机械加工表面质量及其控制(PPT 82页)

*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,第四节 机械加工表面质量,第六,章,章,机,机,械,械加,工,工表,面,面质,量,量,概,述,述,掌握,机,机械,加,加工,中,中各,种,种工,艺,艺因,素,素对,表,表面,质,质量,影,影响,的,的规,律,律，,并,并应,用,用这,些,些规,律,律控,制,制加,工,工过,程,程，,以,以达,到,到提,高,高加,工,工表,面,面质,量,量、,提,提高,产,产品,性,性能,的,的目,的,的。,实践,表,表明,，,，零,件,件的,破,破坏,一,一般,总,总是,从,从,表面,层,层,开始,的,的。,产,产品,的,的工,作,作性,能,能，,尤,尤其,是,是它,的,的可,靠,靠性,、,、耐,久,久性,等,等，,在,在很,大,大程,度,度上,取,取决,于,于其,主,主要,零,零件,的,的,表面,质,质量,。,研究,机,机械,加,加工,表,表面,质,质量,的,的目,的,的,机械,产,产品,的,的失,效,效形,式,式,因设,计,计不,周,周而,导,导致,强,强度,不,不够,；,；,磨损,、,、腐,蚀,蚀和,疲,疲劳,破,破坏,。,。,少数,多数,2,3,3.1.1,加工,表,表面,质,质量,的,的概,念,念,表面,粗,粗糙,度,度,波度,纹理,方,方向,伤痕,(,划痕,、,、裂,纹,纹、,砂,砂眼,等,等,),表面质量,表面几何形状精度,表面物理、机械性能,表层加工硬化,表层金相组织变化,表层残余应力,加工质量,加工质量包,含,含的内容,1,、表面的几,何,何形状特征,加工后表面,形,形状，总是,以,以“峰”、,“,“谷”的形,式,式偏离其理,想,想光滑表面,。,。按偏离程,度,度有宏观和微观之分。,波距：峰与,峰,峰或谷与谷,间,间的距离，,以,以,L,表示；,波高：峰与,谷,谷间的高度,，,，以,H,表示。,波距与波高,L/H1000,时，属于宏,观,观几何形状,误,误差；,L/H50,时，属于,微观形状误,差,差，称作表,面,面粗糙度,；,L/H=50,1000,时，称作表,面,面波度；,主要是由机,械,械加工过程,中,中工艺系统,低频振动,所引起。,4,5,1,、轮廓算术,平,平均偏差,轮廓算术平,均,均偏差,6,2,微观不平,度,度十点高度,R,微观不平度,十,十点高度,Rz,示意图,7,轮廓最大,高,高度,Ry,示意图,8,9,10,11,纹理方向是指表面,刀,刀纹的方,向,向，取决,于,于表面形,成,成所采用,的,的机械加,工,工方法。,一,一般运动副或,密,密封件对纹理方,向,向有要求,。,。,伤痕是指在加,工,工表面个,别,别位置出,现,现的缺陷,，,，如沙眼,、,、气孔、,裂,裂痕等。,12,2,、表面层,物,物理力学,、,、化学性,能,能,表示方法,(1),表面金属层的,冷,冷作硬化,指工件在加工,过,过程中，表面,层,层金属产生强,烈,烈的塑性变形,，,，使工件加工,表,表面层的强度,和,和硬度都有所,提,提高的现象。,冷硬层深度,h,硬化程度,N,13,(2),表面层金相组,织,织变化,(3),表面层产生残,余,余应力,指的是加工中,，,，由于切削热的,作,作用引起表层,金,金属金相组织,发,发生变化的现,象,象。如磨削时常发,生,生的磨削烧伤,，,，大大降低表,面,面层的物理机,械,械性能。,指的是加工中,，,，由于切削变形,和,和切削热的作,用,用，工件表层,及,及其基体材料,的,的交界处产生,相,相互平衡的弹,性,性应力的现象。残余应力超过,材,材料强度极限,就,就会产生表面,裂,裂纹。,14,15,二、表面质量,对,对零件使用性,能,能的影响,1,表面质量对,零,零件耐磨性的,影,影响,（,1,）表面粗糙度,对,对零件耐磨性,的,的影响,表面粗糙度太,大,大和太小都不,耐,耐磨。如图所,示,示：,16,表面粗糙度太,大,大，接触表面,的,的实际压强增,大,大，粗糙不平,的,的凸峰相互咬,合,合、挤裂、切,断,断，故磨损加,剧,剧；,表面粗糙度太,小,小，也会导致,磨,磨损加剧。因,为,为表面太光滑,，,，存不住润滑,油,油，接触面间,不,不易形成油膜,，,，容易发生分,子,子粘结而加剧,磨,磨损。