第五章机械加工质量分析与控制1课件

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,*,第五章机械加工质量分析与控制1,*,PPT,文档演模板,Office,PPT,第五章机械加工质量分析与控制1,2024/11/1,第五章机械加工质量分析与控制1,5.1 机械加工精度5.1.1 加工精度的基本概念,加工精度,零件在加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度,加工误差,加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和位置）对理想几何参数的偏差程度,零件的加工精度包括,尺寸精度、形状精度、位置精度,三方面,第五章机械加工质量分析与控制1,1.原始误差,工艺系统：零件的机械加工是在工艺系统中进行的，机床、夹具、刀具和工件组成了一个完整的工艺系统。工艺系统中的种种误差，在不同条件下，以不同的程度和方式反映为加工误差。,定义：工艺系统的误差称为,原始误差。,工艺系统的原始误差根据产生的阶段不同，可归纳下图所示,5.1.2 影响加工精度的因素,第五章机械加工质量分析与控制1,原始误差的分类,原始误差,加工前的误差,加工过程中的误差,加工后的误差,加工原理误差,调整误差,工件装夹误差,机床误差,夹具误差,刀具制造误差,工艺系统受力变形,工艺系统热变形,刀具磨损,工件残余应力引起的变形,测量误差,第五章机械加工质量分析与控制1,（1）加工原理误差,定义：采用了近似的成形运动或近似的切削刃形状所产生的加工误差,理论上为了获得设计规定的零件加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线形状，刀具和工件之间必须保持准确的运动关系。但在实际生产中为了简化机床或刀具的设计和制造，降低生产成本，提高生产率，允许在保证零件加工精度的前提下采用近似加工原理,2.工艺系统的几何误差,第五章机械加工质量分析与控制1,（2）机床误差1）主轴回转误差的概念,定义：主轴回转时，主轴各瞬间的实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移,基本形式：,径向跳动,：实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动,轴向跳动,：,实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动,角度摆动,：实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾斜角，在一个平面上作等幅摆动，且交点位置不变,第五章机械加工质量分析与控制1,影响主轴回转精度的主要因素,影响主轴回转精度的主要因素有：轴承本身的误差、轴承的间隙、主轴各段轴径同轴度误差、轴承之间的同轴度误差及主轴系统的刚度和热变形等,滑动轴承,滚动轴承,第五章机械加工质量分析与控制1,滑动轴承,车床（,图a） 轴径不圆引起车床主轴径向跳动（注意其频率特性）,镗床（图b） 轴承孔不圆引起,镗床主轴径向跳动,图a,图b,第五章机械加工质量分析与控制1,滚动轴承,与轴承本身的精度有关，很大程度上又与配合件的精度有关。如主轴轴颈与支撑座孔各自的圆度误差、波度和同轴度，止推面或轴肩与回转轴线的垂直度、滚道的圆度、波度，滚动体的圆度误差和尺寸误差等,滚动轴承的几何误差,第五章机械加工质量分析与控制1,2）机床导轨误差,导轨是机床上确定各主要部件相对位置关系及运动的基准，导轨的误差将直接影响加工精度,车床及磨床导轨精度要求有三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度（扭曲）,（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） 前后导轨的平行度误差（扭曲）,第五章机械加工质量分析与控制1,导轨在水平面内的直线度误差,：卧式车床、外圆磨床。,导轨在垂直面内的直线度误差,：平面磨床、龙门刨床。