機(jī)械加工表面質(zhì)量

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1、第 八 章 機(jī) 械 加 工 表 面 質(zhì) 量Qualities of Machined Surface 本 章 提 要 機(jī) 械 加 工 表 面 質(zhì) 量 決 定 了 機(jī) 器 的 使 用 性 能 和 延 長(zhǎng) 使 用 壽 命 。 機(jī) 械 加 工 表 面 質(zhì) 量 是 以 機(jī) 械 零 件 的 加 工 表 面 和 表 面 層 作 為分 析 和 研 究 對(duì) 象 的 。 本 章 旨 在 研 究 零 件 表 面 層 在 加 工 中 的 變 化 和 發(fā) 生 變 化 的 機(jī)理 ， 掌 握 機(jī) 械 加 工 中 各 種 工 藝 因 素 對(duì) 表 面 質(zhì) 量 的 影 響 規(guī) 律 ， 運(yùn)用 這 些 規(guī) 律 來(lái) 控 制 加 工

2、中 的 各 種 影 響 因 素 ， 以 滿 足 表 面 質(zhì) 量 的要 求 。 8.1 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 質(zhì) 量 Influence of the machined surface qualities on part performances 8.2 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 粗 糙 度 Surface roughness of the machined surface layer 8.3 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 層 物 理 機(jī) 械 性 能 Physical and mechanical properties of the machined surface layer

3、 8.4 控 制 加 工 表 面 質(zhì) 量 的 工 藝 途 徑 Technical approach of controlling the machined surface quality 8.5 機(jī) 械 加 工 過(guò) 程 中 的 振 動(dòng) 問(wèn) 題 Vibration and chatter（ 振 顫 ） in machining operations 8.1 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 質(zhì) 量8.1.1 表 面 質(zhì) 量 的 含 義 表 面 質(zhì) 量 是 指 機(jī) 器 零 件 加 工 后 表 面 層 的 狀 態(tài) 。 表 面 質(zhì) 量 的 主 要 內(nèi)容 面 兩 部 分 ：（ 1） 表 面 層 的 幾 何

4、 形 狀 表 面 粗 糙 度 ： 是 指 表 面 微觀 幾 何 形 狀 誤 差 ， 其 波 高 與 波長(zhǎng) 的 比 值 在 L1 H1 40的 范圍 內(nèi) 。 表 面 波 度 ： 是 介 于 加 工 精 度 （ 宏 觀 幾 何 形 狀 誤 差 L 3/H31000） 和表 面 粗 糙 度 之 間 的 一 種 帶 有 周 期 性 的 幾 何 形 狀 誤 差 ， 其 波 高 與 波 長(zhǎng) 的比 值 在 40 L2 H2 1000的 范 圍 。 如 圖 8 l所 示 。圖 8.1 表 面 幾 何 形 狀 觀 看 動(dòng) 畫(huà) （ 2） 表 面 層 的 物 理 機(jī) 械 性 能 表 面 層 冷 作 硬 化 （ 簡(jiǎn)

5、稱 冷 硬 ） ： 零 件 在 機(jī) 械 加 工 中 表 面 層 金 屬 產(chǎn)生 強(qiáng) 烈 的 冷 態(tài) 塑 性 變 形 后 ， 引 起 的 強(qiáng) 度 和 硬 度 都 有 所 提 高 的 現(xiàn) 象 。 表 面 層 金 相 組 織 的 變 化 ： 由 于 切 削 熱 引 起 工 件 表 面 溫 升 過(guò) 高 ， 表面 層 金 屬 發(fā) 生 金 相 組 織 變 化 的 現(xiàn) 象 。 表 面 層 殘 余 應(yīng) 力 是 由 于 加 工 過(guò) 程 中 切 削 變 形 和 切 削 熱 的 影 響 ， 工件 表 面 層 產(chǎn) 生 殘 余 應(yīng) 力 。 8.1.2 表 面 質(zhì) 量 對(duì) 零 件 使 用 性 能 的 影 響 8.1.2.1

6、 對(duì) 零 件 耐 磨 性 的 影 響 在 摩 擦 副 的 材 料 、 熱 處 理 情 況 和 潤(rùn) 滑 條 件 已 經(jīng) 確 定 的 情 況 下 ， 零 件 的 表 面 質(zhì)量 對(duì) 耐 磨 性 能 起 決 定 性 的 作 用 ， 如 圖 8-2所 示 。 p217 圖 8-2表 面 粗 糙 度 與 初 期 磨 損 的 關(guān) 系 觀 看 動(dòng) 畫(huà)重 載 輕 載相 對(duì) 粗 糙度 最 佳 點(diǎn)表 面 粗 糙 度初期磨損量 相 對(duì) 粗 糙度 最 佳 點(diǎn) 從 潤(rùn) 滑 磨 損 分 析 表 面 粗 糙 度 對(duì) 零 件 表 面 磨 損 的 影 響很 大 。 一 般 說(shuō) 表 面 粗 糙 度 值 愈 小 ， 其耐 磨 性 愈

7、 好 。 接 觸 面 的 表 面 粗 糙 度 有 最 佳 值 。 表 面 粗 糙 度 的 最 佳 值 與 零 件 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 。 表 面 粗 糙 度 太 大 和 太 小 都 不 耐磨 ！ 表 面 粗 糙 度 對(duì) 耐 磨 性 能 的 影 響 ， 還 與 粗 糙 度 的 輪 廓 形 狀 及 紋 路 方向 有 關(guān) 。 表 面 層 的 冷 硬 可 顯 著 地 減 少 零 件 的 磨 損 。 但 如 果 表 面 硬 化 過(guò) 度 ， 零 件 心 部 和 表 面 層 硬 度 差 過(guò) 大 ，

8、 會(huì) 發(fā) 生 表面 層 剝 落 現(xiàn) 象 ， 使 磨 損 加 劇 。 表 面 層 產(chǎn) 生 金 相 組 織 變 化 時(shí) ， 由 于 改 變 了 基 體 材 料 原 來(lái) 的 硬 度 ，因 而 也 直 接 影 響 其 耐 磨 性 。 8.1.2.2 對(duì) 零 件 疲 勞 強(qiáng) 度 的 影 響 在 周 期 性 的 交 變 載 荷 作 用 下 ， 零 件 表 面 微 觀 不 平 與 表 面 的 缺 陷 一樣 都 會(huì) 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 集 中 現(xiàn) 象 ， 而 且 表 面 粗 糙 度 值 越 大 ， 即 凹 陷 越 深 和 越尖 ， 應(yīng) 力 集 中 越 嚴(yán) 重 ， 越 容 易 形 成 和 擴(kuò) 展 疲 勞 裂 紋 而

9、 造 成 零 件 的 疲 勞損 壞 。 零 件 表 面 的 冷 硬 層 能 夠 阻 礙 裂 紋 的 擴(kuò) 大 和 新 裂 紋 的 出 現(xiàn) ， 冷 硬 可以 提 高 零 件 的 疲 勞 強(qiáng) 度 。 但 冷 硬 層 過(guò) 深 或 過(guò) 硬 則 容 易 產(chǎn) 生 裂 紋 ， 反 而會(huì) 降 低 疲 勞 強(qiáng) 度 。 所 以 冷 硬 要 適 當(dāng) 。 表 面 層 的 內(nèi) 應(yīng) 力 對(duì) 疲 勞 強(qiáng) 度 的 影 響 很 大 。 表 面 層 殘 余 的 壓 應(yīng) 力 能 夠 部 分 地 抵 消 工 作 載 荷 施 加 的 拉 應(yīng) 力 ， 延 緩 疲 勞 裂 紋 擴(kuò) 展 ， 而 殘 余 拉 應(yīng) 力 容 易 使 已 加 工 表