,表面粗糙度的,最,最佳值,与机器零件的,工,工作情况有关,，,，载荷加大时,，,，磨损曲线向,上,上、向右移动,，,，最佳表面粗,糙,糙度值也随之,右,右移。,17,（,2,）表面纹理对,零,零件耐磨性的,影,影响,圆弧形、凹坑,状,状表面纹理较,耐,耐磨。,纹理与运动方,向,向的关系,18,（,3,）表面层的冷,作,作硬化对零件,耐,耐磨性的影响,加工表面的冷,作,作硬化，一般,能,能提高零件的,耐,耐磨性。因为,它,它使磨擦副表,面,面层金属的显,微,微硬度提高，,塑,塑性降低，减,少,少了摩擦副接,触,触部分的弹性,变,变形和塑性变,形,形。,并非冷作硬化,程,程度越高，耐,磨,磨性就越高。,这,这是因为过分,的,的冷作硬化，,将,将引起金属组,织,织过度“疏松,”,”，在相对运,动,动中可能会产,生,生金属剥落，,在,在接触面间形,成,成小颗粒，使,零,零件加速磨损,。,。,19,2,表面质量对,零,零件疲劳强度,的,的影响,（,1,）表面粗糙度,对,对零件疲劳强,度,度的影响,表面粗糙度越,大,大，抗疲劳破,坏,坏的能力越差,。,。,对承受,交变载荷,零件的疲劳强,度,度影响很大。,在,在交变载荷作,用,用下，表面粗,糙,糙度的凹谷部,位,位容易引起应,力,力集中，产生,疲,疲劳裂纹。,表面粗糙度值,越,越小，表面缺,陷,陷越少，工件,耐,耐疲劳性越好,；,；反之，加工,表,表面越粗糙，,表,表面的纹痕越,深,深，纹底半径,越,越小，其抗疲,劳,劳破坏的能力,越,越差。,20,（,2,）表面层冷作,硬,硬化与残余应,力,力对零件疲劳,强,强度的影响,适度的表面层,冷,冷作硬化能提,高,高零件的疲劳,强,强度。,残余应力有拉,应,应力和压应力,之,之分，,残余拉应力,容易使已加工,表,表面产生裂纹,并,并使其扩展而,降,降低疲劳强度,残余压应力,则能够部分地,抵,抵消工作载荷,施,施加的拉应力,，,，延缓疲劳裂,纹,纹的扩展，从,而,而提高零件的,疲,疲劳强度。,21,（,1,）表面粗糙度,对,对零件配合精,度,度的影响,表面粗糙度较,大,大，则降低了,配,配合精度。,（,2,）表面残余应,力,力对零件工作,精,精度的影响,表面层有较大,的,的残余应力，,就,就会影响它们,精,精度的稳定性,。,。,3.,表面,质,质量,对,对零,件,件工,作,作精,度,度的,影,影响,4,表,面,面质,量,量对,零,零件,耐,耐腐,蚀,蚀性,的,的影,响,响,残余压应,力,力使零,件,件表,面,面紧,密,密，,腐,腐蚀,性,性物,质,质不,易,易进,入,入，,可,可增,强,强零,件,件的,耐,耐腐,蚀,蚀性,；,；,表面,粗,粗糙,度,度的,影,影响,表面,粗,粗糙,度,度值,越,越大,，,，越,容,容易,积,积聚,腐,腐蚀,性,性物,质,质；,波谷,越,越深,，,，渗,透,透与,腐,腐蚀,作,作用,越,越强,烈,烈。,零件,的,的耐,腐,腐蚀,性,性在,很,很大,程,程度,上,上取,决,决于,表,表面,粗,粗糙,度,度,表面,残,残余,应,应力,对,对零,件,件耐,腐,腐蚀,性,性影,响,响,拉应,力,力则降,低,低耐,腐,腐蚀,性,性,22,23,表面,质,质量,对,对零,件,件使,用,用性,能,能的,影,影响,零件表面质量,粗糙度太大、太小都不耐磨,适度冷硬能提高耐磨性,对疲劳强度的影响,对耐磨性影响,对耐腐蚀性能的影响,对工作精度的影响,适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度,粗糙度越大、工作精度降低,残余应力越大，工作精度降低,粗糙度越大，耐腐蚀性越差,压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性,粗糙度,值,值越小,，,，工件,耐,耐疲劳,性,性越好,24,机械制,造,造工艺,学,学,3.2,影响加工表面粗糙度的工艺因素及其改善措施,第三章,机,机械,加,加工表,面,面质量,及,及其控,制,制,25,3.2.1,切削加,工,工表面,粗,粗糙度,影,影响因,素,素与改,进,进,车削时,残,残留面,积,积的高,度,度,直线刃,车,车刀（,图,图,a,）,（,3-1,）,圆弧刃,车,车刀（,图,图,b,）,（,3-2,）,影响因,素,素：刀尖圆,弧,弧半径,，,，主偏,角,角，副,偏,偏角，,进给量,。