第八章 表面质量.PPTVIP

机械加工后工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热 态塑性变形和金相组织变化的综合结果。切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压缩应力。磨削加工时起主要作用的通常是热态塑性变形或金相组织变化引起的体积变化，表面层常产生残余拉伸应力。 （2）磨削裂纹的产生 磨削裂纹和残余应力有着十分密切的关系。在磨削过程中，当工件表面层产生的残余应力超过工件材料的强度极限时，工件表面就会产生裂纹。磨削裂纹常与烧伤同时出现。 （3）影响表面残余应力的主要因素 切削加工中，由于切削热的作用，在工件的加工区及其邻近区域产生了一定的温升。 定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。 淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种形式。 三、表面层金相组织变化与磨削烧伤 1.表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生 淬火烧伤 回火烧伤 退火烧伤 磨削时工件表面温度超过相变临界 温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。在 冷却液作用下，工件最外层金属会出现二 次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火 马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回 火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄， 表面层总的硬度是降低的，这种现象称为 淬火烧伤。 磨削时，如果工件表面层温度只 是超过原来的回火温度，则表层原来 的回火马氏体组织将产生回火现象而 转变为硬度较低的回火组织（索氏体 或屈氏体），这种现象称为回火烧伤。 磨削时，当工件表面层温度超过 相变临界温度Ac3时，则马氏体转变 为奥氏体。若此时无冷却液，表层金 属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。 硬度和强度均大幅度下降。这种现象 称为退火烧伤。 2. 磨削烧伤的三种形式 磨削用量 砂轮与工件材料 改善冷却条件 1）砂轮转速↑ → 磨削烧伤↑ 2）径向进给量fp↑→ 磨削烧伤↑ 3）?轴向进给量fa↑→磨削烧伤↓ 4）工件速度vw　↑→磨削烧伤↓ 1)磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃 口锋利↑→磨削力↓→磨削区的温度↓ 2)磨削导热性差的材料(耐热钢、轴承 钢、不锈钢)↓→磨削烧伤↑ 3)应合理选择砂轮的硬度、结合剂和 组织→磨削烧伤↓ 采用内冷却法 →磨削烧伤↓ 图 3.影响磨削烧伤的因素及改善途径 采用开槽砂轮 间断磨削→受热↓ →磨削烧伤↓ 图 图 内冷却装置 1－锥形盖 2－通道孔 3－砂轮中心孔 4－有径向小孔的薄壁套 图 开槽砂轮 a） 槽均匀分布 b）槽均匀分布 第四节 提高表面层物理力学性能的加工方法 1．滚压加工 滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能力和疲劳强度。 滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。如图为典型的滚压加工示意图。 图 滚压加工原理 2. 喷丸强化 喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，如图8-13所示为珠丸挤压工件表面的状态, 可显著提高零件的疲劳强度。 珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝（使用一段时间后，自然变成球状）。对于铝质工件，为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜采用铝丸或玻璃丸。珠丸的直径一般为0.2~4mm，对于尺寸较小、表面粗糙度值较小的工件，采用直径较小的珠丸。 喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件，如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度可达0.7mm，零件表面粗糙度值可由Ra5~2.5μm 减小到Ra0.63~0.32μm ，可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命。 第五节 机械加工中的振动 振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量； 振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损； 振动使机床连接部分松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度； 强烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操作者的身心健康。为减小加工过程中的振动，有时不得不降低切削用量，使机械加工生产率降低。 一、机械加工中