,前后导轨的平行度误差（扭曲）,：卧式车床、外圆磨床。,第五章机械加工质量分析与控制1,卧式车床导轨直线度误差,第五章机械加工质量分析与控制1,卧式车床导轨垂直面内直线度误差对工件加工精度的影响,卧式车床导轨扭曲对工件加工精度的影响,第五章机械加工质量分析与控制1,3）机床传动链误差,定义：,指机床内联系传动链始末两端传动元件间相对运动的误差,在螺纹加工、展成法加工中，由于要求机床传动链保证刀具与工件之间具有准确的速比关系，故机床传动链误差对加工精度影响很大，其原因是由于传动链中各传动元件的制造误差、装配误差以及使用中的磨损等。,第五章机械加工质量分析与控制1,(3)刀具的几何误差,采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块、圆拉刀等）加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度,采用成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状精度将直接影响工件的形状精度,采用展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）加工时，刀具切削刃的几何形状误差会影响工件的加工精度,对一般刀具（如车刀、镗刀、铣刀等），其制造精度对工件加工精度没有直接影响，但这一类刀具耐用度低，易磨损,第五章机械加工质量分析与控制1,（4）夹具的几何误差,夹具的作用：,保证加工时工件在刀具和机床之间具有正确的位置，故夹具的几何误差对工件的尺寸精度和位置精度影响很大,夹具几何误差的内容：,夹具的制造误差,夹具的安装误差,第五章机械加工质量分析与控制1,（5）定位误差,定义：工件采用调整法加工时因定位不准确而引起的尺寸或位置的最大变动量,定位误差的来源：,基准不重合误差,定位副制造不准确误差,定位误差是基准不重合误差和定位副制造不准确误差综合作用的结果，由于这两项误差的方向有可能不在同一个方向，故定位误差等于基准不重合误差与定位副制造不准确误差的矢量和,第五章机械加工质量分析与控制1,基准不重合误差,基准：用来确定零件上几何要素之间的几何关系所依据的点、线、面,设计基准：在零件图上用来确定某一表面的尺寸、位置所依据的基准,工序基准：在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准,理论上要求工序基准应与设计基准重合，加工工件时，须选择工件上若干几何要素作为加工（或测量）时的定位基准（或测量基准），如所选的定位基准（或测量基准）与设计基准不重合时，就会产生基准不重合误差，它等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量，且只在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工时不会产生,第五章机械加工质量分析与控制1,定位副制造不准确误差,工件在夹具中的正确位置由夹具上的定位元件来确定，夹具上的定位元件不可能按照基本尺寸制造得绝对准确，它们的实际尺寸（或位置）都允许在分别规定的公差范围内变动，同时，工件上的定位基准面也同样存在制造误差,工件定位面与夹具定位元件组成了定位副，由于定位副制造的不准确以及定位副间隙引起的工件最大位置的变动量，称为定位副制造不准确误差,第五章机械加工质量分析与控制1,3.工艺系统的受力变形（1）基本概念,切削加工时，机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力等力的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，造成了加工误差,例如，在车削细长轴时，工件在切削力的作用下会发生变形，使加工出的轴产生了鼓形的圆柱度误差（见,图,a,）,在卧式镗床上镗孔时，若镗杆作进给运动，由于镗杆弯曲的变形，加工后的工件孔会产生抛物线回转体误差（见,图,b,）,第五章机械加工质量分析与控制1,加工时工件弯曲,加工后工件呈鼓形,（a）,（b）,工艺系统