第4章4.4机械加工表面质量要点解析.ppt

机研图例 24th * * 式中 ? ? —— 频率比 ?= ?/?n ? —— 阻尼比 ?0 —— 临界阻尼系数 A0 —— 系统在静力p0作用下承受的静位移 * 武汉理工大学机电工程学院 */63 3、特性分析 受迫振动稳态过程是谐振。交变力消失,受迫振动停止。 受迫振动频率 = 激振力频率，与固有频率无关。 受迫振动的振幅与静刚度?、 阻尼比?、 频率比?有关。 * 武汉理工大学机电工程学院 */63 自激振动 1. 特征 自激振动的频率接近或等于系统的固有频率 无外界周期性干扰力，由外部激振力偶然触发 是不衰减振动 切削运动一停止,交变力消失,自激振动便停止 动画演示 8.24 减振措施 (1)消除或减小机内振源的激振力 (2)改变激振频率或系统固有频率以避免共振 (3)隔振 (4)阻振器 (5)摩擦减振器 四、机械加工后的表面层物理力学性能 * 武汉理工大学机电工程学院 */63 1、加工表面的冷作硬化 切削或磨削加工时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎而得到强化。冷作硬化的特点是：变形抵抗力提高（屈服点提高），塑性降低（相对延伸率降低）。冷硬的指标通常用冷硬层的深度h、表面层的显微硬度H以及硬化程度N来表示（图8．8），其中N=H/H0，H0为原来的显微硬度。 动画演示 8.8 影响冷作硬化的因素 1) 刀具：刀具前角?，切削变形?，切削力?，冷作硬化? 切削刃的钝圆半径 ? ，已加工表面在形成过程中受挤压程度 ?， 冷作硬化? 后刀面磨损量?，冷作硬化? 2) 工件材料：HBs ? ，? ? ，冷作硬化? 3) 切削液：使用合适的切削液， 冷作硬化? 4) 切削速度?，冷作硬化? 进给量?，冷作硬化? 冷作硬化 硬化程度 硬化程度 2、金相组织的变化 工件表面层在磨削时，磨削热使得工件温升很大，严重时使表层金属的金相组织发生变化，形成与基体不一样的金相结构。 经常是强度和硬度下降，产生残余应力，甚至产生显微裂纹，出现黄褐、紫、青等颜色变化 ，这种现象称为磨削烧伤。 * 武汉理工大学机电工程学院 */63 磨削温度、温度梯度及冷却速度等对金相组织变化的影响 磨削温度、温度梯度、冷却速度等对金相组织变化的影响可以从图8.9得到说明。 图8.9所示，为高碳淬火钢在不同磨削条件下出现的表面层硬度分布情况 。 动画演示 8.9 磨削淬火钢时可能产生的三种烧伤： 回火烧伤：马氏体转变成索氏体或屈氏体 退火烧伤 :表层产生退火组织表面硬度 淬火烧伤:表层二次淬火马氏体下层回火组织 影响磨削烧伤的主要因素 1) 磨削用量：ae ? fa ? vw ? (相应vs ? ) ， 磨削温度? ，烧伤? 2) 砂轮选择：磨粒粒度?， 硬度? ，则磨削温度 ? ， 烧伤 ? 3) 工件材料：强度 ?， 硬度? ，冲击韧度 ? ，磨削热? ，烧伤 ? * 武汉理工大学机电工程学院 */63 磨削裂纹的产生 磨削加工中热态塑性变形和金相组织变化的影响较大，故大多数磨削零件的表面层往往有残余拉应力。当残余拉应力超过材料的强度极限时，零件表面就会出现裂纹。有的磨削裂纹也可能不在工件的外表面，而是在表面层下成为肉眼难以发现的缺陷。磨削裂纹一般很浅 磨削裂纹的产生与材料性质及热处理工序有很大关系。磨削硬质合金时，由于其脆性大，抗拉强度低以及导热性差，所以特别容易产生磨削裂纹。磨削含碳量高的淬火钢时，由于其晶界脆弱，也容易产生磨削裂纹。 动画演示 8.12 * 武汉理工大学机电工程学院 */63 3、加工表面产生残余应力 (1) 由于金属相变引起残余应力的机理 磨削淬火钢时，工件表层金属温度极高（此时 内层金属的温度较低），表层金属出现回火或退 火，工件表层金属的金相组织发生变化（马氏体向 奥氏体或回火马氏体转化），相变的金属体积收 缩，但受到未相变的内层金属的牵制，故工件表面 产生残余拉应力。 * 武汉理工大学机电工程学院 */63 残余应力产生的原因 1）冷态塑性变形 2）热态塑性变形 3）金相组织的变化 加工表面产生残余应力的机理 由于刀具钝圆刃切削时的金属塑性变形所产生的残余应 力的机理。 如上右图所示，具有钝圆刃的刀具切削工件时，有一 厚度为Δ的薄层金属无法被钝圆刃切离工件而被强烈挤压成为已加工表面。 机理：工件已加工表面的表层金属受刀具钝圆刃的强 烈挤压和摩擦， 产生严重塑性变形而不能弹性恢复，当内 层金属弹性恢复时受到表层金属的牵制，故工件表层金属