10、面 產(chǎn) 生 裂 紋 而 降 低 疲勞 強(qiáng) 度 。 8.1.2.3 對(duì) 零 件 抗 腐 蝕 性 能 的 影 響 零 件 表 面 粗 糙 度 值 越 大 ， 潮 濕 空 氣 和 腐 蝕 介 質(zhì) 越 容 易 堆 積 在 零 件表 面 四 處 而 發(fā) 生 化 學(xué) 腐 蝕 ， 或 在 凸 峰 間 產(chǎn) 生 電 化 學(xué) 作 用 而 引 起 電 化 學(xué)腐 蝕 ， 故 抗 腐 蝕 性 能 越 差 。 表 面 冷 硬 和 金 相 組 織 變 化 都 會(huì) 產(chǎn) 生 內(nèi) 應(yīng) 力 。 零 件 在 應(yīng) 力 狀 態(tài) 下 工作 時(shí) ， 會(huì) 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 腐 蝕 ， 若 有 裂 紋 ， 則 更 增 加 了 應(yīng) 力 腐 蝕 的

11、敏 感 性 。因 此 表 面 內(nèi) 應(yīng) 力 會(huì) 降 低 零 件 的 抗 腐 蝕 性 能 。8.1.2.4 對(duì) 零 件 的 其 它 影 響 表 面 質(zhì) 量 對(duì) 零 件 的 配 合 質(zhì) 量 、 密 封 性 能 及 摩 擦 系 數(shù) 都 有 很 大 的 影響 。 零 件 表 面 層 狀 態(tài) 對(duì) 其 使 用 性 能 也 有 如 此 大 的 影 響 。 圖 4-60 車 削 時(shí) 殘 留 面 積 的 高 度 直 線 刃 車 刀 （ 圖 4-60a） （ 4-31）r rfH ctg ctg 圓 弧 刃 車 刀 （ 圖 4-60b） 28fH r （ 4-32）影 響 因 素 ： , , ,r rr k k f

12、 刀 尖 圓 弧 半 徑 主 偏 角 副 偏 角 進(jìn) 給 量f r R maxvf rb）R max fa） vf rr 切 削 速 度 影 響 最 大 ： v = 10 50m/min范 圍 ， 易 產(chǎn) 生 積 屑 瘤 和 鱗 刺， 表 面 粗 糙 度 最 差 （ 圖 5-53） 。 其 他 影 響 因 素 ： 刀 具 幾 何 角 度 、 刃 磨 質(zhì) 量 ， 切 削 液 等切 削 45鋼 時(shí) 切 削 速 度 與 粗 糙 度 關(guān) 系 100 120v（ m/min）0 20 40 60 80 140表面粗糙度R z（m） 481216202428收縮系數(shù)K s 1.52.02.53.0積屑瘤高

13、度 h（m） 0200400600 hKs Rz v 砂 輪 速 度 v， Rav 工 件 速 度 vw， Ra v 砂 輪 縱 向 進(jìn) 給 f， Ra v 磨 削 深 度 ap， Ra 圖 4-62 磨 削 用 量 對(duì) 表 面 粗 糙 度 的 影 響 vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm) v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), v w(m/min)R a(m) 0 30 40 50 600.51.0 a） a p(mm)0 0.010.40.8R a(m) 00.20.6 0.02 0.

14、03 0.04b） 圖 4-63 光 磨 次 數(shù) -Ra關(guān) 系Ra(m) 0 10 20 300.020.040.06 光 磨 次 數(shù)粗 粒 度 砂 輪 (WA60KV)細(xì) 粒 度 砂 輪 (WA/GCW14KB) v光 磨 次 數(shù) ， Ra v 砂 輪 粒 度 ， Ra； 但 要 適 量v 砂 輪 硬 度 適 中 ， Ra ； 常 取 中 軟v 砂 輪 組 織 適 中 ， Ra ； 常 取 中 等 組 織v 采 用 超 硬 砂 輪 材 料 ， Ra v 砂 輪 精 細(xì) 修 整 ， Ra v 工 件 材 料v 冷 卻 潤(rùn) 滑 液 等 f， 冷 硬 程 度 (圖 4-64)切 削 用 量 影 響

15、刀 具 影 響 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0磨 損 寬 度 VB(mm)100180260340硬度(HV) 50鋼 ， v = 40(m/min) f = 0.12 0.2(mm/z)圖 4-65 后 刀 面 磨 損 對(duì) 冷 硬 影 響工 件 材 料切 削 速 度 影 響 復(fù) 雜 （ 力 與 熱 綜合 作 用 結(jié) 果 ） 切 削 深 度 影 響 不 大 圖 4-64 f 和 v 對(duì) 冷 硬 的 影 響硬 度(HV) 0 f (mm /r)0.2 0.4 0.6 0.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400

16、工 件 材 料 ： 45 磨 削 用 量砂 輪工 件 材 料 圖 4-66 磨 削 深 度 對(duì) 冷 硬 的 影 響 ap(mm)硬度(HV) 0 0.25300350450500400 0.50 0.75普 通 磨 削 高 速 磨 削 切 削 用 量刀 具工 件 材 料 圖 4-68 f 對(duì) 殘 余 應(yīng) 力 的 影 響 工 件 ： 45， 切 削 條 件 ： vc=86m/min，ap=2mm， 不 加 切 削 液 殘余應(yīng)力(Gpa) 0.2000.200 1 00 200 300 400距 離 表 面 深 度 (m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r 僅

17、 討 論 切 削 加 工 圖 4-67 vc 對(duì) 殘 余 應(yīng) 力 的 影 響0=5 ,0=5 ,r=75 ,r=0.8mm,工 件 ： 45切 削條 件 ： a p=0.3mm, f=0.05mm/r, 不 加 切 削 液0 50 100 150 200距 離 表 面 深 度 (m)殘余應(yīng)力(G pa)-0.2000.20 vc =213m/minvc =86m/minvc =7.7m/min 合 理 選 擇 砂 輪 合 理 選 擇 磨 削 用 量 改 善 冷 卻 條 件工 件 表 層 溫 度 達(dá) 到 或 超 過(guò) 金 屬 材 料 相 變 溫 度 時(shí) ， 表 層 金 相 組 織 、 顯 微硬 度

18、 發(fā) 生 變 化 ， 并 伴 隨 殘 余 應(yīng) 力 產(chǎn) 生 ， 同 時(shí) 出 現(xiàn) 彩 色 氧 化 膜磨 削 表 面 殘 余 拉 應(yīng) 力 達(dá) 到 材 料 強(qiáng) 度 極 限 ，在 表 層 或 表 面 層 下 產(chǎn) 生 微 裂 紋 。 裂 紋 方 向常 與 磨 削 方 向 垂 直 或 呈 網(wǎng) 狀 ， 常 與 燒 傷 同時(shí) 出 現(xiàn) 圖 4-69 帶 空 氣 擋 板 冷 卻 噴 嘴 8.2 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 粗 糙 度 8 2 1 切 削 加 工 后 的 表 面 粗 糙 度 切 削 加 工 時(shí) 表 面 粗 糙 度 的 形 成 ， 大 致 可 歸 納 為 三 方 面 的 原 因 ：幾 何 因 素 、