受力变形引起的加工误差,第五章机械加工质量分析与控制1,(2)零件的刚度,工艺系统中如果零件的刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚性不足而引起的变形对其加工精度的影响会很大，形状规则、结构简单的零件的刚度可用有关力学公式估算，例如细长回转类零件用两顶尖装夹，工件的变形可按简支梁计算：,(3)刀具的刚度,外圆车刀在加工表面时法线方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计,镗直径较小的内孔时，刀杆刚性很差，其受力变形对孔加工精度影响很大,第五章机械加工质量分析与控制1,（4）机床部件的刚度1）机床部件的刚度,机床的结构形状复杂，其中机床部件又由很多零件组成，其刚度的计算很难用理论公式来完成，故机床部件刚度计算目前主要是通过实验方法来测定,图,5-9,为单向测定车床静刚度的实验方法,图,5-10,是一台车床刀架部件经三次加载和卸载的静刚度曲线。其特点如下：,a.,力与变形呈非线性关系说明机床部件的变形不单纯是弹性变形,b.,加载曲线与卸载曲线不重合,c.,第一次加载与卸载后曲线不封闭,d.,机床部件实际刚度比按实际估算的要小,第五章机械加工质量分析与控制1,车床部件静刚度的测定,第五章机械加工质量分析与控制1,车床刀架部件的静刚度曲线,第五章机械加工质量分析与控制1,影响机床部件刚度的因素,接合面接触变形：,零件表面总是存在几何形状误差和粗糙度，所以结合面的实际面积只是名义接触面积的一小部分,低刚度零件本身变形：,机床部件中，个别刚度很低的零件对整体部件刚度影响很大,连接表面间的间隙：,机床部件受力变形时，首先会消除各有关零件间的间隙，间隙消除后，接触表面开始产生接触变形和弹性变形，相应刚度较大,接触表面之间的摩擦：,机床部件在受力变形的过程中由于有摩擦力的作用，经多次加载、卸载之后，加载曲线与卸载曲线不重合,受力方向及作用力矩：,在前面的静刚度试验中，所施加的载荷及测量的变形的方向都在,Y,方向，这只是模拟了切削过程中起决定作用的力和位移，但是部件的变形比单个零件的变形复杂，,Y,方向的位移与三个方向的受力均有关。,第五章机械加工质量分析与控制1,两零件接合面间的接触情况,A,A 放大,第五章机械加工质量分析与控制1,部件中的薄弱零件的变形,第五章机械加工质量分析与控制1,1）工艺系统的变形,工艺系统在切削力的作用下，都会产生不同程度的变形，导致刀具和被加工表面的相对位置发生变化，从而使工件产生加工误差,工艺系统的变形等于各组成部分变形的叠加，即,式中，,机床变形量，；,夹具变形量，；,刀具变形量， ；,工件的变形量，。,（5）工艺系统的受力变形及其对加工精度的影响,第五章机械加工质量分析与控制1,工艺系统各部件的刚度,式中，,机床刚度，N/ ；,夹具刚度，N/ ；,刀具刚度，N/ ；,工件刚度，N/ 。,第五章机械加工质量分析与控制1,工艺系统的刚度,由上式可知，知道了工艺系统各组成部分的刚度后，就可以计算出整个系统的刚度，并且,整个工艺系统的刚度要比其中刚度最小的那个环节的刚度还要差,第五章机械加工质量分析与控制1,设作用在主轴箱和尾座上的力分别为FA、FB，则可求出系统的变形及刚度如下：,车削外圆时工艺系统受力变形对加工精度的影响,切削力位置的变化对零件加工精度的影响,2）工艺系统的受力变形及其对加工精度的影响,第五章机械加工质量分析与控制1,切削力大小变化对工件加工精度的影响,在对零件同一截面内进行切削时，由于工件材质不均或加工余量的变化，会引起切削力的变化，使工艺系统发生变形，导致工件出现加工误差,这种毛坯误差复映到工件上的现象称为误差复映现象。,毛胚形状误差的复,映,第五章机械加工质量分析与控制1,夹紧力对加工精度的影响,工件的刚度比较低或夹紧力的方向和施力点选择不当,装夹过程中会引起工件的变形,从而导致工件的加工误差,例如用三爪自定心卡盘夹持薄壁套筒作镗孔加工,如图，为,薄壁套夹紧变形误差,第五章机械加工质量分析与控制1,薄壁套筒夹紧变形误差,第五章机械加工质量分析与控制1,机床部件和工件重量对加工精度的影响,有些大型机床由于自身重力过大会引起相应的变形，从而造成工件加工误差。