第4讲已加工表面质量.ppt

第九章 已加工表面质量 翟鹏 山东大学威海分校 2008.04.20 第一节 已加工表面质量的概念 一、已加工表面质量含义： 1、表面几何学方面：指零件最外层表面的几何形状，通常以表面粗糙度表示 2、表面层材质的变化，如：塑性变形、硬度变化、微观裂纹、残余应力、晶粒变化、热损伤区、化学性能、电磁特性的变化等。 二、加工表面质量对零件性能的影响： 1、表面粗糙度差的零件，零件接触面积小，耐磨性差，容易磨损； 2、零件受周期作用的载荷时，容易产生应力集中。 3、加工硬化现象，加工表面硬度不均，并有裂纹，疲劳强度低 4、残余应力，降低零件耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀性能。 第一节 已加工表面质量的概念 已加工表面质量的标志 工件经过切削加工后，已加工表面质量的主要标志是：表面的粗糙度、表面层冷作硬化程度、表面层残余应力的性质及其大小。已加工表面质量对工件成为机器零件后的使用性能有很大的影响。 第二节 已加工表面的形成过程 已加工表面的形成过程 从三个变形区观点，看已加工表面质量形成过程 第三节 已加工表面粗糙度 一、表面粗糙度产生的原因 （1）几何因素，主要决定于残留面积高度； （2）切削过程不稳定，其中包括：积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损、刀刃与工件相互位置的变动（振动等）等。 下面就每个原因进行分析： 1、残留面积高度（理论粗糙度） 切削刃相对于工件运动，能够形成已加工表面。如果把切削刃看作几何学的线，由相对于工件运动时，应该形成的已加工表面的粗糙度，称为理论粗糙度。它的数值决定于残留面积的高度。实际上，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料时，已加工表面的粗糙度才比较接近理论组糙度，因为除此之外，还有许多其他因素，诸如鳞刺、积屑瘤、振动、切削刃不平整、工件材料组织的缺陷等等的影响，使已加工表面难以接近理论粗糙度。 残留面积的高度 残留面积高度 残留面积高度 2、积屑瘤 3、鳞刺 （1）鳞刺，就是已加工表面上出现的鳞片状毛刺。 （2）加工塑性材料时，易出现。 高速钢、硬质合金、陶瓷刀具加工碳钢、中碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金、铜合金等塑性材料时，易出现。 鳞刺及其对已加工表面粗糙度的影响 鳞刺就是已加工表面上的鳞片状毛刺。生产实践及科学实验表明，在较低的及中等的切削速度下，用高速钢、硬质合金或陶瓷刀具，切削一些常用的塑性金属，如低碳钢、中碳钢、铬钢(40Cr、20Cr)、不锈钢、铝合金、紫铜等，在车、刨、插、钻、拉、滚齿、螺纹车削、板牙铰螺纹等工序中，都可能出现鳞刺。鳞刺的产生是切削加工中获得较小粗糙度的表面的一大障碍。 3、鳞刺—形貌 3、鳞刺—形貌 3、鳞刺 （3）关于鳞刺产生的两种观点： 1）积屑瘤说 持这种观点的人认为：积屑瘤底部稳定，顶部不稳定； 不稳定的顶部的生长与分裂，是导致鳞刺产生的主要原因。 积屑瘤对已加工表面粗糙度的影响 积屑瘤自身能增大已加工表面粗糙度之外，它还在已加工表面上导致鳞刺的形成，进一步增大粗糙度。 3、鳞刺 2）层积金属说 持此种观点的人认为：形成鳞刺的过程经过了4个阶段：抹拭、导裂、层积、切顶。 4、切削过程的变形 切削变形影响表面粗糙度的过程： 1）切削单元带有周期性的断裂，这种断裂深入到切削表面以下，从而在加工表面上留下挤压的痕迹，而成为波浪形。 2）由于切削刃两端没有来自侧面的约束力，加工过程中工件材料被挤压，产生隆起，降低了被加工表面的粗糙度。 说明见下图 5、刀具的边界摩擦对粗糙度地影响 6 刀刃与工件相对位置变动 原因： 1）主轴回转精度不高； 2）滑动导轨面的形状误差； 3）材料的不均匀； 4）切削过程不连续等。 自激振动，使振幅发生变化，影响被加工表面的粗糙度。 二、影响表面粗糙度的因素 1、刀具方面 1)采用较大的刀尖圆弧半径rε； 采用较小的副偏角kγ’，尤其使用kγ’=0的修光刃。 2）前角：一般情况下，前角对表面粗糙度影响不大；但在加工塑性材料时，采用较大的前角可减小积屑瘤和鳞刺，从而提高被加工零件的表面粗糙度。 3）刀面及切削刃的表面粗糙度：提高刀具表面的粗糙度，减小摩擦，可抑制积屑瘤、鳞刺的产生。 4）刀具材料：与工件材料的亲和力不同，产生积屑瘤及粘结磨损的程度不同，产生的表面粗糙度不同。 5）刀具的磨损情况不同，对粗糙度也有影响。 二、影响表面粗糙度的因素 2、工件方面地影响 1）材料塑性越大，加工粗糙度越大； 2）材料金相组织的影响： 对于中碳钢、中碳合金钢，在高速切削时，粒状珠光体组织粗糙度高；