,。,f,r,H,v,f,r,b,）,H,f,a,）,v,f,刀尖圆,弧,弧半径,主偏角,副偏角,进给量,6.2,影响表,面,面粗糙,度,度的工,艺,艺因素,及,及其改,善,善措施,表面粗,糙,糙度的,形,形成和,影,影响因,素,素,几何因,素,素,物理因,素,素,一、切,削,削加工,表,表面粗,糙,糙度,切削,残留面,积,积,的高度,金相组,织,织,:,金相组,织,织越大,，,，粗糙,度,度也越,大,大；,切削液,的,的选用,及,及刀具,刃,刃磨质,量,量,26,27,因素水平,1,2,3,4,每齿进给量,f,z,(m),0.5,1,2,4,轴向切深,a,p,(m),10,20,30,40,切削速度,v,c,(m/min),40,70,100,140,表面粗,糙,糙度实,验,验因素,水,水平编,码,码,28,序号,每齿进给量,f,z,(m),轴向切深,a,p,(m),切削速度,v,c,(m/min),表面粗糙度,R,a,(nm),1,0.5,10,40,176.3,2,0.5,20,70,185.6,3,0.5,30,100,206.4,4,0.5,40,140,223.1,5,1,10,70,154.7,6,1,20,40,142.3,7,1,30,140,193.4,8,1,40,100,176.6,9,2,10,100,228.2,10,2,20,140,242.4,11,2,30,40,197.6,12,2,40,70,218.6,13,4,10,140,319.5,14,4,20,100,294.1,15,4,30,70,273.8,16,4,40,40,257.4,表面粗,糙,糙度正,交,交实验,测,测量结,果,果,29,轴向切深,切削速度,每齿进给量,30,31,(b),f,z,=4,(a),f,z,=1,32,33,切削速,度,度影响,最,最大：,v =10,50m/min,范围，,易,易产生,积,积屑瘤,和,和鳞刺,，,，表面,粗,粗糙度,最,最差。,切削,45,钢时切削速度与粗糙度关系,100,120,v,（,m/min,）,0,20,40,60,80,140,表面粗糙度,R,z,（,m,）,4,8,12,16,20,24,28,收缩系数,K,s,1.5,2.0,2.5,3.0,积屑瘤高度,h,（,m,）,0,200,400,600,h,R,z,3.2.1,切削加,工,工表面,粗,粗糙度,切削表面塑性变形和积屑瘤,34,35,其他影,响,响因素,：,：,刀具几,何,何角度,、,、刃磨,质,质量、,切,切削液,金相组,织,织的影响,几何原,因,因,塑性变,形,形,机械加,工,工振动,二、磨,削,削过程,中,中表面,粗,粗糙度,的,的形成,1,、形成,因,因素,切削用,量,量,砂轮的,粒,粒度和,砂,砂轮的,修,修整情,况,况,(1),几何原,因,因,1,）磨削,用,用量对,表,表面粗,糙,糙度的,影,影响,砂轮的,速,速度，单位,时,时间内,的,的磨削,量,量，粗,糙,糙度；,工件,的,的速,度,度，单,位,位时,间,间内,的,的磨,削,削量，粗,糙,糙度；,砂轮,纵,纵向,进,进给,速,速度，每,部,部位,重,重复,磨,磨削,次,次数，粗,糙,糙度。,36,37,在工,件,件表,面,面上,的,的磨,痕,痕就,越,越细,密,密，,表,表面,粗,粗糙,度,度值,也,也就,越,越小,。,。,3.2.2,磨削,加,加工,后,后的,表,表面,粗,粗糙,度,度,2,、砂,轮,轮工,作,作表,面,面的,几,几何,形,形态,由,由磨,削,削机,理,理知,，,，砂,轮,轮磨,料,料的,粒,粒度,越,越细,，,，在,单,单位,时,时间,，,，通,过,过工,件,件单,位,位面,积,积上,的,的磨,粒,粒数,越,越多，,38,39,砂轮,粒,粒度,号,号,，,，,R,a,；但,要,要适,量,量；,砂轮,硬,硬度,适,适中,，,，,R,a,；常,取,取中,软,软；,砂轮,组,组织,适,适中,，,，,R,a,；常,取,取中,等,等组,织,织；,采用超硬,砂,砂轮材料,，,，,R,a,；,砂轮精细,修,修整，,R,a,。,3.2.2,磨削加工,后,后的表面,粗,粗糙度,砂轮影响,除了从上,述,述几个方,面,面考虑采,取,取措施外,，,，还可从,加,加工方法,上,上着手改,善,善，如用研磨、珩,磨,磨、超精,加,加工、抛,光,光等。