例如,大型立式车床,在刀架的自重下引起横梁变形，造成工件端面的平面度误差及外圆上的锥度。工件的直径越大，加工误差也越大,对于大型工件的加工（如磨削床身导轨面），,工件自重,引起的变形有时会成为产生加工形状误差的主要原因。在实际生产中，装夹大型工件时，恰当布置支承可以减小自重引起的变形,第五章机械加工质量分析与控制1,龙门铣横梁变形,龙门铣横梁变形补偿,大型工件变形转移、补偿设计,第五章机械加工质量分析与控制1,其他作用力对零件加工精度的影响例如：,工艺系统的惯性力、传动力,减小工艺系统受力变形是保证加工精度的有效途径之一。在生产中，主要从两个方面考虑。,首先是提高工艺系统刚度,，这包括提高机床刚度，即配合面的接触刚度、零部件的刚度、保持有关部位适度预紧和合理间隙等，使用中心架或跟刀架等工艺措施提高工件和刀具的刚度，采用合理的装夹和加工方式；,其次减小载荷及其变化,，如合理地选择刀具材料、几何角度以及切削要素，尽量使同一批加工件的加工余量和加工材料均匀，将切削力的变动幅度控制在某一许可范围内。,第五章机械加工质量分析与控制1,4.工艺系统的热变形,热变形对加工精度影响比较大，尤其是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的4070,工艺系统的热源,工件热变形对加工精度的影响,刀具热变形对加工精度的影响,机床热变形对加工精度的影响,(5)工艺系统的热平衡以及减小其热变形的途径,第五章机械加工质量分析与控制1,工艺系统的热源,切削热,摩擦热,派生热源,环境温度,辐射热,工艺系统热源,内部热源,外部热源,切削热,是由切削过程中工件切削层金属弹性变形、塑性变形以及刀具、工件与切削之间的摩擦所消耗的能量转化而来的,对加工精度的影响最为直接,切削热与,被加工的材料,、,刀具几何参数,、,切削用量,及,切削时的冷却润滑条件,有直接的关系,摩擦热主要来源：,工艺系统的运动副（如齿轮副、轴承副、导轨副、螺母丝杠副、离合器副等）的相对运动所产生的摩擦热及因动力源（如电动机、液压系统等）工作时的能量损失而产生的热,工艺系统内部的部分热量通过切屑、切削液、润滑液等带到机床其他部位，形成了派生热源，因此使系统产生热变形,以对流传递为主要传递形式的环境温度的变化（如气温的变化，空调温度，地基温度的变化等）影响工艺系统的受热均匀性，从而影响工件的加工精度,以辐射为传递形式的辐射热（如阳光、灯光照明、加热器、人体温度等）对工艺系统辐射的单面性或局部性而使工艺系统产生热变形，从而影响工件的加工精度,请单击4下,第五章机械加工质量分析与控制1,工件热变形对加工精度的影响,1）工件均匀受热：L=L T,2）工件不均匀受热,在铣、刨及磨削加工中容易出现如下情况：,长轴类零件磨削时的热变形,长轴热变形引起的形状误差,第五章机械加工质量分析与控制1,薄片类零件的热变形 上下表面之间形成温差，导致 工件向上凸起，凸起部分被工具切去。加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹形状的几何误差。,第五章机械加工质量分析与控制1,刀具热变形对加工精度的影响,刀具热变形的热源主要是切削热,1）刀具连续切削时：,曲线,A,是刀具连续工作时的热伸长曲线,2）刀具间断切削时：,间断切削热变形曲线见中曲线C,为了减小刀具的热变形，应合理选择切削用量和刀具几何参数，并给予充分的冷却和润滑，以减少切削热，降低切削温度,第五章机械加工质量分析与控制1,车刀热变形曲线,第五章机械加工质量分析与控制1,机床热变形对加工精度的影响,由于机床热源分布的不均匀、机床结构的复杂性以及机床工作条件变化很大等原因，机床各部件温升不同，甚至同一零件的不同部位温升也有差异，从而破坏了机床原有的相互位置关系，使工件产生加工误差,不同机床，其主要热源不同，对加工精度的影响也不同,车、铣、钻、镗等机床的主要热源是主轴箱,第五章机械加工质量分析与控制1,(5)工艺系统的热平衡以及减小其热变形的途径,1)工艺系统热平衡,工艺系统在各种热源作用下温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围介质散发热量。