19、 物 理 因 素 和 工 藝 系 統(tǒng) 的 振 動(dòng) 。（ 1） 幾 何 因 素 形 成 粗 糙 度 的 幾 何 因 素 是 由 刀 具 相 對(duì) 于 工 件作 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 在 加 工 表 面 上 遺 留 下 來(lái) 的 切 削 層 殘 留 面 積 ；（ 2） 物 理 因 素（ 3） 切 削 用 量 、 冷 卻 潤(rùn) 滑 液 和 刀 具 材 料 等 因 素 的 影 響 。 （ 2） 物 理 因 素 由 圖 8.6可 知 ， 切 削 加 工 后表 面 的 實(shí) 際 粗 糙 度 與 理 論 粗 糙度 有 比 較 大 的 差 別 。 主 要 是 與 被 加 工 材 料 的 性 能及 切 削 機(jī) 理 有 關(guān)

20、 的 物 理 因 素 的影 響 。 切 削 過(guò) 程 中 刀 具 的 刃 口圓 角 及 后 刀 面 對(duì) 工 件 擠 壓 與 摩擦 而 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 。 韌 性 越 好的 材 料 塑 性 變 形 就 越 大 ， 且 容易 出 現(xiàn) 積 屑 瘤 與 鱗 刺 ， 使 粗 糙 度 嚴(yán) 重 惡 化 。 圖 8.6 塑 性 材 料 加 工 后 的 表 面 實(shí) 際 輪 廓 和 理 論 輪 廓 觀 看 動(dòng) 畫(huà) 8.2.2 磨 削 加 工 后 的 表 面 粗 糙 度 影 響 磨 削 后 表 面 粗 糙 度 的 因 素 也 可 歸 納 為 三 方 面 ： （ 1） 與 磨 削 過(guò) 程 和 砂 輪 結(jié) 構(gòu) 有

21、 關(guān) 的 幾 何 因 素 ， 砂 輪 上 磨 粒 的 微 刃 形 狀和 分 布 對(duì) 于 磨 削 后 的 表 面 粗 糙 度 是 有 影 響 的 。 （ 2） 與 磨 削 過(guò) 程 和 被 加 工 材 料 塑 性 變 形 有 關(guān) 的 物 理 因 素 ， 大 多 數(shù) 磨 粒只 有 滑 擦 、 耕 犁 作 用 。 磨 削 量 是 經(jīng) 過(guò) 很 多 后 繼 磨 粒 的 多 次 擠 壓 因 疲 勞 而斷 裂 、 脫 落 ， 所 以 加 工 表 面 的 塑 性 變 形 很 大 ， 表 面 粗 糙 度 值 就 大 。 （ 3） 工 藝 系 統(tǒng) 的 振 動(dòng) 因 素 為 了 降 低 表 面 粗 糙 度 值 ， 應(yīng)

22、考 慮 以 下 主 要 影 響 因 素 ： 砂 輪 的 粒 度 、 砂 輪 的 修 整 、 砂 輪 速 度 、 工 件 速 度 、 徑 向 進(jìn) 給 量 、 軸 向 進(jìn) 給 量 。 8.3 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 層 物 理 機(jī) 械 性 能 8.3.1 機(jī) 械 加 工 后 表 面 層 的 冷 作 硬 化 8.3.1.1 冷 作 硬 化 產(chǎn) 生 的 原 因 （ 1） 切 削 或 磨 削 加 工 時(shí) ， 表 面 層金 屬 由 于 塑 性 變 形 使 晶 體 間 產(chǎn) 生 剪切 滑 移 ， 晶 格 發(fā) 生 拉 長(zhǎng) 、 扭 曲 和 破碎 而 得 到 強(qiáng) 化 。 冷 作 硬 化 的 特 點(diǎn) 是 ：

23、變 形 抵 抗力 提 高 （ 屈 服 點(diǎn) 提 高 ） ， 塑 性 降 低（ 相 對(duì) 延 伸 率 降 低 ） 。 冷 硬 的 指 標(biāo) 通 常 用 冷 硬 層 的 深 度 h、 表 面 層 的 顯 微 硬 度 H以 及 硬 化 程度 N來(lái) 表 示 （ 圖 8 8） ， 其 中N=H/H0， H0為 原 來(lái) 的 顯 微 硬 度 。 圖 8.8 切 削 加 工 后 表 面 層 的 冷 硬觀 看 動(dòng) 畫(huà) （ 2） 表 面 層 冷 作 硬 化 的 程 度 的 影 響 因 素 表 面 層 冷 作 硬 化 的 程 度 決 定 于 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 的 力 、 變 形 速 度 及 變 形時(shí) 的 溫 度 。

24、 力 越 大 ， 塑 性 變 形 越 大 ， 則 硬 化 程 度 越 大 ； 速 度 越 大 ， 塑 性變 形 越 不 充 分 ， 則 硬 化 程 度 越 小 ； 變 形 時(shí) 的 溫 度 不 僅 影 響 塑 性 變 形 程 度 ，還 會(huì) 影 響 變 形 后 金 相 組 織 的 恢 復(fù) 程 度 。 切 削 加 工 時(shí) 表 面 層 的 硬 化 可 能 有兩 種 情 況 ： 完 全 強(qiáng) 化 和 不 完 全 強(qiáng) 化 。 機(jī) 械 加 工 時(shí) 表 面 層 的 冷 作 硬 化 就 是 強(qiáng) 化 作 用 和 回 復(fù) 作 用 的 綜 合 結(jié) 果 。切 削 溫 度 越 高 、 高 溫 持 續(xù) 時(shí) 間 越 長(zhǎng) 、 強(qiáng)

25、 化 程 度 越 大 ， 則 回 復(fù) 作 用 也 就 越強(qiáng) 。 8.3.1.2 影 響 冷 作 硬 化 的 主 要 因 素 刀 具 刀 具 的 切 削 刃 口 圓 角 和 后 刀 面 的 磨 損 量 對(duì) 于 冷 硬 層 有 很 大 的 影響 ， 此 兩 值 增 大 時(shí) ， 冷 硬 層 深 度 和 硬 度 也 隨 之 增 大 。 前 角 減 少 時(shí) ，冷 硬 也 增 大 。 被 加 工 材 料 被 加 工 材 料 硬 度 愈 低 、 塑 性 愈 大 ， 切 削 后 的 冷 硬 現(xiàn) 象 愈 嚴(yán) 重 。 切 削 用 量 切 削 速 度 增 大 時(shí) ， 刀 具 與 工 件 接 觸 時(shí) 間 短 ， 塑

26、性 變 形 程 度 減 少 ，同 時(shí) 會(huì) 使 溫 度 增 高 ， 有 助 于 冷 硬 的 回 復(fù) ， 所 以 硬 化 層 深 度 和 硬 度 都有 所 減 少 。 進(jìn) 給 量 增 大 時(shí) ， 切 削 力 增 大 ， 塑 性 變 形 程 度 也 增 大 ， 因此 硬 化 現(xiàn) 象 增 大 。 但 在 進(jìn) 給 量 較 小 時(shí) ， 由 于 刀 具 的 刀 口 圓 角 在 加 工 表 面 單 位 長(zhǎng) 度上 的 擠 壓 次 數(shù) 增 多 ， 因 此 硬 化 傾 向 也 會(huì) 增 大 。 徑 向 進(jìn) 給 量 增 大 時(shí) ，冷 硬 層 深 度 也 有 所 增 大 ， 但 其 影 響 程 度 不 顯 著 。 8.3