,切削液,砂轮磨削,时,时温度高,，,，热的作,用,用占主导,地,地位。采,用,用切削液,可,可以降低,磨,磨削区温,度,度，减少,烧,烧伤，冲,去,去脱落的,砂,砂粒和切,屑,屑，以免,划,划伤工件,，,，从而降,低,低表面粗,糙,糙度度值,。,。但必须,选,选择适当,的,的冷却方,法,法和切削,液,液。,减少加工,表,表面的表,面,面粗糙度,的,的其它方,法,法,40,41,第三章,机,机械加,工,工表面质,量,量,3.3,影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施,42,2.3.1,加工表面,层,层的冷作,硬,硬化,一）概述,机械加工,过,过程中产,生,生的塑性,变,变形，使,晶,晶格扭曲,、,、畸变，,晶,晶粒间产,生,生滑移，,晶,晶粒被拉,长,长，这些,都,都会使表,面,面金属的,硬,硬度增加,，,，统称为,冷作硬化,（,强化）,。,金属冷作,硬,硬化的结,果,果，使金,属,属处于高,能,能位不稳,定,定状态，,只,只要一有,条,条件，金,属,属的冷硬,结,结构就会,本,本能地向,比,比较稳定,的,的结构转,化,化，这些,现,现象称为,弱化,。,由于金属,在,在机械加,工,工过程中,同,同时受到,力,力因素和,热,热因素的,作,作用，机,械,械加工后,表,表面层金,属,属的最后,性,性质取决,于,于强化和,弱,弱化两个,过,过程的综,合,合。,评价冷作,硬,硬化的指,标,标有下列,三,三项：,（,1,）表层金,属,属的显微,硬,硬度,HV,（,2,）硬化层深度,h,（,um,）,（,3,）硬化程度,N,：,二）影响切削加,工,工表面冷作硬化,的,的因素,43,2.3.1,加工表面层的冷,作,作硬化,切削加工,f,，冷硬程度；,切削用量影响,刀具影响,r,n,，冷硬程度,;,其他几何参数,影,影响不明显,后刀面磨损影,响,响显著。,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,磨损宽度,VB,(mm),100,180,260,340,硬度,(HV),50,钢，,v,= 40(m/min),f,= 0.12,0.2(mm/z),后刀面磨损对冷硬影响,工件材料,材料塑性，,冷,冷硬倾向,;,切削速度,影响复杂,(,力与热综合作,用,用结果,),；,切削深度影响,不,不大。,f,和,v,对冷硬的影响,硬度,(HV),0,f,(mm /r),0.2,0.4,0.6,0.8,v,=170(m/min),135(m/min),100(m/min ),50(m/min),100,200,300,400,工件材料：,45,44,冷作硬化的测,量,量方法,用显微硬度计,测,测量,45,对于磨削加工,来,来说，由于单,位,位面积上产生,的,的切削热比一,般,般切削方法要,大,大几十倍，易,使,使,工件表面层的,金,金相组织发生,变,变化，从而使,表,表面层的硬度,和,和强度下降，,并,并伴随残余应,力,力产生，同时,出,出现彩色氧化,膜,膜。,这种现象称为,磨削烧伤,。,1,表面层金相,组,组织变化与磨,削,削烧伤原因,机械加工过积,中,中，在工件的,加,加工区及其邻,近,近的区域，温度会急剧升,高,高，当温度超过,工,工件材料金相,组,组织变化的临,界,界点，就会发,生,生金相组织变,化,化。对于一般,切,切削加工而言,，,，温度还不会,上,上升到如此程,度,度。,磨削烧伤将严,重,重地影响零件,的,的使用性能。,3.3.2,表面金属的金,相,相组织变化,46,1),如果工件表面,层,层温度未超过,淬,淬火钢相变温,度,度,(,一般中碳钢为,720 ,，但超过马氏,体,体的转变温度,(,一般中碳钢为,300),，这时马氏体,将,将转变为硬度,较,较低的回火屈,氏,氏体或索氏体,，,，这叫,回火烧伤,。,2),当工件表面层,温,温度超过相变,温,温度，如果这,时,时有充分的切,削,削液，则表面,层,层将急冷形成,二,二次淬火马氏,体,体，硬度比回,火,火马氏体高，,但,但很薄，只有,几,几微米厚。其,下,下为硬度较低,的,的回火索氏体,和,和屈氏体，导,致,致表面层总的,硬,硬度降低，这,称,称为,淬火烧伤,。