当工艺系统的温度达到某一数值，且单位时间内散出的热量与热源传入的热量趋于相等时，就达到了工艺系统热平衡状态。在热平衡状态中，工艺系统各部分的温度就保持在相对固定的数值上，同时其热变形也就相应地趋于稳定。,当物体未达到热平衡或处于不稳态温度场时，其各点温度既是位置坐标的函数也是时间的函数；当物体达到热平衡或处于稳态温度场时，各点温度将不随时间而变化，而仅是其位置坐标的函数。,第五章机械加工质量分析与控制1,2) 减小工艺系统热变形的途径,减少热源发热和隔离热源,尽量将热源从机床内部分离出去，,如电动机、变速箱、液压系统等均应尽可能移出；,对于不能分离的热源，如主轴轴承、丝杆螺母副等则可以从结构设计、润滑等方面改善摩擦特性、减少发热；也可以用隔热材料将发热部件和机床大件隔离开来。,对于不便移置和隔离的发热量大的热源也可用强制式的风冷、水冷、散热片、循环润滑冷却等措施散热,第五章机械加工质量分析与控制1, 均衡温度场,采用均衡温度场的设计和措施，保证机床零部件温升均匀，使机床本身趋于热平衡状态,加快温度场平衡和强化散热,在加工工件前机床高速空运转，使其短时间达到热平衡后再换成工作速度进行加工；或在机床温升较高、较低位置，附加“控制热源”均衡温度场，促使其更快地达到热平衡状态,第五章机械加工质量分析与控制1,改进机床结构,采用热对称、减小和转移误差敏感方向的热伸长量等结构，减少机床零部件热变形，减少工件加工误差,控制环境温度,精密加工、精密装配和精密计量应在恒温条件下进行。,第五章机械加工质量分析与控制1,5.工件应力引起的变形,残余应力：,外部载荷去除以后，仍然存在于零件内部的应力，称为残余应力。,工件一旦产生应力之后，就会使工件金属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位的稳定状态 转化，并伴随着变形的发生，从而导致工件丧失原有的加工精度,残余,应力的产生,热加工中残余应力的产生,冷校直产生的残余应力,切削加工带来的残余应力,第五章机械加工质量分析与控制1,热加工中残余应力的产生,在铸、锻、焊、热处理等工序中由于工件壁厚不均、冷却不均以及金相组织转变的体积变化，使毛坯内部产生了相当大的残余应力。毛坯的结构愈复杂，各部分厚度愈不均匀，散热条件相差愈大，则在毛坯内部产生的应力越大。具有残余应力的毛坯暂时处于相对平衡状态，如图 (a)所示，但当切去一层金属后，这种平衡状态被打破，残余应力会重新分布，导致工件出现明显的变形，如图 (b)所示。,床身,因残余应力引起的变化,第五章机械加工质量分析与控制1,冷校直产生的残余应力,细长轴类零件经车削后，棒料在轧制中产生的残余应力要重新分布，使轴出现弯曲。为了校正这种变形，在原有变形的相反方向加外力，使工件向相反方向弯曲，工件除受拉、压应力发生弹性变形外，其外层还产生塑性变形，以达到校直的目的，这就是冷校直。在外力的作用下，被冷校直工件内部应力重新分布；当外力去除后，外层的塑性变形部分牵制了弹性变形的恢复，产生了新的残余应力平衡状态。所以说，冷校直后的工件虽然减少了弯曲变形，但依然处于不稳定状态，还会产生新的弯曲变形。,第五章机械加工质量分析与控制1,切削加工带来的残余应力,切削过程中产生的力和热，也会使工件产生残余应力。减小残余应力引起的变形误差，可以通过改进零件结构设计,尽量做到,结构对称、壁厚均匀来减少残余应力的产生,；,热加工件在进入机械加工前,进行适当热处理以加速残余应力变形的进程；,精密、重要零件除了注意粗、精加工分阶段外,还应在工序间酌情穿插适当热处理，以达到松弛和消除残余应力的目的。,第五章机械加工质量分析与控制1,常值性系统误差,在连续加工一批工件时，大小和方向均保持不变的误差，例如：机床、刀具、夹具、量具等的制造误差及调整误差,变值性系统误差,在连续加工一批工件中，大小和方向有规律变化的误差，例如： 刀具的磨损引起的加工误差、工艺系统热变形引起的加工误差，从上述误差定义可以看出，常值性系统误差与加工顺序无关，而变值性系统误差与加工顺序有关,5.1.3 加工误差的统计,1.