27、.2 機(jī) 械 加 工 后 表 面 層 金 相 組 織 的 變 化8 3 2 l 金 相 組 織 變 化 的 原 因 (1) 磨 削 加 工 時(shí) : 切 削 力 比 其 它 加 工 方 法 大 數(shù) 十 倍 ， 切 削 速 度 也 特 別 高 ,由 于 砂 輪 導(dǎo)熱 性 差 、 切 屑 數(shù) 量 少 ， 磨 削 過(guò) 程 中 能 量 轉(zhuǎn) 化 的 熱 大 部 分 都 傳 給 了 工 件 。 磨 削 時(shí) ， 在 很 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 磨 削 區(qū) 溫 度 可 上 升 到 400 1000 ， 甚 至更 高 。 這 樣 大 的 加 熱 速 度 ， 促 使 加 工 表 面 局 部 形 成 瞬 時(shí) 熱 聚 集

28、現(xiàn) 象 ，有 很 高 溫 升 和 很 大 的 溫 度 梯 度 ， 出 現(xiàn) 金 相 組 織 的 變 化 ， 強(qiáng) 度 和 硬 度 下降 ， 產(chǎn) 生 殘 余 應(yīng) 力 ， 甚 至 引 起 裂 紋 ， 這 就 是 磨 削 燒 傷 現(xiàn) 象 。 (2) 磨 削 淬 火 鋼 時(shí) 表 面 層 產(chǎn) 生 的 燒 傷 磨 削 淬 火 鋼 時(shí) 極 易 發(fā) 生 磨 削 燒 傷 ， 磨 削 淬 火 鋼 時(shí) 表 面 層 產(chǎn) 生 的 燒 傷有 以 下 三 種 ： 回 火 燒 傷 磨 削 區(qū) 溫 度 超 過(guò) 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 溫 度 而 未 超 過(guò) 相 變 溫 度 ， 則 工 件 表 面原 來(lái) 的 馬 氏 作 組 織 將 產(chǎn)

29、生 回 火 現(xiàn) 象 ， 轉(zhuǎn) 化 成 硬 度 降 低 的 回 火 組 織 索氏 體 或 屈 氏 體 。 淬 火 燒 傷 磨 削 區(qū) 溫 度 超 過(guò) 相 變 溫 度 ， 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 為 奧 氏 體 ， 由 于 冷 卻 液 的急 冷 作 用 ， 表 層 會(huì) 出 現(xiàn) 二 次 淬 火 馬 氏 體 ， 硬 度 較 原 來(lái) 的 回 火 馬 氏 體 高 ，而 它 的 下 層 則 因 為 冷 卻 緩 慢 成 為 硬 度 降 低 的 回 人 組 織 。 退 火 燒 傷 不 用 冷 卻 液 進(jìn) 行 干 磨 削 時(shí) ， 磨 削 區(qū) 溫 度 超 過(guò) 相 變 溫 度 ， 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變?yōu)?奧 氏 作 ， 因

30、工 件 冷 卻 緩 慢 測(cè) 表 層 硬 度 急 劇 下 降 ， 這 時(shí) 工 件 表 層 被 退 火 。 表 面 顏 色 與 燒 傷 之 間 的 關(guān) 系 ： 黑 青 淡 青 米 黃 淡 黃 8.3.2.2 影 響 磨 削 加 工 時(shí) 金 相 組 織 變 化 的 因 素 影 響 磨 削 加 工 時(shí) 金 相 組 織 變 化 的 因 素 有 工 件 材 料 、 磨 削 溫 度 、溫 度 梯 度 及 冷 卻 速 度 等 。(1)工 件 材 料 工 件 材 料 為 低 碳 鋼 時(shí) 不 會(huì) 發(fā) 生 相 變 。 高 合 金 鋼 如 軸 承 鋼 、 高 速 鋼 、 鎳 鉻 鋼 等 傳 熱 性 特 別 差 ， 在

31、 冷 卻不 充 分 時(shí) 易 出 現(xiàn) 磨 削 燒 傷 。 未 淬 火 鋼 為 擴(kuò) 散 度 低 的 珠 光 體 ， 磨 削 時(shí) 間 短 時(shí) 不 會(huì) 發(fā) 生 金 相 組織 的 變 化 。 淬 火 鋼 極 易 相 變 。 (2) 磨 削 溫 度 、 溫 度 梯 度 及 冷 卻 速 度 等 對(duì) 金 相 組 織 變 化 的 影 響 圖 8.9 磨 削 高 碳 鋼 淬 火 時(shí) 表 面 硬 度 分 布觀 看 動(dòng) 畫(huà) 磨 削 溫 度 、 溫 度 梯 度 、冷 卻 速 度 等 對(duì) 金 相 組 織 變 化的 影 響 可 以 從 圖 8.9得 到 說(shuō) 明 。 圖 8.9所 示 ， 為 高 碳 淬 火鋼 在 不 同 磨

32、 削 條 件 下 出 現(xiàn) 的表 面 層 硬 度 分 布 情 況 。 表 面 顯 微 硬 度 表 面 深 度 8.3.3 機(jī) 械 加 工 后 表 面 層 的 殘 余 應(yīng) 力 8.3.3.1 殘 余 應(yīng) 力 產(chǎn) 生 的 原 因 ! 在 機(jī) 械 加 工 中 ， 工 件 表 面 層 金 屬 相 對(duì) 基 體 金 屬 發(fā) 生 形 狀 、 體 積 的 變 化或 金 相 組 織 變 化 時(shí) ， 工 件 表 面 層 中 將 殘 留 相 互 平 衡 的 殘 余 應(yīng) 力 。 產(chǎn) 生 表 面 層 殘 余 應(yīng) 力 的 原 因 ： （ 1） 冷 態(tài) 塑 性 變 形 機(jī) 械 加 工 時(shí) ， 表 層 金 屬 產(chǎn) 生 強(qiáng) 烈

33、的 塑 性 變 形 。 沿 切 削 速 度 方 向 表 面 產(chǎn)生 拉 伸 變 形 ， 晶 粒 被 拉 長(zhǎng) ， 金 屬 密 度 會(huì) 下 降 ， 即 比 容 增 大 ， 而 里 層 材 料 則阻 礙 這 種 變 形 ， 因 而 ： 在 表 面 層 產(chǎn) 生 殘 余 壓 應(yīng) 力 ， 在 里 層 則 產(chǎn) 生 殘 余 拉 應(yīng) 力 。 （ 2） 熱 態(tài) 塑 性 變 形 機(jī) 械 加 工 時(shí) ， 切 削 或 磨 削 熱 使 工 件 表 面 局 部 溫 升 過(guò) 高 ， 引 起 高 溫 塑性 變 形 ,使 得 工 件 在 冷 卻 后 從 內(nèi) 到 外 分 別 產(chǎn) 生 拉 應(yīng) 力 、 壓 應(yīng) 力 、 和 拉 應(yīng)力 。

