仪器制造技术gbi加工精度分析与制造质量监控技术.ppt

§2.4.1. 机械加工表面质量的意义 二、表面层的物理机械性能 1、表面层冷作硬化(简称冷硬)：在机械加工中,零件表面层产生强烈的冷态塑性变形后,引起的强度和硬度都有所提高的现象。一般情况下表面硬化层的深度可达0.05---0.30mm。 ? 2、表面层金相组织的变化：机械加工过程中，由于切削热或磨削热的作用引起工件表面温升过高，表面层金属的金相组织发生变化的现象。 3、表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。 零件表面质量对仪器性能的影响 耐磨性：存在一个最佳表面粗糙度。 ?表面粗糙度值过大—〉实际接触面积↓—〉单位应力↑—〉峰部之间产生塑性变形、弹性变形和剪切破坏，引起严重磨损。 表面粗糙度值过小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。 配合性质 间隙配合：粗糙度过大，加剧磨损，增大间隙； 过盈配合：粗糙度过大，有效过盈量减小，降低配合强度； 耐腐蚀性 零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面四处而发生化学腐蚀，抗腐蚀性能越差。产生残余压应力的表面冷硬能够提高抗腐蚀性能。 §2.4.2. 零件表面质量对仪器性能的影响 §2.4.2. 零件表面质量对仪器性能的影响 疲劳强度 交变载荷作用下，零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象，表面粗糙度值越大，应力集中越严重。 加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，一般可使耐磨性提高。 过分冷硬将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，反而使耐磨性下降。 表面层残余压应力能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹扩展；残余拉应力易使已加工表面产生裂纹而降低疲劳强度。 §2.4.3. 影响表面质量的工艺因素 影响表面粗糙度的因素 例1：车削一铸铁零件的外圆表面，若走刀量f=0.5mm/r,车刀刀尖的圆弧半径r=4mm,问能达到的加工表面粗糙度值？ 答：由于铸铁件加工表面层的塑性变形很小，故加工表面粗糙度主要取决于几何因素引起的刀尖残留面积。 Rz=f2/8r=0.52/8×4=0.0078(mm) 例2：高速精镗内孔时，采用锋利的尖刀，刀具的主偏角kr=45o,副偏角kr′=20o，要求加工表面粗糙度Rz=3.2(μm)试求： （1）当不考虑工件材料塑性变形对表面粗糙度影响时，计算应采用的走刀量为多少？ （2）分析实际加工表面粗糙度与计算求得粗糙度是否相同？为什么？ 答：（1）f=Rz(cotkr+cotkr′)=0.012(mm/r) (2)实际切削加工时，由于物理因素（塑性变形、切削热，积屑瘤等）的参与及系统的振动会改变刀尖残留面积的轮廓形状，并加大表面不平度的平均高度Rz。 §2.4.3. 影响表面质量的工艺因素 影响表面粗糙度的因素 积屑瘤发展过程中，刀具实际前角不断变化，导致切削力的波动而产生振动，影响表面粗糙度。 影响积屑瘤形成的主要因素是工件材料和切削速度。 §2.4.3. 影响表面质量的工艺因素 影响表面粗糙度的因素 §2.4.3. 影响表面质量的工艺因素 加工表面的冷作硬化 冷作硬化产生的原因 切削或磨削加工中，表面层金属由于塑性变形使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移,晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，引起材料的强化（使表面层金属的硬度和强度提高），这种现象称为冷作硬化。 冷作硬化指标 硬化程度N，其按下式计算： N=（H-H0)/H0 工件原表面层的显微硬度H0 表层金属的显微硬度H； 硬化层深度h； 硬化程度N 影响冷作硬化的因素 表面层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力（例如切削力）和变形速度（例如切削速度）。力越大，塑性变形越大，则硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小。 ① 切削速度V↑—〉刀具与工件的作用时间↓—〉 金属的塑性变形↓—〉硬化层深度和硬度↓。 ② 进给量f的影响：a)进给量f超过一定值时，进给量↑—〉切削力↑ —〉表层金属的塑性变形↑—〉冷硬程度↑。 b)进给量f过小—〉切削厚度↓—〉刀刃圆弧对工 件表面层的挤压次数↑—〉硬化程度↑。 3)工件材料——工件材料的硬度↓、塑性↑—〉 冷硬现象↑。 3、表面金属残余应力的因素 1.产生残余应力的原因 1）冷态塑性变形：机械加工时，在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表面金属的比容加大，体积膨胀，则因受基体材料制约就会在表层产生残余压应力，而在里层金属中产生残余拉应力。 2）热态塑性变形：机械加工时，切削区会有大量的切削热产生，表面层与里层金属间产生很大的温度梯度。 冷却时，表面层收缩从而形成较大的残余拉应力，而在里层金属中产生残余压应力。 热应力是由于表层和基体厚