概述,（1）加工误差的分类,1）系统误差,第五章机械加工质量分析与控制1,2）随机误差,在连续加工一批工件时，大小和方向无规则变化的误差称为,随机误差,例如：加工时的定位误差、夹紧误差、加工余量不均匀引起的误差等,对系统误差，可循其产生的规律加以调整或补偿来消除，而对随机误差，只能缩小其变动范围，无法完全消除。,第五章机械加工质量分析与控制1,正态分布的数学模型、特征参数和特殊点,机械加工中，工件的尺寸误差是由很多相互独立的随机误差综合作用的结果，如果其中没有一个随机误差起绝对作用，则加工后工件的尺寸呈正态分布,。,第五章机械加工质量分析与控制1,正态分布曲线方程如下：,式中，,y,（x）正态分布的概率密度；,算数平均值；,标准偏差。,正态分布曲线的特殊点,第五章机械加工质量分析与控制1,实际生产中，通常 ，为查表方便，需将非标准正态分布转换成标准正态分布。令,标准正态分布,=0，,=1的正态分布为标准分布，其概率分布密度如下式：,，,则,第五章机械加工质量分析与控制1,工件尺寸在某区间的概率,该概率等于图中阴影的面积,工件尺寸概率分布,则,令：,第五章机械加工质量分析与控制1,2.工艺过程的分布图分析工艺过程的稳定性,工艺过程的稳定性：,工艺过程中在时间历程上保持工件均值和标准差值稳定不变的性能,在加工时间不是很长的情况下，分布特征参数的变化是很小的，因此，工艺过程稳定性取决于变值系统性误差是否显著，在正常情况下，变值系统性误差并不显著，可以说工艺过程是稳定的，即工艺过程处于控制状态中,第五章机械加工质量分析与控制1,工艺过程的分布图分析,具体工艺过程分布图分析的内容及步骤如下：,样本容量的确定,样本数据的整理与计算,绘制实际分布图,绘制理论分布图,工艺过程分布图分析,第五章机械加工质量分析与控制1,3.工艺过程的点图分析,工艺过程稳定,点子正常波动工艺过程稳定；点子异常波动工艺过程不稳定,稳定性判别,1,）没有点子超出控制限,2,）大部分点子在中心线上下波动，小部分点子靠近控制限,3,）点子变化没有明显规律性（如上升、下降倾向，或周期性波动）,同时满足为稳定,第五章机械加工质量分析与控制1,5.1.4提高加工精度的途径,减小原始误差,转移原始误差,误差分组法,误差平均法,误差补偿法,第五章机械加工质量分析与控制1,5.2.1表面质量,定义：,机器零件加工后表面层的状态,内容：,表面层的几何形状,1),表面粗糙度：是指加工表面的微观几何形状误差，其波高与波长比值一般小于,50,2),表面波度：加工不平度中波长与波高之比值在,40,1000,的几何形状误差称为波度,5.2 机械加工表面质量,第五章机械加工质量分析与控制1,表面几何形状,第五章机械加工质量分析与控制1,波距/波高40时，按表面粗糙度处理,波距/波高40=1000，按表面波度处理,波距/波高1000，按形状位置误差处理,第五章机械加工质量分析与控制1,表面层的物理机械性能,1）,表面层的冷作硬化：,零件在机械加工过程中由于切削力的作用使表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度及硬度都有所提高的现象称为表面层的冷作硬化,2）,表面层金相组织的变化：,由于切削热使被加工表面的温升过高，使得表层金属的金相组织发生变化的现象,3）,表面层残余应力：,由于加工过程中切削表面变形及切削热的影响，工件表面层产生了残余应力,第五章机械加工质量分析与控制1,2.表面质量对使用性能的影响（1）表面质量对零件耐磨性的影响,在摩擦副的材料、热处理情况及润滑条件已经确定的情况下，零件表面质量对耐磨性能起决定作用,表面粗糙度值的大小对零件表面磨损的影响不同，一般来说，,表面粗糙度值越小，其耐磨形越好，,但太小，润滑油不易存储，导致接触面之间发生分子粘结，使磨损加大,下图是实验所得的不同表面粗糙度对初期磨损量影响曲线,接触表面的表面粗糙度有一个最佳值，,最佳值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大,第五章机械加工质量分析与控制1,表面粗糙度与初期磨损的关系,第五章机械加工质量分析与控制1,（2）表面质量对疲劳强度的影响,在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位很容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。