34、（ 3） 金 相 組 織 變 化 切 削 時(shí) 產(chǎn) 生 高 溫 ， 由 于 不 同 的 金 相 組 織 有 不 同 的 比 容 ， 表 面 層 金 相變 化 的 結(jié) 果 將 造 成 體 積 的 變 化 。 表 面 層 體 積 膨 脹 時(shí) ， 因 為 受 到 基 體 的 限制 ， 產(chǎn) 生 了 壓 應(yīng) 力 。 反 之 ， 表 面 層 體 積 縮 小 時(shí) ， 則 產(chǎn) 生 拉 應(yīng) 力 。 實(shí) 際 機(jī) 械 加 工 后 的 表 面 層 殘 余 應(yīng) 力 及 其 分 布 ， 是 上 述 三 方 面 因 素 綜 合 作 用 的 結(jié) 果 ， 在 一 定 條 件 下 ， 其 中 某 一 或 二 種 因 素 可 能 起

35、 主 導(dǎo) 作用 。 8.3.3.2 磨 削 裂 紋 的 產(chǎn) 生 ! 磨 削 加 工 中 熱 態(tài) 塑 性 變 形 和 金 相 組 織 變 化 的 影 響 較 大 ， 故 大 多 數(shù) 磨削 零 件 的 表 面 層 往 往 有 殘 余 拉 應(yīng) 力 。 當(dāng) 殘 余 拉 應(yīng) 力 超 過(guò) 材 料 的 強(qiáng) 度 極 限 時(shí) ， 零 件 表 面 就 會(huì) 出 現(xiàn) 裂 紋 。 有的 磨 削 裂 紋 也 可 能 不 在 工 件 的 外 表 面 ， 而 是 在 表 面 層 下 成 為 肉 眼 難 以 發(fā)現(xiàn) 的 缺 陷 。 磨 削 裂 紋 一 般 很 淺 ， 如 圖 8.12所 示 。 磨 削 裂 紋 的 產(chǎn) 生 與 材

36、 料 性 質(zhì) 及 熱 處 理 工 序 有 很 大 關(guān) 系 。 磨 削 硬 質(zhì) 合 金時(shí) ， 由 于 其 脆 性 大 ， 抗 拉 強(qiáng) 度 低 以 及 導(dǎo) 熱 性 差 ， 所 以 特 別 容 易 產(chǎn) 生 磨 削裂 紋 。 磨 削 合 碳 量 高 的 淬 火 鋼 時(shí) ， 由 于 其 晶 界 脆 弱 ， 也 容 易 產(chǎn) 生 磨 削 裂 紋 。 圖 8.12 磨 削 裂 紋 觀 看 動(dòng) 畫(huà) 8.4 控 制 加 工 表 面 質(zhì) 量 的 工 藝 途 徑8.4.1 減 小 殘 余 拉 應(yīng) 力 、 防 止 磨 削 燒 傷 和 磨 削 裂 紋 的 工 藝途 徑 對(duì) 零 件 使 用 性 能 危 害 甚 大 的 殘

37、余 拉 應(yīng) 力 、 磨 削 燒 傷 和 磨 削 裂 紋 均起 因 于 磨 削 熱 ， 所 以 如 何 降 低 磨 削 熱 并 減 少 其 影 響 是 生 產(chǎn) 上 的 一 項(xiàng) 重要 問(wèn) 題 。 解 決 的 原 則 ： 一 是 減 少 磨 削 熱 的 發(fā) 生 ， 二 是 加 速 磨 削 熱 的 傳 出 。 8.4.1.1 選 擇 合 理 的 磨 削 參 數(shù) 生 產(chǎn) 中 比 較 可 行 的 辦 法 是 通 過(guò) 試 驗(yàn) 來(lái) 確 定 磨 削 參 數(shù) ： 先 按 初步 選 定 的 磨 削 參 數(shù) 試 磨 ， 檢 查 工 件 表 面 熱 損 傷 情 況 ， 據(jù) 此 調(diào) 整 磨削 參 數(shù) 直 至 最 后 確

38、定 下 來(lái) 。 另 一 種 方 法 是 在 磨 削 過(guò) 程 中 連 續(xù) 測(cè) 量磨 削 區(qū) 溫 度 ， 然 后 控 制 磨 削 參 數(shù) 。 選 擇 適 宜 的 磨 削 液 和 有 效 的 冷 卻 方 法 ， 如 采 用 高 壓 大 流 量 冷 卻 、內(nèi) 冷 卻 或 為 減 輕 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 砂 輪 表 面 的 高 壓 附 著 氣 流 的 作 用 ， 有 利 于 冷 卻 液 能 順 利 地 噴 注 到 磨 削 區(qū) 。 8.4.1.2 選 擇 有 效 的 冷 卻 方 法 （ 三 ） 提 高 砂 輪 磨 削 性 能1、 銳 化 磨 粒 ， 減 小 摩 擦 ；2、 砂 輪 硬 度 不 宜 過(guò) 高

39、， 保 持 自 銳 性 ；3、 砂 輪 應(yīng) 具 一 定 彈 性 ， 避 免 過(guò) 載 ；4、 使 用 開(kāi) 槽 砂 輪 ；5、 使 用 螺 旋 槽 砂 輪 。 8.4.2 采 用 冷 壓 強(qiáng) 化 工 藝 對(duì) 于 承 受 高 應(yīng) 力 、 交 變 載 荷 的 零 件 可 以 采 用 噴 丸 、 液 壓 、 擠 壓等 表 面 強(qiáng) 化 工 藝 使 表 面 層 產(chǎn) 生 殘 余 壓 應(yīng) 力 和 冷 硬 層 并 降 低 表 面 粗 糙 度值 ， 從 而 提 高 耐 疲 勞 強(qiáng) 度 及 抗 應(yīng) 力 腐 蝕 性 能 。 但 是 采 用 強(qiáng) 化 工 藝 時(shí) 應(yīng) 很 好 控 制 工 藝 參 數(shù) ， 不 要 造 成 過(guò)

40、度 硬 化 ，否 則 會(huì) 使 表 面 完 全 失 去 塑 性 性 質(zhì) ， 甚 至 引 起 顯 微 裂 紋 和 材 料 剝 落 ， 帶來(lái) 不 良 的 后 果 。 8.4.2.1 噴 丸 噴 丸 是 一 種 用 壓 縮 空 氣 或 離 心 力 將 大 量 直 徑 細(xì) 小 的 丸 粒 （ 鋼 丸 、 玻璃 丸 ） 以 35 50m/s的 速 度 向 零 件 表 面 噴 射 的 方 法 。 如 圖 8.14（ a） ，可 以 用 于 任 何 復(fù) 雜 形 狀 的 零 件 。 噴 丸 的 結(jié) 果 在 表 面 層 產(chǎn) 生 很 大 的 塑 性 變 形 ， 造 成 表 面 的 冷 作 硬 化 及 殘 余 壓 應(yīng)

