《機(jī)械加工表面質(zhì)量》PPT課件

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1、4.4 4.4 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)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(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)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(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開(kāi)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(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程，最終達(dá)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(jī)加工表面質(zhì)量的評(píng)定：

2、零件機(jī)加工表面質(zhì)量的評(píng)定： （1）表面幾何形狀特征 （2）加工表面層的物理機(jī)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(duì)磨削，也稱磨削燒傷；c、表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。表面粗糙度與波度表面粗糙度與波度Roughness and Waviness機(jī)加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響機(jī)加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器使用性能的影響 （一）表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 一個(gè)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸，實(shí)際接

3、觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的峰部有非常大的單位應(yīng)力，使實(shí)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(yán)重磨損（三個(gè)階段？）。 表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。(1)一般說(shuō)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(rùn)滑油不易儲(chǔ)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(gè)最佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，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?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化將引起金屬組織過(guò)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(duì)疲勞強(qiáng)度的影響（二）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力、冷作硬化對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 表面層殘余拉應(yīng)力疲勞裂紋 ，疲勞破壞

5、加速； 表面殘余壓應(yīng)力阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞產(chǎn)生。 一般，表面冷硬伴有殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對(duì)提高疲勞強(qiáng)度有利。硬化過(guò)高，則反之。（三（三) )表面質(zhì)量對(duì)耐蝕性的影響表面質(zhì)量對(duì)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(yīng)力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，耐磨性、表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，耐磨性 殘余壓應(yīng)力殘余壓應(yīng)力 防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)

6、裂。（四）表面質(zhì)量對(duì)配合質(zhì)量的影響（四）表面質(zhì)量對(duì)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(guò)盈配合過(guò)盈配合 裝配過(guò)程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過(guò)盈量裝配過(guò)程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過(guò)盈量，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。降低了配合件間的連接強(qiáng)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(gè)方

7、面的因素：三個(gè)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(dòng)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(guān)鍵減少加工時(shí)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(kāi)中速區(qū)如：精加工鋼料時(shí)，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(yù)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(qǐng)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(rùn)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(guò)程中的振動(dòng)、加工過(guò)程中的振動(dòng)(Vibration)機(jī)械加工機(jī)械加工中的中的振動(dòng)類型振動(dòng)類型 自由振動(dòng)自由振動(dòng) 5% 強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng) 30%自激振動(dòng)自激振動(dòng) 65%切削力突變（切入時(shí)），外力切削力突變（切入時(shí)），外力沖擊沖擊受周期干擾力（地基、電機(jī)、齒受周期干擾力（地基、電機(jī)、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(qiáng)和維持了自身振動(dòng)加強(qiáng)和維持了自身振動(dòng)振振動(dòng)動(dòng)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(jī)床、夾具、刀具壽命降低機(jī)床、夾具、刀具壽命 （聯(lián)接松動(dòng)，崩刃、（聯(lián)接松動(dòng)，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(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)及來(lái)源）強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)及來(lái)源the feature and source of forced vibrationa、工藝系統(tǒng) 激振力b、當(dāng)激振頻率等于工藝系統(tǒng)固有頻率，

10、共振，可能使振動(dòng)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞。a、機(jī)床內(nèi)部機(jī)內(nèi)振源（四個(gè)方面，思考？）b、機(jī)床外部機(jī)外振源：附近設(shè)備的振動(dòng)通過(guò)地基傳給機(jī)床（1）高速旋轉(zhuǎn)件不平衡引起的振動(dòng)；（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)缺陷引起的振動(dòng)；（3）切削過(guò)程中的沖擊引起的振動(dòng)；（4）往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力引起的振動(dòng)。減小強(qiáng)迫振動(dòng)的途徑減小強(qiáng)迫振動(dòng)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(duì)軸向尺寸較?。╞/D=0.2)方法： P=0 M=0舉例舉例2 2：提高機(jī)床傳動(dòng)元件的制造精度與裝配精度。 如：齒輪精度不高、齒形誤差過(guò)大會(huì)引瞬間傳動(dòng)比

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

12、和維持振動(dòng)，補(bǔ)充阻尼損耗）b、振動(dòng)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(jī)床仍空轉(zhuǎn)，自激振動(dòng)也就停止。振源：振源：周期性變化的切削力 因切削過(guò)程中交變切削力所產(chǎn)生的自激振動(dòng)頻率較高，通常又因切削過(guò)程中交變切削力所產(chǎn)生的自激振動(dòng)頻率較高，通常又稱稱顫振顫振。它嚴(yán)重地影響機(jī)械加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。它嚴(yán)重地影響機(jī)械加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。（1 1）再生自激振動(dòng)機(jī)理）再生自激振動(dòng)機(jī)理 切削過(guò)程中的切削過(guò)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(dòng)，并在加工表面上振動(dòng)，并在加工表面上留下振紋。當(dāng)?shù)诙巫吡粝抡窦y。當(dāng)?shù)诙巫叩稌r(shí)，刀具就將在有振刀時(shí)，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(dǎo)切削厚度發(fā)生變化，導(dǎo)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(yīng)稱化，這種效應(yīng)稱再生效再生效應(yīng)應(yīng)。由此產(chǎn)生的自激振。由此產(chǎn)生的自激振動(dòng)稱動(dòng)稱再生自激振動(dòng)再生自激振動(dòng)。 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(dòng)振動(dòng)（2 2）振型耦合自激振動(dòng)機(jī)理）振型耦合自激振動(dòng)機(jī)理 實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械加工系統(tǒng)一般是具有不同剛度和阻尼的實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)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(fù)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(fù)合在一起，滿足一定的組合條件就會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)，這種復(fù)合在一起的

14、自激振動(dòng)定的組合條件就會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)，這種復(fù)合在一起的自激振動(dòng)機(jī)理稱振型耦合自激振動(dòng)機(jī)理。機(jī)理稱振型耦合自激振動(dòng)機(jī)理。車床刀架振動(dòng)系統(tǒng)車床刀架振動(dòng)系統(tǒng) 刀尖沿橢圓軌跡刀尖沿橢圓軌跡 abcd 作順時(shí)針?lè)阶黜槙r(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)，因向運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)得以維持。有能量獲得，使振動(dòng)得以維持。k1 = k2 無(wú)振動(dòng)無(wú)振動(dòng)k1 k2 無(wú)振動(dòng)無(wú)振動(dòng)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(dòng)面：調(diào)整間隙，施加預(yù)緊活動(dòng)面：調(diào)整間隙，施加預(yù)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(guò)阻尼作用把振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏_(dá)到減小振動(dòng)的目的。分固體摩擦、液體摩擦以及電磁式。(ii)減振器：分動(dòng)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(jī)：電機(jī) 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：?jiǎn)尉Ы饎偸簡(jiǎn)尉Ы饎偸?7：高磷鑄鐵研磨盤：高磷鑄鐵研磨盤金剛石刀具研磨技術(shù)金剛石刀具研磨技術(shù)