《機械加工表面質(zhì)量》PPT課件

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1、4.4 4.4 機械加工表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量surface quality of Machining 內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件使用性能的影響 影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素 降低表面粗糙度的工藝措施降低表面粗糙度的工藝措施概述概述 重要性：重要性：機械零件的破壞，一般總是從表面層開始的。產(chǎn)品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取決于零件表面層的質(zhì)量。 目的：目的：為了掌握機械加工中各種工藝因素對加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運用這些規(guī)律來控制加工過程，最終達到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能的目的。概述概述 零件機加工表面質(zhì)量的評定：

2、零件機加工表面質(zhì)量的評定： （1）表面幾何形狀特征 （2）加工表面層的物理機械性能a、表面粗糙度：表面的微觀幾何形狀誤差。b、波度：介于微觀幾何形狀誤差和表面粗糙度之間的周期性的幾何形狀誤差。a、表面層材料的塑性變形與加工硬化；b、表面層金相組織的變化（高溫）-特別是針對磨削，也稱磨削燒傷；c、表面層產(chǎn)生殘余應力。表面粗糙度與波度表面粗糙度與波度Roughness and Waviness機加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響機加工表面質(zhì)量對機器使用性能的影響 （一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響 一個剛加工好的摩擦副的兩個接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸，實際接

3、觸面積遠小于理論接觸面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應力，使實際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴重磨損（三個階段？）。 表面粗糙度對零件表面磨損的影響很大。(1)一般說表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。(2)但若表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個最佳值，其值與零件的工作情況有關，工作載荷加大時，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。impact of Surface work-harden on the wearability (1)加工表面的冷作硬化使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，故一般可使

4、耐磨性提高。(2)但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，這是因為過分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。（二）表面質(zhì)量對疲勞強度的影響（二）表面質(zhì)量對疲勞強度的影響impact of Machining surface quality on fatigue strength 金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面和表面冷硬層下面：交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。規(guī)律：規(guī)律：Ra，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞能力 。2.殘余應力、冷作硬化對疲勞強度的影響 表面層殘余拉應力疲勞裂紋 ，疲勞破壞

5、加速； 表面殘余壓應力阻止疲勞裂紋的擴展，延緩疲勞破壞產(chǎn)生。 一般，表面冷硬伴有殘余壓應力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴展，對提高疲勞強度有利。硬化過高，則反之。（三（三) )表面質(zhì)量對耐蝕性的影響表面質(zhì)量對耐蝕性的影響1 1、零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。、零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。 表面粗糙度值愈大表面粗糙度值愈大凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多，抗蝕凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多，抗蝕性就愈差。性就愈差。 2 2、表面層的殘余拉應力會產(chǎn)生應力腐蝕開裂，耐磨性、表面層的殘余拉應力會產(chǎn)生應力腐蝕開裂，耐磨性 殘余壓應力殘余壓應力 防止應力腐蝕開裂。防止應力腐蝕開

6、裂。（四）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響（四）表面質(zhì)量對配合質(zhì)量的影響the influence of Surface quality on fit quality 表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量表面粗糙度值的大小將影響配合表面的配合質(zhì)量： a a、間隙配合間隙配合 Ra Ra，磨損磨損 , ,間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。 b b、過盈配合過盈配合 裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實際過盈量裝配過程中一部分表面凸峰被擠平，實際過盈量，降低了配合件間的連接強度。降低了配合件間的連接強度。三、影響表面粗糙度的因素及措施三、影響表面粗糙度的因素及措施 三個方

7、面的因素：三個方面的因素：1、幾何因素切削層的殘留面積（參數(shù)：Ac,hc) 車削為例，切削層殘留面積越大，則Ra 措施：(1）降低f或減小kr、kr; (2)增大刀尖圓弧半徑r幾何因素 物理因素工藝系統(tǒng)的振動HH)0(cotcotrrrfH)0(82rrfH理論粗糙度理論粗糙度影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素2、物理因素積屑瘤、鱗刺 抑制積屑瘤和鱗刺的措施：關鍵減少加工時的塑性變形，影響最大的是切削速度與切削材料性質(zhì)。（1）選擇合適的切削速度，避開中速區(qū)如：精加工鋼料時，常用低速（如鉸孔、拉孔）或高速（精車、精鏜）（2）合理選擇加工材料和熱處理方法，如低碳鋼與低合金鋼，常預先做調(diào)質(zhì)或正