,表面粗糙度值越大，即凹陷越深越尖，应力集中越严重，越容易形成和扩展疲劳裂纹，造成零件的疲劳损坏,零件表面层的残余,拉应力将使裂纹扩大，加速疲劳破坏,；而表面层,残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的发生,零件表面的,冷作硬化层可以阻止裂纹的扩大及新裂纹的产生，对提高疲劳强度有利。,但冷硬层过深或过硬则容易产生裂纹，所以零件的冷作硬化层深度要适中,第五章机械加工质量分析与控制1,（3）表面质量对耐腐蚀性的影响,表面粗糙度对零件的耐腐蚀性影响很大。,表面粗糙度值越大，凹谷中聚积的腐蚀性物质就越多，零件的抗腐蚀性越差,表面的,冷作硬化及金相组织变化都会产生应力，应力会导致应力腐蚀，若有裂纹，会增加应力腐蚀的敏感性，从而降低零件的耐腐蚀性,第五章机械加工质量分析与控制1,（4）表面质量对配合质量的影响,表面粗糙度值的大小对零件配合精度的影响很大,对于,间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，破坏了原有的配合性质,对于过盈配合，压装时会减小过盈量，降低配合强度,第五章机械加工质量分析与控制1,1）刀具几何形状的影响,刀具相对工件作进给运动时，在加工表面上留下了切削层残留面积,以车削为例，如果,背吃刀量较大，则主要是刀刃的直线部分形成表面粗糙度：,如果背吃刀量较小时，工件表面粗糙度主要是由刀刃的圆弧部分形成的,5.2.2机械加工后的表面质量,1.机械加工后的表面粗糙度,（1）机械加工后的表面粗糙度,第五章机械加工质量分析与控制1,2）工件材料的性质,切削加工后表面的粗糙度的实际轮廓与理论轮廓有较大差异，主要原因是被加工材料塑性变形的影响,加工塑性材料时，刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压、摩擦而产生塑性变形。,工件材料韧性越好，金属的塑性变形越大，容易产生积屑瘤和鳞刺，加工表面也就越粗糙,第五章机械加工质量分析与控制1,3）切削用量,切削速度对表面粗糙度的影响很大，如图所示,若切削速度处在产生积屑瘤和鳞刺的范围内，加工表面会很粗糙；若切削速度处在积屑瘤和鳞刺产生的区域之外，如选择低速宽刀精切，表面粗糙度值会明显减小,过小的背吃刀量会使刀具在被加工表面上挤压和打滑，增大表面粗糙度值,进给量的影响见前述公式,加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度影响,第五章机械加工质量分析与控制1,（2）磨削加工后的表面粗糙度,磨削加工时表面粗糙度的形成的与切削加工时表面粗糙度形成的过程类似，它也是由几何因素及表面金属的塑性变形来决定的,从几何因素角度看，磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，被磨表面单位面积上的刻痕越多、刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小,从塑性变形角度来看，磨削加工时温度很高，大多数磨粒在工件表面只有划擦、耕犁作用，使得金属沿着磨粒的两侧流动，形成沟槽两侧的隆起，从而产生比较大的塑性变形，使表面粗糙度值增大,第五章机械加工质量分析与控制1,影响磨削表面粗糙度的因素,1）砂轮的粒度,2）砂轮的硬度,3）砂轮的修整,4）磨削速度,5）磨削径向进给量 和光磨次数,6）工件圆周进给速度和轴向进给量,7）冷却润滑液,第五章机械加工质量分析与控制1,产生原因：,机械加工过程中由于切削力的作用产生塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长及纤维化，甚至出现碎晶，这些原因使得表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化（或强化）,产生的结果：,使得金属变形抗力加大，塑性降低，冷作硬化之后得金属始终处于高能位的不稳定状态，只要有可能就会向低能位的稳定状态转变，这种现象称为弱化,评定冷作硬化的指标：,表层金属的显微硬度,硬化层深度,硬化程度,2.