41、 力 。 8.4.2.2 滾 壓 用 工 具 鋼 淬 硬 制 成 的 鋼 滾 輪 或 鋼 珠 在 零 件 上 進(jìn) 行 滾 壓 ， 如 圖 8.14(b)，使 表 層 材 料 產(chǎn) 生 塑 性 流 動(dòng) ， 形 成 新 的 光 潔 表 面 。圖 8.14 常 用 的 冷 壓 強(qiáng) 化 工 藝 方 法 (a)噴 丸 (b)滾 壓觀 看 動(dòng) 畫(huà) 觀 看 動(dòng) 畫(huà) 利 用 淬 硬 和 精 細(xì) 研 磨 過(guò) 的 滾 輪 或 滾珠 ， 在 常 溫 狀 態(tài) 擠 壓 金 屬 表 面 ， 將 凸 起部 分 下 壓 下 ， 凹 下 部 分 上 凸 ， 修 正 工 件表 面 的 微 觀 幾 何 形 狀 ,形 成 壓 縮 殘

42、余 應(yīng)力 ， 提 高 耐 疲 勞 強(qiáng) 度 （ 圖 4-71）利 用 大 量 快 速 運(yùn) 動(dòng) 珠 丸 打 擊 工 件 表面 , 使 工 件 表 面 產(chǎn) 生 冷 硬 層 和 壓 應(yīng) 力 ,疲 勞 強(qiáng) 度 （ 圖 4-70） 圖 4-71 滾 壓 加 工 原 理 圖用 于 強(qiáng) 化 形 狀 復(fù) 雜 或 不 宜 用 其 它 方法 強(qiáng) 化 的 工 件 ， 例 如 板 彈 簧 、 螺 旋 彈 簧、 齒 輪 、 焊 縫 等 圖 4-70 珠 丸 擠 壓 引 起 殘 余 應(yīng) 力 壓 縮 拉 伸塑 性 變 形 區(qū) 域 8.4.3 采 用 精 密 和 光 整 加 工 工 藝 采 用 精 密 加 工 工 藝 能 全

43、面 地 提 高 加 工 精 度 和 表 面 質(zhì) 量 ， 而 光 整加 工 工 藝 主 要 是 為 了 獲 得 較 高 的 表 面 質(zhì) 量 。8.4.3.1 精 密 加 工 工 藝 精 密 加 工 工 藝 的 加 工 精 度 主 要由 高 精 度 的 機(jī) 床 保 證 。 精 密 加 工 切削 效 率 不 高 ， 故 加 工 余 量 不 能 太 大 ，所 以 對(duì) 前 道 工 序 有 較 高 的 要 求 。 精密 加 工 工 藝 方 法 有 高 速 精 螳 、 高 速 精 車 、 寬 刃 精 刨 和 細(xì) 密 磨 削 等 。 圖 8.15金 剛 石 筆 的 安 裝觀 看 動(dòng) 畫(huà) 8.4.3.2 光 整

44、 加 工 工 藝 光 整 加 工 是 用 粒 度 很 細(xì) 的 磨 料 對(duì) 工 件 表 面 進(jìn) 行 微 量 切 削 和 擠 壓 、 擦光 的 過(guò) 程 。 光 整 加 工 工 藝 所 使 用 的 工 具 都 是 浮 動(dòng) 連 接 ， 由 加 工 面 自 身 導(dǎo) 向 ， 而相 對(duì) 于 工 件 的 定 位 基 準(zhǔn) 沒(méi) 有 確 定 的 位 置 ， 所 使 用 的 機(jī) 床 也 不 需 要 具 有 非常 精 確 的 成 形 運(yùn) 動(dòng) 。 這 些 加 工 方 法 的 主 要 作 用 是 降 低 表 面 粗 糙 度 ， 一 般不 能 糾 正 形 狀 和 位 置 誤 差 ， 加 工 精 度 主 要 由 前 面 工 序

45、 保 證 。 光 整 加 工 工藝 方 法 有 衍 磨 、 超 精 加 工 、 研 磨 、 拋 光 等 。 如 圖 8.18為 常 用 的 研 具 。 圖 8.18 外 圓 研 具 (a)粗 研 具 ； (b)精 研 具 8.5 機(jī) 械 加 工 過(guò) 程 中 的 振 動(dòng) 問(wèn) 題 8.5.1 振 動(dòng) 的 概 念 與 類 型 金 屬 切 削 過(guò) 程 中 ， 工 件 和 刀 具 之 間 常 常 發(fā) 生 強(qiáng) 烈 的 振 動(dòng) ， 這 是 一 種 破壞 正 常 切 削 過(guò) 程 的 極 其 有 害 的 現(xiàn) 象 。 當(dāng) 切 削 振 動(dòng) 發(fā) 生 時(shí) ， 工 件 表 面 質(zhì) 量 嚴(yán)重 惡 化 ， 粗 糙 度 增 大

46、 ， 產(chǎn) 生 明 顯 的 表 面 振 痕 ， 這 時(shí) 不 得 不 降 低 切 削 用 量 ，使 生 產(chǎn) 率 的 提 高 受 到 限 制 。 振 動(dòng) 嚴(yán) 重 時(shí) ， 會(huì) 產(chǎn) 生 崩 刃 現(xiàn) 象 ， 使 加 工 過(guò) 程 無(wú)法 進(jìn) 行 下 去 。 此 外 ， 振 動(dòng) 將 加 速 刀 具 和 機(jī) 床 的 磨 損 ， 從 而 縮 短 刀 具 和 機(jī) 床的 使 用 壽 命 ； 振 動(dòng) 噪 音 也 危 害 工 人 的 健 康 。 機(jī) 械 加 工 過(guò) 程 中 產(chǎn) 生 的 振 動(dòng) ， 也 和 其 它 的 機(jī) 械 振 動(dòng) 一 樣 ， 按 其 產(chǎn) 生 的 原 因 可 分 為 自 由 振 動(dòng) 、 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 和

47、自 激 振 動(dòng) 三 大 類 。 8.5.2 機(jī) 械 加 工 中 的 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 是 工 藝 系 統(tǒng) 在 一 個(gè) 穩(wěn) 定 的 外 界 周 期 性 干 擾 力 （ 激 振 力 ） 作 用下 引 起 的 振 動(dòng) 。 除 了 力 之 外 ， 凡 是 隨 時(shí) 間 變 化 的 位 移 、 速 度 及 加 速 度 ， 也可 以 激 起 系 統(tǒng) 的 振 動(dòng) 。 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 原 因 分 工 藝 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 和 外 部 兩 個(gè) 方 面 。 8.5.2.1 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 的 運(yùn) 動(dòng) 方 程 式 工 藝 系 統(tǒng) 是 個(gè) 多 自 由 度 的 振 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 其 振 動(dòng) 形

48、態(tài) 是 很 復(fù) 雜 的 ， 但 就 某一 特 定 情 況 而 言 ， 其 振 動(dòng) 特 性 與 相 應(yīng) 頻 率 的 單 自 由 度 系 統(tǒng) 有 近 似 之 處 ， 因 此 可 以 簡(jiǎn) 化 為 單 自 由 度 系 統(tǒng) 來(lái) 分 析 。 8.5.2.2 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 的 特 性 （ 1） 幅 頻 特 性 曲 線 和 相 頻 特 性 曲 線（ 2） 振 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 剛 度 和 動(dòng) 態(tài) 柔 度（ 3） 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 的 主 要 特 性 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 是 在 外 界 周 期 性 干 擾 力 的 作 用 下 產(chǎn) 生 的 ， 但 振 動(dòng) 本 身并 不 能 引 起 干 擾 力 的 變 化 。 不

