数控加工工艺教学作者杨丰第3章节数控加工工艺基础课件幻灯片.ppt

3.3.2 机械加工表面质量 1.机械加工表面质量含义 机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态,主要包含两方面内容： (1) 表面层的几何形状特征 表面层的几何形状特征如图3-34所示，主要由以下几部分组成： 图3-36 加工表面的几何特征 ①表面粗糙度 它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差； ②表面波度 它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。 ③表面加工纹理 它是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。 ④伤痕 它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。 （2）表面层的物理力学性能 表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容： ①表面层的加工冷作硬化； ②表面层金相组织的变化； ③表面层的残余应力。 2.影响机械加工表面质量的工艺因素 （1）影响工件表面粗糙度的工艺因素 在切削加工中，影响已加工表面粗糙度的因素主要包括几何因素、物理因素和加工中工艺系统的振动。下面以车削为例来说明。 1）几何因素 切削加工时表面粗糙度的值主要取决于切削面积的残留高度，图3-35所示为车削加工时的切削层残留面积高度。 a) b) 图3-35 切削层残留面积高度 a) rε=0；b) rε＞0 2）物理因素 在切削加工过程中，刀具对工件的挤压和摩擦使金属材料发生塑性变形，引起原有的残留面积扭曲或沟纹加深，增大表面粗糙度。当采用中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤，它可以代替刀具进行切削，但状态极不稳定，积屑瘤生成、长大和脱落将严重影响加工表面的表面粗糙度值。另外，当采用较低的切削速度切削塑性材料时，由于切屑和前刀面的强烈摩擦作用以及撕裂现象，还可能在加工表面上产生鳞刺，使加工表面的粗糙度增加。 3）动态因素——振动的影响 在加工过程中，工艺系统有时会发生振动，即在刀具与工件间出现的除切削运动之外的另一种周期性的相对运动。振动的出现会使加工表面出现波纹，增大加工表面的粗糙度，强烈的振动还会使切削无法继续下去。 除上述因素外，造成已加工表面粗糙不平的原因还有被切屑拉毛和划伤等。 （2）影响工件表面层物理力学性能的工艺因素 1）表面层残余应力 机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处就会产生互相平衡的弹性应力，这种应力就是表面层的残余应力。产生表面残余应力的原因主要有： ①冷态塑性变形引起的残余应力 切削加工时，加工表面在切削力的作用下产生强烈的塑性变形，表层金属的比容增大，体积膨胀，但受到与它相连的里层金属的阻止，从而在表层产生了残余压应力，在里层产生了残余拉应力。当刀具在被加工表面上切除金属时，由于受后刀面的挤压和摩擦作用，表层金属纤维被严重拉长，仍会受到里层金属的阻止，而在表层产生残余压应力，在里层产生残余拉应力。 ② 热态塑性变形引起的残余应力 切削加工时，大量的切削热会使加工表面产生热膨胀，由于基体金属的温度较低，会对表层金属的膨胀产生阻碍作用，因此表层产生热态压应力。当加工结束后，表层温度下降要进行冷却收缩，但受到基体金属阻止，从而在表层产生残余拉应力，里层产生残余压应力。 ③金相组织变化引起的残余应力 在切削或磨削过程中，切削时产生的高温会引起表面层的相变。由于不同的金相组织有不同的比重，表面层金相变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到里层的限制，产生了压应力。反之表面层体积缩小，则产生拉应力。 2）表面层加工硬化 ①加工硬化的产生及衡量指标 机械加工过程中，工件表层金属在切削力的作用下产生强烈的塑性变形，金属的晶格扭曲，晶粒被拉长、纤维化甚至破碎而引起表层金属的强度和硬度增加，塑性降低，这种现象称为加工硬化（或冷作硬化）。另外，加工过程中产生的切削热会使得工件表层金属温度升高，当升高到一定程度时，会使得已强化的金属回复到正常状态，失去其在加工硬化中得到的物理力学性能，这种现象称为软化。因此，金属的加工硬化实际取决于硬化速度和软化速度的比率。 ②影响加工硬化的主要因素 Ⅰ.刀具几何角度 切削力越大，塑性变形越大，硬化程度和冷硬层深度也随之增大。因此，刀具前角γo减小，切削刃半径增大，刀具后刀面磨损都会引起切削力的增大，使加工硬化严重。 Ⅱ.切削用量 切削速度υc增大，切削温度增高，有助于冷硬的回复，同时刀具与