度干磨削）,重磨削 中等磨削 轻磨削,第四章 机械加工表面质量,防止磨削烧伤的途径：,1,、控制磨削用量,2,、合理选择砂轮,3,、采用间断磨削,4,、提高冷却效果,第四章 机械加工表面质量,1,、切削过程中表层局部,冷态塑性变形,2,、表层局部,热塑性变形,3,、表层局部,金相组织转变,三、表面层残余应力,产生原因：,不同切削条件下，产生残余应力的主导因素不同：,车削：沿切削方向的冷态塑性变形起主要作用；,磨削：中等磨削条件下，热塑性变形起主导作用；,重磨削条件下，表层金属相变起主导作用。,第四章 机械加工表面质量,控制措施：,（重要零件要求表面没有残余应力或具有残余压应力。）,1,、采用精密加工工艺：,精密切削加工：,金刚镗、高速精车、宽刃精刨,高光洁高精度磨削：,精密磨削、超精密磨削、镜面磨削,第四章 机械加工表面质量,2,、采用光整加工工艺：,用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削和挤压擦光的过程。一般没有残余应力。,第四章 机械加工表面质量,3,、采用表面强化工艺：,喷丸强化,：大量高速运动的珠丸冲击工件表面；适用于不规则表面和形状复杂的表面（弹簧、连杆）。,滚压强化,：可自由旋转的滚子对工件表面均匀挤压；适用于规则表面（平面、外圆、孔）。,喷丸强化,第四章 机械加工表面质量,4.4,机械加工中的振动,机械加工过程中，工艺系统如发生振动，会使加工表面出现振纹（表面波度），降低刀具耐用度和机床使用寿命，并带来噪音。,（,1,）自由振动：,在初始干扰力作用下产生，靠系统弹性恢复力维持，逐渐衰减；,（,2,）受迫振动：,在外界周期性干扰力持续作用下，非衰减性振动；,（,3,）自激振动：,依靠振动系统在自身运动中激发的交变力维持，非衰减性振动。,第四章 机械加工表面质量,1,、自激振动的机理,特性：,(1),无外界周期干扰，会从自身的振动中获取能量来补偿阻尼，并维持振动。,(2),维持自激振动的交变力是自振系统在振动过程中自行产生，振动停止，交变力也消失。,(3),自激振动的频率和振幅，由系统本身的参数决定。,频率等于或接近于系统主振部件的固有频率；,振幅决定于一个振动周期中，获得的能量和阻尼消耗的能,量的对比情况。,切削颤振,-,切削过程的自激振动,第四章 机械加工表面质量,切削加工自振系统,：固定能源机床电机；振动系统工件与刀具由机床、夹具联系起来的弹性系统；调节系统刀具相对于工件切入、切离的动态切削过程，产生交变的切削力。,自振系统,第四章 机械加工表面质量,切削中产生并维持颤振的条件：,切削力作的正功,切削力作的负功；（有能量输入）,刀具相对于工件作切入、切离的振动运动。,在切离的半个周期中切削力与运动方向相同，切削力作正功；,在切入的半个周期中切削力与运动方向相反，切削力作负功。,只要正功大于负功，系统就会有能量输入。,第四章 机械加工表面质量,系统的输入能量,系统阻尼消耗的能量,维持颤振,【,二者都随振幅增大而增大，但都不是线性关系,】,第四章 机械加工表面质量,（,1,）,负摩擦颤振理论,切削颤振是由于刀具与工件材料间的负摩擦特性而产生的。,负摩擦特性,（摩擦力下降特性）：摩擦系数随相对滑动速度的增加而下降的特性。,2,、切削颤振的几种主要理论,切离力,切入力,第四章 机械加工表面质量,负摩擦颤振理论不能解释加工铸铁中（不连续切削）产生的振动。,切削,韧性材料,时，径向切削力,Fy,取决于切屑与刀具前刀面的摩擦力，而该摩擦力随着相对滑动速度的增加而减小。,第四章 机械加工表面质量,切削,(,或磨削,),加工时，如切削刃实际切削部分在进给方向上的投影,(,或砂轮宽度,)B,大于工件每转进给量,f,a,时,，前后两转的切削表面就会有部分重迭，其重迭程度可用重迭系数,表示,（,2,）,再生颤振理论,切削颤振是由于切削加工过程前后两转的切削表面有部分重迭时，前一转振动留下振纹的再生效应所激励产生的。,第四章 机械加工表面质量,用割刀、成形刀加工或横向切入磨时,1,，车、磨螺纹时,0,，大多数切削加工时,0,l,。,再生颤振理论不能解释车削螺纹时产生的振动,当,0,时,再生自激振动原理图,f,切入,切出,y,0,y,a）,b）,y,0,y,切入,切出,f,c）,f,y,0,y,切入,切出,d）,切入,切出,f,y,0,y,切削颤振的抑制,（,1,）合理选择切削用量,切削颤振的抑制,（,2,）合理选择刀具几何参数,切削颤振的抑制,（,2,）合理选择刀具几何参数,双,前角：,减小前刀面与切屑接触长度,负倒棱,