49、 管 振 動(dòng) 系 統(tǒng) 本 身 的 固 有 頻 率 如 何 ， 強(qiáng) 迫振 動(dòng) 的 固 有 頻 率 總 是 與 外 界 干 擾 力 的 頻 率 相 同 。 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 的 振 幅 大 小 在 很 大 程 度 上 取 決 于 干 擾 力 的 頻 率 與 系 統(tǒng) 固有 頻 率 的 比 值 。 當(dāng) 這 個(gè) 頻 率 比 等 于 或 接 近 1時(shí) ， 振 幅 達(dá) 到 最 大 值 ， 出 現(xiàn) “ 共 振 ” 現(xiàn) 象 。 干 擾 力 越 大 ， 系 統(tǒng) 剛 度 及 阻 尼 系 數(shù) 越 小 ， 則 強(qiáng) 迫 振動(dòng) 的 振 幅 就 越 大 。 8.5.3 機(jī) 械 加 工 中 的 自 激 振 動(dòng) （ 1） 自 激

50、振 動(dòng) 是 由 振 動(dòng) 過(guò) 程 本 身 引 起 切 削 力 周 期 性 變 化 ， 又 由 這個(gè) 周 期 性 變 化 的 切 削 力 反 過(guò) 來(lái) 加 強(qiáng) 和 維 持 振 動(dòng) ， 使 振 動(dòng) 系 統(tǒng) 補(bǔ) 充 了由 阻 尼 作 用 消 耗 的 能 量 ， 讓 振 動(dòng) 維 持 下 去 。 切 削 過(guò) 程 中 的 自 激 振 動(dòng)可 舉 日 常 生 活 中 常 見(jiàn) 的 電 鈴 為 例 來(lái) 說(shuō) 明 。 如 圖 8.24電 鈴 的 結(jié) 構(gòu) 。 （ 2） 自 激 振 動(dòng) 示 例 說(shuō) 明 振 動(dòng) 元 件 對(duì) 調(diào) 節(jié) 元 件 產(chǎn) 生 反 饋 作 用 ， 以 便產(chǎn) 生 持 續(xù) 的 交 變 力 。 如 圖 8.24中

51、 ， 小 錘 敲 擊 電鈴 的 頻 率 是 由 彈 簧 片 、 小 錘 、 銜 鐵 的 本 身 參數(shù) （ 剛 度 、 質(zhì) 量 、 阻 尼 ） 所 決 定 的 。 阻 尼 及 運(yùn) 動(dòng) 摩 擦 所 損 耗 的 能 量 由 本 身 維 持 。 這 個(gè) 過(guò) 程 就 是 區(qū) 別 于 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 的 自 激 振 動(dòng) 。只 要 停 止 切 削 過(guò) 程 ， 即 使 機(jī) 床 仍 繼 續(xù) 空 運(yùn) 轉(zhuǎn) ，自 激 振 動(dòng) 也 就 停 止 了 。 所 以 可 通 過(guò) 切 削 試 驗(yàn) 來(lái) 研 究 工 藝 系 統(tǒng) 的 自 激振 動(dòng) 。 同 時(shí) ， 也 可 以 通 過(guò) 改 變 對(duì) 切 削 過(guò) 程 有影 響 的 工 藝 參

52、 數(shù) 來(lái) 控 制 切 削 過(guò) 程 ， 從 而 限 制 自 激 振 動(dòng) 的 產(chǎn) 生 。 圖 8.24 電 鈴 的 自 激 振 動(dòng)觀 看 動(dòng) 畫(huà) 8.5.4 減 少 工 藝 系 統(tǒng) 振 動(dòng) 的 途 徑 當(dāng) 加 工 中 出 現(xiàn) 振 動(dòng) 影 響 加 工 質(zhì) 量 時(shí) 要 根 據(jù) 振 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 原 因 、 運(yùn) 動(dòng)規(guī) 律 和 特 性 來(lái) 尋 求 控 制 的 途 徑 。 對(duì) 于 自 激 振 動(dòng) 經(jīng) 過(guò) 許 多 試 驗(yàn) 研 究 和 生產(chǎn) 實(shí) 踐 有 了 一 些 相 當(dāng) 有 效 的 抑 制 措 施 ， 例 如 ： 合 理 選 擇 切 削 用 量 ； 合 理 選 擇 刀 具 的 幾 何 角 度 ； 提 高 機(jī)

53、 床 、 工 件 、 刀 具 自 身 的 抗 振 性 及 采 用 減 振 裝 置 等 。 一 般 提 高 工 藝 系 統(tǒng) 的 剛 度 和 安 裝 減 振 裝 置 對(duì) 提 高 工 藝 系 統(tǒng) 的 抗 振 性 有 顯 著 效 果 。 v 影 響 加 工 表 面 粗 糙 度 ， 振 動(dòng) 頻 率 較 低 時(shí) 會(huì) 產(chǎn) 生 波 度v 影 響 生 產(chǎn) 效 率 v 加 速 刀 具 磨 損 ， 易 引 起 崩 刃v 影 響 機(jī) 床 、 夾 具 的 使 用 壽 命v 產(chǎn) 生 噪 聲 污 染 ， 危 害 操 作 者 健 康v 工 藝 系 統(tǒng) 受 到 初 始 干 擾 力 而 破 壞 了 其 平 衡 狀 態(tài) 后 ， 系

54、統(tǒng) 僅 靠 彈 性 恢 復(fù) 力 來(lái) 維 持 的 振 動(dòng) 稱 為 自 由 振 動(dòng) 。v 由 于 系 統(tǒng) 中 總 存 在 由 阻 尼 ， 自 由 振 動(dòng) 將 逐 漸 衰 弱 ， 對(duì)加 工 影 響 不 大 。 自 由 振 動(dòng)強(qiáng) 迫 振 動(dòng)自 激 振 動(dòng) v 由 外 界 周 期 性 的 干 擾 力 （ 激 振 力 ） 作 用 引 起v 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 振 源 ： 機(jī) 外 機(jī) 內(nèi) 。 機(jī) 外 振 源 均 通 過(guò) 地 基 把 振動(dòng) 傳 給 機(jī) 床 。 機(jī) 內(nèi) ： 1） 回 轉(zhuǎn) 零 部 件 質(zhì) 量 的 不 平 衡 2） 機(jī) 床 傳 動(dòng) 件 的 制 造 誤 差 和 缺 陷 3） 切 削 過(guò) 程 中 的 沖 擊

55、v 頻 率 特 征 ： 與 干 擾 力 的 頻 率 相 同 ， 或 是 干 擾 力 頻 率 整 倍 數(shù)v 幅 值 特 征 ： 與 干 擾 力 幅 值 、 工 藝 系 統(tǒng) 動(dòng) 態(tài) 特 性 有 關(guān) 。 當(dāng) 干擾 力 頻 率 接 近 或 等 于 工 藝 系 統(tǒng) 某 一 固 有 頻 率 時(shí) ， 產(chǎn) 生 共 振v 相 角 特 征 ： 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 位 移 的 變 化 在 相 位 上 滯 后 干 擾 力 一 個(gè)角 ， 其 值 與 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 及 干 擾 力 頻 率 有 關(guān) 。 圖 4-73 自 激 振 動(dòng) 系 統(tǒng) 能 量 關(guān) 系A(chǔ) B C能量E Q E E0 振 幅 電 動(dòng) 機(jī)(能 源