,3),当工件表面层,温,温度超过相变,温,温度，如果这,时,时无切削液，,则,则表面硬度急,剧,剧下降，工件,表,表层被退火，,这,这种现象称为,退火烧伤,。,磨淬火钢时，,在,在工件表面层,上,上形成的瞬时,高,高温将使表面,金,金属产生以下,三,三种金相组织,变,变化：,47,工件表层温度,达,达到或超过金,属,属材料相变温,度,度时，表层金,相,相组织、显微,硬,硬度发生变化,，,，并伴随残余,应,应力产生，同,时,时出现彩色氧,化,化膜。,磨削烧伤,磨削表面残余,拉,拉应力达到材,料,料强度极限，,在,在表层或表面,层,层下产生微裂,纹,纹。裂纹方向,常,常与磨削方向,垂,垂直或呈网状,，,，常与烧伤同,时,时出现。,磨削裂纹,3.3.2,表面金属的金,相,相组织变化,48,磨削烧伤与磨,削,削裂纹的控制,合理选择砂轮,；,；,合理选择磨削,用,用量；,改善冷却条件,；,；,选用开槽砂轮,49,磨削深度，工件横向进,给,给量和工件速,度,度，砂轮与工件,表,表面接触时间,相,相对，因而热的作,用,用时间，磨削烧伤。,为减轻烧伤而,同,同时又保持高,的,的生产率、一,般,般选用较大的,工,工件速度和较,小,小的磨削深度,。,。同时，为了,弥,弥补因增大工,件,件速度而造成,表,表面粗糙度值,增,增大的缺陷，,可,可以提高砂轮,速,速度。,(1),合理选择磨削,用,用量,但：,磨削深度，生产率；,工件速度，表面粗糙度值。,实践证明，同,时,时提高砂轮速,度,度和工件速度,，,，可以避免烧,伤,伤。,解决办法：,50,采用切削液带,走,走磨削区的热,量,量可以避免烧,伤,伤。,(2),冷却条件,磨削时，一般,冷,冷却效果较差,，,，由于高速旋,转,转的砂轮表面,上,上产生强大气,流,流层，实际上,没,没有多少切削,液,液能进入磨削,区,区。,增加切削液的,流,流量和压力,采用特殊喷嘴,采用多孔性砂,轮,轮,比较有效的冷,却,却方法,51,软砂轮较好，对于硬度太,高,高的砂轮，钝,化,化砂粒不易脱,落,落，容易产生,烧,烧伤。,(3),砂轮的选择,砂轮结合剂最,好,好采用具有一,定,定弹性的材料,，,，如树脂、橡胶,等,等。,3.3.2,表面金属的金,相,相组织变化,52,(1),冷态塑性变形,引,引起的残余应,力,力,(2),热态塑性变形,引,引起的残余应,力,力,(3),金相组织变化,引,引起的残余应,力,力,一）、表面层,残,残余应力及其,产,产生的原因,表面层残余应,力,力外部载荷去除,后,后，工件表面,层,层及其与基体,材,材料的交界处,仍,仍残存的互相,平,平衡的应力。,表面层残余应,力,力产生的原因,3.3.3,表面金属的残,余,余应力,53,(1),冷态塑性变形,引,引起的残余应,力,力,当刀具从被加,工,工表面上去除,金,金属时，由于,后,后刀面的挤、,压,压和摩擦作用,，,，加大了表面,层,层伸长的塑性,变,变形，表面层,的,的伸长变形受,到,到基体金属的,限,限制，也在表,面,面层产生了残,余,余压应力。,在切削力作用,下,下，已加工表,面,面产生强烈的,塑,塑性变形。表,面,面层金属比容,增,增大，体积膨,胀,胀，与它相连,的,的里层金属的,阻,阻止其体积膨,胀,胀；,里层产生残余,拉,拉应力,表面层产生残,余,余压应力,结果：,3.3.3,表面金属的残,余,余应力,54,(2),热态塑性变形,引,引起的残余应,力,力,磨削温度越高,，,，热塑性变形,越,越大，残余拉,应,应力也越大，,有,有时甚至产生,裂,裂纹。,在切削热作用,下,下产生热膨胀,金属基体温度,较,较低,工件加工,表,表面,表层产生,热,热压应力,切削时,切削过程,结,结束时,温度下降,，,，已产生,热,热塑性变,形,形的表层,收,收缩,结果,表面产生,残,残余拉应,力,力,3.3.3,表面金属,的,的残余应,力,力,55,(3),金相组织,变,变化引起,的,的残余应,力,力,如：马氏,体,体密度为,7.75g/cm,3,，奥氏体,密,密度为,7.96g/cm,3,， 珠光,体,体密度为,7.78g/cm,3,，铁索体,密,密度为,7.88g/cm,3,；,切削时产,生,生的高温,会,会引起表,面,面层金相,组,组织变化,。,。因为不,同,同的金属,组,组织，它,们,们的密度,不,不同，因,而,而引起的,残,残余应力,。