机械加工后的表面层物理力学性能,(1)表面层的冷作硬化,第五章机械加工质量分析与控制1,影响冷作硬化的原因,刀具：,刀具的切削刃口圆角半径及后刀面的磨损对冷硬层的影响很大。增大两值，冷硬层的深度及硬度都会增加,切削用量：,切削速度增大，刀具与工件作用时间缩短，会使塑性变形的程度减小，冷硬层深度也随之减小，同时增大切削速度，会使切削热在工件表面停留的时间缩短，增加冷硬程度,加工材料：,工件材料的塑性越大，冷硬现象越严重,第五章机械加工质量分析与控制1,（2）表面层材料金相组织的变化,切削加工时，切削热大部分被切屑带走，,故切削热对工件表面层材料金相组织影响很小,磨削加工所消耗的能量绝大部分转化为热而传给了工件，,使工件温度升高，引起加工表面层金属金相组织的显著变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至裂纹，这就是磨削烧伤现象,第五章机械加工质量分析与控制1,磨削淬火钢时可能产生三种烧伤：,1）回火烧伤：,磨削区域温度超过马氏体转变温度而未超过淬火钢的相变温度，工件表层金属原有的马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），这种烧伤称为回火烧伤,2）淬火烧伤：,磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属会产生二次淬火马氏体，硬度较原来的回火马氏体高，而它的下层则因冷却缓慢成为硬度较低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤,3）退火烧伤,：在无冷却液干磨时，磨削区的温度超过相变温度，表层金属会产生退火组织，导致表面硬度急剧下降，这种烧伤称为退火烧伤,第五章机械加工质量分析与控制1,（3）表面层的残余应力,残余应力产生的原因如下：,1）冷态塑性变形：,切削加工时表面金属层内产生塑性变形，使表层金属的比容增大，体积膨胀，而里层金属会阻止这种变形，因此表面金属层产生了残余压应力，里层金属产生了残余拉应力,2）热态塑性变形：,切削加工时，切削区会产生大量的切削热，使表层金属体积膨胀，产生塑性变形，而里层金属要阻碍变形；加工结束后，工件表层温度下降，体积收缩，此时里层金属阻碍收缩，热、冷的交替作用使得表层金属产生了残余应力,3）金相组织的变化：,切削时产生的高温会引起表层金属的相变，由于不同的金相组织比容不同，相变所导致比容的变化必然会受到基体金属的阻碍，于是产生了残余应力,第五章机械加工质量分析与控制1,3.机械加工过程中的振动,机械加工过程中，刀具和工件之间发生的振动是极有害的现象，它破坏了正常的切削过程，振动发生时，刀具和工件间的振动位移会使被加工表面产生振痕，使工件表面恶化；会使刀具易于磨损，甚至崩刃；还会使机床连接部位的连接特性遭到破坏，使切削无法进行下去,振动的主要来源：,机内振源：,如机床旋转件的不平衡、机床传动机构的缺陷、往复运动部件的惯性力及切削过程中的冲击等原因,机外振源：,如其他机床、锻锤等,机械加工过程中应根据振动产生的主要原因，采取必要的工艺措施加以减震，以保证零件的加工质量,第五章机械加工质量分析与控制1,5.2.3控制表面质量的工艺途径,1）减小残余应力、防止磨削烧伤及磨削裂纹,残余拉应力、磨削烧伤及磨削裂纹产生的主要原因是磨削热，故在加工过程中可以通过选择合理的磨削参数及有效的冷却方法来降低磨削热,2）采用冷压强化工艺,对于承受高应力、交变载荷的零件可以采用喷丸、滚压、挤压等表面强化工艺来提高其耐疲劳强度及抗应力腐蚀性能,3）采用精密和光整加工工艺,采用精密加工工艺可以全面提高加工精度和表面质量，而光整加工工艺可获得较高的表面质量,第五章机械加工质量分析与控制1,演讲完毕，谢谢听讲,!,再见，see you again,3rew,2024/11/1,第五章机械加工质量分析与控制1,