56、)交 變 切 削 力 F(t) 振 動(dòng) 位 移X(t)圖 4-72 自 激 振 動(dòng) 閉 環(huán) 系 統(tǒng)機(jī) 床 振 動(dòng) 系 統(tǒng)（ 彈 性 環(huán) 節(jié) ）調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng)（ 切 削 過(guò) 程 ） 切 削 過(guò) 程 ， 由 于 偶 然 干 擾， 使 加 工 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 振 動(dòng) 并 在加 工 表 面 上 留 下 振 紋 。 第 二 次 走 刀 時(shí) ， 刀 具 將 在有 振 紋 的 表 面 上 切 削 ， 使 切削 厚 度 發(fā) 生 變 化 ， 導(dǎo) 致 切 削力 周 期 性 地 變 化 ， 產(chǎn) 生 自 激振 動(dòng) 圖 4-74 再 生 自 激 振 動(dòng) 原 理 圖f切 入 切 出 y0ya） b） y0y切 入 切 出

57、 fc） fy0y切 入 切 出 d）切 入 切 出 fy0ya） b） c） 系 統(tǒng) 無(wú) 能 量 獲 得 ；d） y(本 次 振 動(dòng) ) 滯 后 于 y 0 (上 次 振 動(dòng) ) ， 即 0 - ， 此 時(shí) 切 出 比 切 入 半周 期 中 的 平 均 切 削 厚 度 大 ， 切 出 時(shí) 切 削 力 所 作 正 功 （ 獲 得 能 量 ） 大 于 切入 時(shí) 所 作 負(fù) 功 ， 系 統(tǒng) 有 能 量 獲 得 ， 產(chǎn) 生 自 激 振 動(dòng) 將 車 床刀 架 簡(jiǎn) 化 為 兩 自 由 度 振 動(dòng)系 統(tǒng) ， 等 效 質(zhì) 量 m用 相 互垂 直 的 等 效 剛 度 分 別 為 k1、 k2兩 組 彈 簧 支

58、 撐 （ 設(shè) x1為 低 剛 度 主 軸 ， 圖 4-75） 圖 4-75 車 床 刀 架 振 型 耦 合 模 型Fm ab cdx1 x1x2 x2 k2k112X k1=k2， x1與 x2無(wú) 相 位 差 , 軌 跡 為 直 線 ， 無(wú) 能 量 輸 入 k 1 k2， x1超 前 x2 ， 軌 跡 dcba為 一 橢 圓 ， 切 入 半 周期 內(nèi) 的 平 均 切 削 厚 度 比 切 出 半 周 期 內(nèi) 的 大 ， 系 統(tǒng) 無(wú) 能 量 輸 入 k1 k2， x1滯 后 于 x2 ， 軌 跡 為 一 順 時(shí) 針 方 向 橢 圓 ， 即 ：abcd。 此 時(shí) ， 切 入 半 周 期 內(nèi) 的 平

59、均 切 削 厚 度 比 切 出 半周 期 內(nèi) 的 小 ， 有 能 量 獲 得 ， 振 動(dòng) 能 夠 維 持 。 調(diào) 整 振 源 的 頻 率 ， 一 般 要 求 ：調(diào) 整 振 動(dòng) 系 統(tǒng) 小 剛 度 主 軸 的 位 置（ 圖 4-76）式 中 f 和 fn 分 別 為 振 源 頻 率 和系 統(tǒng) 固 有 頻 率 x2x2 x1x1 11 22圖 4-76 兩 種 尾 座 結(jié) 構(gòu)0.25nf ff （ 4-33） 減 小 切 削 或 磨 削 時(shí) 的 重 疊 系 數(shù) （ 圖 4-77）式 中 bd 等 效 切 削 寬 度 ， 即 本 次 切 削 實(shí) 際 切 到 上 次 切 削 殘 留 振 紋 在 垂 直

60、 于 振 動(dòng) 方 向 投 影 寬 度 ； b 本 次 切 削 在 垂 直 于 振 動(dòng) 方 向 上 的 切 削 寬 度 ； B , fa 砂 輪 寬 度 與 軸 向 進(jìn) 給 量 。 圖 4-77 重 疊 系 數(shù)a p faB振 動(dòng) 方 向 XDfb bd a） 切 削 b） 磨 削 r r， d ab B fb B （ 切 削 ） （ 磨 削 ） （ 4-34） v 減 小 重 疊 系 數(shù) 方 法 圖 4-78 車 刀 消 振 棱0.1 0.3 -5 -202 3增 加 切 削 阻 尼 （ 例 采 用 倒 棱 車 刀 ， 圖 4-78） 提 高 工 藝 系 統(tǒng) 剛 度 增 大 工 藝 系 統(tǒng) 阻

61、 尼 阻 尼 材 料 鑄 鐵 環(huán) 鑄 鐵 套 筒 圖 4-79 零 件 上 加 阻 尼 材 料 圖 4-80 摩 擦 式 減 振 器1飛 輪 2摩 擦 盤 3摩 擦墊 4螺 母 5彈 簧v動(dòng) 力 減 振 器 v摩 擦 式 減 振 器 （ 圖 4-80）v沖 擊 式 減 振 器 （ 圖 4-81）圖 4-81 沖 擊 式 減 振 鏜 刀 與 減 振 鏜 桿1沖 擊 塊 2緊 定 螺 釘a） 減 振 鏜 刀 b） 減 振 鏜 桿 本 章 小 結(jié) 本 章 主 要 闡 述 ： 機(jī) 械 加 工 表 面 質(zhì) 量 的 基 本 概 念 及 其 對(duì) 機(jī) 械 零 件 、對(duì) 整 臺(tái) 機(jī) 器 的 使 用 性 能 和

62、使 用 壽 命 的 影 響 。 詳 細(xì) 地 分 析 了 影 響 機(jī) 械 加 工 表 面 質(zhì) 量 的 各 種 因 素 ， 著 重 討 論 了 如何 提 高 機(jī) 械 加 工 表 面 質(zhì) 量 的 途 徑 ， 特 別 是 對(duì) 工 藝 系 統(tǒng) 的 振 動(dòng) 問(wèn) 題 作 了 較詳 細(xì) 的 分 析 研 究 。 本 章 應(yīng) 著 重 理 解 和 掌 握 表 面 質(zhì) 量 的 一 些 基 本 概 念 。 重 點(diǎn) 掌 握 ： 冷 作 硬 化 、 金 相 組 織 的 變 化 和 殘 余 應(yīng) 力 產(chǎn) 生 的 機(jī) 理 和磨 削 燒 傷 、 磨 削 裂 紋 產(chǎn) 生 的 機(jī) 理 。 應(yīng) 對(duì) 生 產(chǎn) 現(xiàn) 場(chǎng) 中 發(fā) 生 的 一 些 表 面 質(zhì) 量 問(wèn) 題 從 理 論 上 作 出 解 釋 ， 學(xué)會(huì) 分 析 表 面 質(zhì) 量 的 方 法 ， 能 采 取 改 善 表 面 質(zhì) 量 的 工 藝 實(shí) 施 ， 解 決 生 產(chǎn) 實(shí) 際 問(wèn) 題 。 學(xué) 會(huì) 識(shí) 別 和 區(qū) 分 機(jī) 械 加 工 中 的 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 和 自 激 振 動(dòng) ， 了 解 一 些 基 本的 消 振 方 法 。