,。,以淬火钢,磨,磨削为例,淬火钢原,来,来的组织,是,是马氏体,7.75g/cm,3,磨削加工,后,后,表层可能,产,产生回火,，,，马氏体,变,变为珠光,体,体,7.78g/cm,3,密度增大,而,而体积减,小,小,表面产生,残,残余拉应,力,力,导致,结果,3.3.3,表面金属,的,的残余应,力,力,56,因此，最,终,终工序加,工,工方法的,选,选择，须,考,考虑零件,的,的具体工,作,作条件及,零,零件可能,产,产生的破,坏,坏形式。,(,四,),零件破坏,形,形式和最,终,终工序的,选,选择,一般来说,，,，,零件表面,残,残余应力,的,的数值及,性,性质主要,取,取决于零,件,件最终工,序,序加工方,法,法的选择。,3.3.3,表面金属,的,的残余应,力,力,57,1,疲劳破,坏,坏,2,滑动磨,损,损,3,滚动磨,损,损,零件破坏,形,形式,零件表面,层,层金属的,残,残余应力,将,将直接影,响,响机器零,件,件的使用,性,性能。,3.3.3,表面金属,的,的残余应,力,力,58,从提高零,件,件抵抗疲,劳,劳破坏的,角,角度考虑,，,，最终工,序,序应选择,能,能在加工,表,表面产生,残,残余压应,力,力的加工,方,方法。,1.,疲劳破坏,机器零件,表,表面上局,部,部产生微,观,观裂纹,在交变载,荷,荷的作用,下,下,拉应力作,用,用下,原生裂纹,扩,扩大,导致零件,破,破坏,滑动摩擦,的,的机械作,用,用,物理化学,方,方面的综,合,合作用,2,滑动磨,损,损,指的是两,个,个零件作,相,相对滑动,，,，滑动面,逐,逐渐磨损,的,的现象。,滑动磨损,机,机理,粘接磨损,扩散磨损,化学磨损,59,从提高零,件,件抵抗滑,动,动摩擦引,起,起的磨损,考,考虑，最,终,终工序应,选,选择能在,加,加工表面,产,产生残余拉应,力,力的加工方,法,法。,从抵抗粘,接,接磨损、,扩,扩散磨损,、,、化学磨,损,损考虑对,残,残余应力,的,的性质无,特,特殊要求,时,时，应尽,量,量减小表,面,面残余应,力,力值。,当表面层,的,的,压缩工作,应,应力,超过材料,的,的许用应,力,力时，将,使,使表面层,金,金属磨损,。,。,改善措施,60,3,滚动磨,损,损,指的是两,个,个零件作,相,相对滚动,，,，滚动面,将,将逐渐磨,损,损的现象,。,。,滚动磨损,来,来自,滚动摩擦,的,的机械作,用,用,物理化学,方,方面,综合作用,从提高零,件,件抵抗滚,动,动摩擦引,起,起的磨损,考,考虑，最,终,终工序应,选,选择能在,表,表面层下,深,深,h,处产生压应力的加工方,法,法。,滚动磨损,的,的决定性,因,因素,是表面层,下,下深,h,处的最大拉应,力,力。,最终工序,加,加工方法,的,的选择可,参,参考下表,61,各种加工,方,方法在工,件,件表面残,留,留的内应,力,力,62,四表面,强,强化工艺,1,喷九强,化,化,利用压缩,空,空气或离,心,心力将大,量,量的珠丸,(,直径为,0.4,4mm),以高速打,击,击被加工,零,零件表面,，,，使表面,产,产生冷硬,层,层和残余,压,压应力，,可,可以显著,提,提高零件,的,的疲劳强,度,度。珠丸,可,可以是铸,铁,铁或砂石,，,，钢丸更,好,好。喷丸,所,所用设备,是,是压缩空,气,气喷丸装,置,置或机械,离,离心式喷,丸,丸装置，,这,这些装置,使,使珠丸能,以,以,35,50m/s,的速度,喷,喷出。,珠丸,(,直径为,0.4,4mm),高速,(35,50m/s),打击被,加,加工零,件,件表面,使表面,产,产生冷,硬,硬层和,残,残余压,应,应力,方法概,要,要,喷九加,工,工主要,用,用于强,化,化形状,复,复杂的,零,零件，,如,如齿轮,、,、连杆,、,、曲轴,等,等。零,件,件经喷,九,九强化,后,后，硬,化,化层深,度,度可达,0.7mm,，表面,租,租糙度,Ra,值可由,3.2,减少到,0.4,，使用,寿,寿命可,提,提高几,倍,倍到几,十,十倍。,应用,喷九加,工,工主要,用,用于强,化,化形状,复,复杂的,零,零件，,如,如齿轮,、,、连杆,、,、曲轴,等,等。零,件,件经喷,九,九强化,后,后，硬,化,化层深,度,度可达,0.7mm,，表面,租,租糙度,Ra,值可由,3.2,减少到,0.4,，使用,寿,寿命可,提,提高几,倍,倍到几,十,十倍。