《机械制造工程原理》第5章.ppt

第5章 机械加工表面质量 5.1 机械加工质量的概念 5.2 机械加工表面质量的概念 5.3 表面粗糙度及其影响因素 5.4 机械加工表面物理机械性能的变化 5.5 控制机械加工表面质量的途径 5.6 振动对表面质量的影响及其控制 5.2 机械加工表面质量的概念 5.2.1 表面质量的基本概念 1.表面层微观几何形状误差 2.表面层物理机械性能的变化 5.2.2 表面质量对零件使用性能的影响 不同载荷下的最优粗糙度 3.对耐腐蚀性的影响 零件在潮湿的空气中或在腐蚀性介质中工作，会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。 1)粗糙度对表面质量影响 2)表面残余应力对耐腐蚀性的影响 零件在应力状态下工作，会产生应力腐蚀，产生裂纹，加速腐蚀作用。 4.对配合质量的影响 5.对加工精度持久性的影响 5.3 表面粗糙度及其影响因素 2.影响表面粗糙度的物理因素 塑性材料加工后的表面实际轮廓和理论轮廓 3.减少切削加工表面粗糙度值的措施 5.3.2 磨削加工对表面粗糙度的影响 2．影响磨削加工表面粗糙度的主要因素 4)砂轮的速度 砂轮速度提高，有利于减少粗糙度，因为砂轮速度增加时，单位时间内参与磨削的磨粒增加，残留面积减少，每个刃口切除的金属量减少，同时砂轮速度提高使塑性变形造成的隆起量随速度增加而下降。材料来不及变形，粗糙度显著下降。 5）磨削切深与工件速度 增大磨削切深和工件速度将增加塑性变形的程度从而增大粗糙度。粗加工时采用较大的磨削切深提高生产率，精加工时采用小切深或“无火花”磨削，以降低粗糙度。 5.4 机械加工表面物理机械性能的变化 1．形成表面冷作硬化的原因 (1)切削力的作用→切削层金属产生剪切滑移→塑性变形→晶格畸变、晶粒纤维化→表面强化 (2)切削热产生的金相组织变化→硬度变化 硬化程度取决于塑性变性时力的大小、变形速度的快慢和切削温度的高低。 评定冷作硬化程度的3个指标:表层金属的显微硬度HV,硬化层的深度h和硬化程度N. 刀具几何参数影响 刀具γO↑→切削层塑性变形↓→h,N↓ 刀具钝圆半径Rn和VB↑→ h,N ↑ 切削用量影响 切削用量中，影响最大的是VC，f VC ↑→ h,N ↓ 原因： （1） VC ↑→ θ↑→有利于加工硬化回复 （2） VC ↑→塑性变形程度↓→h,N↓ （3） VC ↑→后刀面与工件接触时间缩短→使加工硬化难以充分进行。 (1)f ↑→ 切削力↑→ξ↑→塑性变形程度↑→ h,N ↑ (2) f(过小) ↓→使切削厚度小于刀具钝圆半径Rn →使刀具在加工表面上产生强烈挤压→ h,N ↑ 被加工材料的影响： 一般被加工材料的硬度越低，塑性越大时，切削后的冷硬现象越严重，如：碳钢中含碳量愈大，强度变高，塑性变小，冷硬程度变小。 此外根据不同的工件材料和加工条件，采用合适的切削液，有助于减轻加工硬化现象。 5.4.2 加工表面的金相组织变化（磨削烧伤） 1．形成表面金相组织的变化的原因 当切削温度超过工件加工表面材料的相变温度时，使表面材料的金相组织发生变化。 2．磨削烧伤的类型 1)回火烧伤: 若磨削区温度未超过淬火钢的相变温度,但已超过马氏体转变温度,则工件表层中的回火马氏体组织将发生回火现象,而转变为硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体),此现象称为回火烧伤. 磨削裂纹 2)退火烧伤: 如果磨削区温度超过了相变温度,而磨削区域又无冷却液进入,表层金属将产生退火组织,表面硬度将急剧下降,这种烧伤称为退火烧伤. 3)淬火烧伤: 如果磨削区温度超过了相变温度,再加上冷却液的急冷作用,表层金属发生二次淬火,使表层金属出现二次淬火马氏体组织,其硬度比原来的回火马氏体的高,在它的下层,因冷却较慢,出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织(索氏体或托氏体),这种烧伤称为淬火烧伤. 3．影响表面金相组织变化的主要因素 磨削用量、砂轮参数和冷却条件 5.4.3 加工表面层的残余应力 冷校直引起的残余应力 1 形成表面残余应力的原因 （1）冷塑性变形的影响（见图） 。 （2）热塑性变形的影响（见图）。 （3）金相组织变化的影响。 不同的金相组织具有不同的密度(ρ马氏体=7.75t/m3, ρ奥氏体=7.96t/m3, ρ铁素体=7.88t/m3 , ρ珠光体=7.78t/m3),也就是相同的重量具有不同的体积,如果表面层金属产生了金相组织的变化,表面层的金属体积就必然发生变化,这样必然就会受到与之相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。 如： 淬火钢ρ马氏体→磨削烧伤ρ珠光体 则：表层产生残余拉应力，而里层产生残余压应力 2 影响表面残余应力的主要因素 切削力、切削温度和切削条件。 (1)切削力大小和方向对残余应力大小和方向有影响。 （2）切削温度影响。 （3）刀具前角 刀具的前角越大，表面层拉