04-2机械加工表面质量及其控制资料.ppt

* * * * * * * * * * * * * (1)冷态塑性变形引起的残余应力 当刀具从被加工表面上去除金属时，由于后刀面的挤、压和摩擦作用，加大了表面层伸长的塑性变形，表面层的伸长变形受到基体金属的限制，也在表面层产生了残余压应力。 在切削力作用下，已加工表面产生强烈的塑性变形。表面层金属比容增大，体积膨胀，与它相连的里层金属的阻止其体积膨胀； 里层产生残余拉应力 表面层产生残余压应力 结果： 3.3.3 表面金属的残余应力 * (2)热态塑性变形引起的残余应力 磨削温度越高，热塑性变形越大，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。 在切削热作用下产生热膨胀 金属基体温度较低 工件加工表面 表层产生热压应力 切削时 切削过程结束时 温度下降，已产生热塑性变形的表层收缩 结果 表面产生残余拉应力 3.3.3 表面金属的残余应力 * (3)金相组织变化引起的残余应力 如：马氏体密度为7.75 g/cm3，奥氏体密度为7.96 g/cm3， 珠光体密度为7.78 g/cm3，铁索体密度为7.88 g/cm3； 切削时产生的高温会引起表面层金相组织变化。因为不同的金属组织，它们的密度不同，因而引起的残余应力。 以淬火钢磨削为例 淬火钢原来的组织是马氏体7.75 g/cm3 磨削加工后 表层可能产生回火，马氏体变为珠光体7.78 g/cm3 密度增大而体积减小 表面产生残余拉应力 导致 结果 3.3.3 表面金属的残余应力 * 因此，最终工序加工方法的选择，须考虑零件的具体工作条件及零件可能产生的破坏形式。 (四)零件破坏形式和最终工序的选择 一般来说，零件表面残余应力的数值及性质主要取决于零件最终工序加工方法的选择。 3.3.3 表面金属的残余应力 * 1．疲劳破坏 2．滑动磨损 3．滚动磨损 零件破坏形式 零件表面层金属的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。 3.3.3 表面金属的残余应力 * 从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，最终工序应选择能在加工表面产生残余压应力的加工方法。 1. 疲劳破坏 机器零件表面上局部产生微观裂纹 在交变载荷的作用下 拉应力作用下 原生裂纹扩大 导致零件破坏 滑动摩擦的机械作用 物理化学方面的综合作用 2．滑动磨损 指的是两个零件作相对滑动，滑动面逐渐磨损的现象。 滑动磨损机理 粘接磨损 扩散磨损 化学磨损 * 从提高零件抵抗滑动摩擦引起的磨损考虑，最终工序应选择能在加工表面产生残余拉应力的加工方法。 从抵抗粘接磨损、扩散磨损、化学磨损考虑对残余应力的性质无特殊要求时，应尽量减小表面残余应力值。 当表面层的压缩工作应力超过材料的许用应力时，将使表面层金属磨损。 改善措施 * 3．滚动磨损 指的是两个零件作相对滚动，滚动面将逐渐磨损的现象。 滚动磨损来自 滚动摩擦的机械作用 物理化学方面 综合作用 从提高零件抵抗滚动摩擦引起的磨损考虑，最终工序应选择能在表面层下深h处产生压应力的加工方法。 滚动磨损的决定性因素 是表面层下深h处的最大拉应力。 最终工序加工方法的选择可参考下表 * 各种加工方法在工件表面残留的内应力 * 四．表面强化工艺 1．喷九强化 利用压缩空气或离心力将大量的珠丸(直径为0.4～ 4mm)以高速打击被加工零件表面，使表面产生冷硬层和残余压应力，可以显著提高零件的疲劳强度。珠丸可以是铸铁或砂石，钢丸更好。喷丸所用设备是压缩空气喷丸装置或机械离心式喷丸装置，这些装置使珠丸能以35～ 50m/s的速度喷出。 珠丸(直径为0.4～ 4mm) 高速(35～ 50 m/s)打击被加工零件表面 使表面产生冷硬层和残余压应力 方法概要 喷九加工主要用于强化形状复杂的零件，如齿轮、连杆、曲轴等。零件经喷九强化后，硬化层深度可达0.7mm，表面租糙度Ra值可由3.2 减少到0.4 ，使用寿命可提高几倍到几十倍。 应用 喷九加工主要用于强化形状复杂的零件，如齿轮、连杆、曲轴等。零件经喷九强化后，硬化层深度可达0.7mm，表面租糙度Ra值可由3.2 减少到0.4 ，使用寿命可提高几倍到几十倍。 * * 2．滚压加工 利用淬硬的滚压工具(滚轮或滚珠)在常温下对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，工件表面上原有的波峰被填充到相邻的波谷中，以减小表面粗糙度值，并使表面产生冷硬层和残余压应力，从而提高零件的承裁能力和疲劳强度。 方法 滚压工具 波峰被填充到相邻的波谷中 表面产生冷硬层和残余压