,63,64,2,滚压,加,加工,利用淬,硬,硬的滚,压,压工具,(,滚轮或,滚,滚珠,),在常温,下,下对工,件,件表面,施,施加压,力,力，使,其,其产生,塑,塑性变,形,形，工,件,件表面,上,上原有,的,的波峰,被,被填充,到,到相邻,的,的波谷,中,中，以,减,减小表,面,面粗糙,度,度值，,并,并使表,面,面产生,冷,冷硬层,和,和残余,压,压应力,，,，从而,提,提高零,件,件的承,裁,裁能力,和,和疲劳,强,强度。,方法,滚压工,具,具,波峰被,填,填充到,相,相邻的,波,波谷中,表面产,生,生冷硬,层,层和残,余,余压应,力,力,滚压可,以,以加工,外,外圆、,孔,孔、平,面,面及成,形,形表面,，,，通常,在,在卧式,车,车床、,转,转塔车,床,床或自,动,动车床,上,上进行,。,。,功效,表面层,硬,硬度一,般,般可提,高,高,20, ,40,；,表面层,金,金属的,耐,耐疲劳,强,强度可,提,提高,30, ,50,。,应用,65,3,液体,磨,磨料强,化,化,液体和,磨,磨料在,400,800kPa,下，经,过,过喷嘴,高,高速喷,出,出，射,向,向工件,表,表面，,借,借磨粒,的,的冲击,作,作用，,磨,磨平工,件,件表面,的,的表面,粗,粗糙度,并,并碾压,金,金属表,面,面。,液体磨,料,料强化,是,是利用,液,液体和,磨,磨料的,混,混合物,强,强化工,件,件表面,的,的方法,。,。,方法,由于磨,粒,粒的冲,击,击和微,量,量切削,作,作用，,使,使工件,表,表面产,生,生几十,微,微米的,塑,塑性变,形,形层。,加,加工后,的,的工件,表,表面层,具,具有残余压应,力,力，提高,了,了工件的,耐,耐磨性、,抗,抗蚀性和,疲,疲劳强度,。,。,效果,液体磨料,强,强化工艺,最,最宜于加,工,工复杂型,面,面，如锻,摸,摸、汽轮,机,机叶片、,螺,螺旋桨、,仪,仪表零件,和,和切削刀,具,具等。,应用,66,67,机械制造,工,工艺学,第,3,章 机,械,械加工表,面,面质量,3.4,机械加工过程中的振动,68,3.4,机械加工,过,过程中的,振,振动,机械加工,过,过程中振,动,动的危害,影响加工,表,表面粗糙,度,度，振动,频,频率较低,时,时会产生,波,波度；,影响生产,效,效率；,加速刀具,磨,磨损，易,引,引起崩刃,；,；,影响机床,、,、夹具的,使,使用寿命,；,；,产生噪声,污,污染，危,害,害操作者,健,健康。,工艺系统,受,受到初始,干,干扰力而,破,破坏了其,平,平衡状态,后,后，系统,仅,仅靠弹性,恢,恢复力来,维,维持的振,动,动称为自,由,由振动。,由于系统,中,中总存在,阻,阻尼，自,由,由振动将,逐,逐渐衰弱,，,，对加工,影,影响不大,。,。,机械加工过程中振动的类型,自由振动,自由振动,强迫振动,自激振动,69,3.4.1,机械加工,过,过程中强,迫,迫振动,强迫振动,产,产生原因,由外界周,期,期性的干,扰,扰力（激,振,振力）作,用,用引起；,强迫振动,振,振源：机外机内。机外振,源,源均通过,地,地基把振,动,动传给机,床,床。机内,：,：,1,）回转零,部,部件质量,的,的不平衡,；,；,2,）机床传,动,动件的制,造,造误差和,缺,缺陷；,3,）切削过,程,程中的冲,击,击。,频率特征,：,：与干扰力,的,的频率相,同,同，或是,干,干扰力频,率,率整倍数,；,；,幅值特征,：,：与干扰力,幅,幅值、工,艺,艺系统动,态,态特性有,关,关。当干,扰,扰力频率,接,接近或等,于,于工艺系,统,统某一固,有,有频率时,，,，产生共,振,振。,相角特征：强迫振动位移,的,的变化在相位,上,上滞后干扰力,一,一个,角，其值与系,统,统的动态特性,及,及干扰力频率,有,有关。,强迫振动的特征,没有周期性外,力,力作用下，由,系,系统内部激发,反,反馈产生的周,期,期性振动，称,为,为自激振动,处于切削过程,中,中的工艺系统,作用,干扰力,产生,自由振动,引起,刀具和工件相,对,对位置的变化,切削力的波动,工艺系统产生,振,振动,导致,1,、自激振动的,产,产生,70,3.4.2,机械加工过程,中,中自激振动,71,自激振动系统,是,是一个闭环反,馈,馈自控系统，,调,调节系统把持,续,续工作的能量,转,转变为交变力,对,对振动系统进,行,行激振，振动,系,系统的振动又,控,控制切削过程,产,产生激振力，,以,以反馈制约进,入,入振动系统的,能,能量。