8、火。（3）采用合適刀具材料、角度提高刀具刃磨質(zhì)量，請思考:前角、后角？金鋼石車刀精車鋁合金，Ra降低，為什么?（4）合理選用冷卻潤滑液。思考：為什么？影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素affecting factors of surface roughness3、加工過程中的振動、加工過程中的振動(Vibration)機械加工機械加工中的中的振動類型振動類型 自由振動自由振動 5% 強迫振動強迫振動 30%自激振動自激振動 65%切削力突變（切入時），外力切削力突變（切入時），外力沖擊沖擊受周期干擾力（地基、電機、齒受周期干擾力（地基、電機、齒輪嚙合、回轉(zhuǎn)件不平衡、多刃多輪嚙合、回轉(zhuǎn)件不

9、平衡、多刃多齒刀具）齒刀具）系統(tǒng)自身引起的交變切削力作用，系統(tǒng)自身引起的交變切削力作用，加強和維持了自身振動加強和維持了自身振動振振動動的的危危害害 表面質(zhì)量下降表面質(zhì)量下降 （振紋）（振紋） 降低機床、夾具、刀具壽命降低機床、夾具、刀具壽命 （聯(lián)接松動，崩刃、（聯(lián)接松動，崩刃、 磨損）磨損） 限制生產(chǎn)率的提高限制生產(chǎn)率的提高 （切削用量不能提高）（切削用量不能提高） 環(huán)境污染環(huán)境污染 （噪音）（噪音） （2 2）強迫振動的特點及來源）強迫振動的特點及來源the feature and source of forced vibrationa、工藝系統(tǒng) 激振力b、當激振頻率等于工藝系統(tǒng)固有頻率，

10、共振，可能使振動系統(tǒng)受到嚴重破壞。a、機床內(nèi)部機內(nèi)振源（四個方面，思考？）b、機床外部機外振源：附近設備的振動通過地基傳給機床（1）高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動；（2）傳動機構(gòu)缺陷引起的振動；（3）切削過程中的沖擊引起的振動；（4）往復運動部件的慣性力引起的振動。減小強迫振動的途徑減小強迫振動的途徑（1 1）減小和消除振源的激振力（根本）減小和消除振源的激振力（根本）舉例舉例1 1：消除工藝系統(tǒng)回轉(zhuǎn)零件的不平衡形成周期性的干擾振源靜平衡靜平衡針對軸向尺寸較?。╞/D=0.2)方法： P=0 M=0舉例舉例2 2：提高機床傳動元件的制造精度與裝配精度。 如：齒輪精度不高、齒形誤差過大會引瞬間傳動比

11、突變； 基節(jié)誤差過大會在嚙合過渡瞬間發(fā)生沖擊。減小強迫振動的途徑減小強迫振動的途徑（2）隔振）隔振在振動傳遞的路線上設置障礙，使振動不能傳遞到刀具和工件上去。兩類：兩類：（i)積極隔振將機外振源隔離起來，防止振動向機床傳遞(ii)消極隔振把機床本身用隔振墊隔離起來，防止外部振源向 機床傳遞。措施：措施：把需要隔離的機床或設備安裝在合適的彈性裝置（隔振器）上，使大部分振動為隔振裝置所吸收。自己思考：如何提高？（3 3）自激振動的特點及來源）自激振動的特點及來源the feature and source of self-excited vibrationc、一種不衰減的振動（因周期性的切削力加強

12、和維持振動，補充阻尼損耗）b、振動頻率等于或接近系統(tǒng)的固有頻率a、停止切削或磨損，即使機床仍空轉(zhuǎn)，自激振動也就停止。振源：振源：周期性變化的切削力 因切削過程中交變切削力所產(chǎn)生的自激振動頻率較高，通常又因切削過程中交變切削力所產(chǎn)生的自激振動頻率較高，通常又稱稱顫振顫振。它嚴重地影響機械加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。它嚴重地影響機械加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。（1 1）再生自激振動機理）再生自激振動機理 切削過程中的切削過程中的偶然偶然干擾干擾使加工系統(tǒng)產(chǎn)生了使加工系統(tǒng)產(chǎn)生了振動，并在加工表面上振動，并在加工表面上留下振紋。當?shù)诙巫吡粝抡窦y。當?shù)诙巫叩稌r，刀具就將在有振刀時，刀具就將在有振紋的表面上切削，

13、使得紋的表面上切削，使得切削厚度發(fā)生變化，導切削厚度發(fā)生變化，導致切削力作周期性地變致切削力作周期性地變化，這種效應稱化，這種效應稱再生效再生效應應。由此產(chǎn)生的自激振。由此產(chǎn)生的自激振動稱動稱再生自激振動再生自激振動。 能量抵消能量抵消能量抵消能量抵消消耗能量消耗能量獲得能量獲得能量振動振動（2 2）振型耦合自激振動機理）振型耦合自激振動機理 實際生產(chǎn)中，機械加工系統(tǒng)一般是具有不同剛度和阻尼的實際生產(chǎn)中，機械加工系統(tǒng)一般是具有不同剛度和阻尼的彈簧系統(tǒng)，具有不同方向性的各彈簧系統(tǒng)復合在一起，滿足一彈簧系統(tǒng)，具有不同方向性的各彈簧系統(tǒng)復合在一起，滿足一定的組合條件就會產(chǎn)生自激振動，這種復合在一起的

14、自激振動定的組合條件就會產(chǎn)生自激振動，這種復合在一起的自激振動機理稱振型耦合自激振動機理。機理稱振型耦合自激振動機理。車床刀架振動系統(tǒng)車床刀架振動系統(tǒng) 刀尖沿橢圓軌跡刀尖沿橢圓軌跡 abcd 作順時針方作順時針方向運動時，因向運動時，因 x1 為低剛度主軸，且為低剛度主軸，且位于切削力位于切削力 F 與法向與法向 X 的夾角的夾角 之內(nèi)，之內(nèi)，切入半周期內(nèi)（切入半周期內(nèi)（abc）的平均切削厚）的平均切削厚度比切出半周期（度比切出半周期（cda）的小，系統(tǒng)）的小，系統(tǒng)有能量獲得，使振動得以維持。有能量獲得，使振動得以維持。k1 = k2 無振動無振動k1 k2 無振動無振動k1 鑄鐵鑄鐵 鋼鋼

15、鑄鐵鑄鐵 加加 薄壁封砂薄壁封砂結(jié)合面摩擦阻尼結(jié)合面摩擦阻尼 活動面：調(diào)整間隙，施加預緊活動面：調(diào)整間隙，施加預緊 固定面：加工方法，表面粗糙度固定面：加工方法，表面粗糙度(i)阻尼器通過阻尼作用把振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏_到減小振動的目的。分固體摩擦、液體摩擦以及電磁式。(ii)減振器：分動力式和沖擊式。（3 3）采用減振裝置采用減振裝置4321765金剛石刀具研磨裝置示意圖金剛石刀具研磨裝置示意圖The lapping setup for diamond tool1：空氣隔振墊：空氣隔振墊 2：電機：電機 3：空氣靜壓軸承：空氣靜壓軸承 4：配重：配重 5：裝夾系統(tǒng)：裝夾系統(tǒng)6：單晶金剛石：單晶金剛石 7：高磷鑄鐵研磨盤：高磷鑄鐵研磨盤金剛石刀具研磨技術金剛石刀具研磨技術