,组成的一个闭,环,环系统。,2,、自激振动的,组,组成,振动系统,(,工艺系统,),调节系统,(,切削过程,),72,3,、自激振动的,特,特性,1),自激振动的频,率,率等于或接近,系,系统的固有频,率,率，即由系统本,身,身的参数所决,定,定。,2),自激振动是由,外,外部激振力的,偶,偶然触发而产,生,生的一种不衰,减,减运动，维持振动所需,的,的交变力是由,振,振动过程本身,产,产生的，在切削过程中,，,，停止切削运,动,动，交变力也,随,随之消失，自,激,激振动也就停,止,止。,3),自激,振,振动,能,能否,产,产生,和,和维,持,持取,决,决于,每,每个,振,振动,周,周期,内,内摄,入,入和,消,消耗,的,的能,量,量。自激,振,振动,系,系统,维,维持,稳,稳定,振,振动,的,的条,件,件是，,在,在,个振,动,动周,期,期内,，,，从,能,能源,输,输入,到,到系,统,统的,能,能量,(E,),等于,系,系统,阻,阻尼,所,所消,耗,耗的,能,能量,(E,),。如,果,果吸,收,收能,量,量大,于,于消,耗,耗能,量,量，,则,则振,动,动会,不,不断,加,加强,；,；如,果,果吸,收,收能,量,量小,于,于消,耗,耗能,量,量,则,则振,动,动将,不,不断,衰,衰减,而,而被,抑,抑制,。,。,73,响应,耦,耦合,建,建模,74,75,微铣,刀,刀刀,尖,尖频,响,响测,量,量,试验,稳定,性,性叶,瓣,瓣图,76,微铣,削,削加,工,工稳,定,定域,与,与表,面,面位,置,置误,差,差综,合,合分,析,析图,77,78,3.4.4,机械,加,加工,中,中振,动,动的,防,防治,减小,机,机内,干,干扰,力,力的,幅,幅值,；,；,调整,振,振源,的,的频,率,率，,一,一般,要,要求,：,：,调整,振,振动,系,系统,低,低刚,度,度主,轴,轴的,位,位置,消除,或,或减,弱,弱产,生,生强,迫,迫振,动,动的,条,条件,式中,f,和,f,n,分别,为,为振,源,源频,率,率和,系,系统,固,固有,频,频率,隔振,x,2,x,2,x,1,x,1,x,1,x,1,x,2,x,2,两种,尾,尾座,结,结构,消除或减弱产生自激振动的条件,79,3.4.4,机,械,械,加,加,工,工,中,中,振,振,动,动,的,的,防,防,治,治,减,小,小,切,切,削,削,或,或,磨,磨,削,削,时,时,的,的,重,重,叠,叠,系,系,数,数,（,（,图,图,3-22,）,式,中,中,b,d,等,效,效,切,切,削,削,宽,宽,度,度,，,，,即,即,本,本,次,次,切,切,削,削,实,实,际,际,切,切,到,到,上,上,次,次,切,切,削,削,残,残,留,留,振,振,纹,纹,在,垂,垂,直,直,于,于,振,振,动,动,方,方,向,向,投,投,影,影,宽,宽,度,度,；,；,b,本次切,削,削在垂,直,直于振,动,动方向,上,上的切,削,削宽度,；,；,B,f,a,砂轮宽,度,度与轴,向,向进给,量,量。,重叠系数,a,p,f,a,B,振动方向,X,D,f,b,b,d,a,）切削,b,）磨削,r,r,，,（,3-34,）,80,减小重,叠,叠系数,方,方法,车刀消振棱,0.1,0.3,-5,-20,2,3,增加切,削,削阻尼,（,（例采,用,用倒棱,车,车刀，,图,图,3-23,）,增加主,偏,偏角；,增大进,给,给量。,3.4.4,机械加,工,工中振,动,动的防,治,治,81,提高工,艺,艺系统,刚,刚度；,增大工,艺,艺系统,阻,阻尼。,改善工,艺,艺系统,动,动态特,性,性,3.4.4,机械加,工,工中振,动,动的防,治,治,阻尼材料,铸铁环,铸铁套筒,零件上加阻尼材料,82,摩擦式减振器,1,飞轮,2,摩擦盘,3,摩擦垫,4,螺母,5,弹簧,动力减,振,振器；,摩擦式,减,减振器,；,；,冲击式,减,减振器,。,。,3.4.4,机械加,工,工中振,动,动的防,治,治,采用减振装置,冲击式减振镗刀与减振镗杆,1,冲击块,2,紧定螺钉,a,）减振镗刀,b,）减振镗杆,