機(jī)械加工表面質(zhì)量ppt課件

1、 任何機(jī)械加工所得到的零件外表實(shí)踐上都不是 完全理想的外表，實(shí)際闡明，機(jī)械零件的破壞普通總 是從外表層開(kāi)場(chǎng)的。這闡明零件的外表質(zhì)量是至關(guān)重要 的它對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大影響。 研討加工外表質(zhì)量的目的，就是要掌握機(jī)械加工的各 種工藝要素對(duì)加工外表質(zhì)量影響的規(guī)律，以便運(yùn)用這些 規(guī)律控制加工過(guò)程最終到達(dá)提高加工外表質(zhì)量、提高 產(chǎn)品運(yùn)用性能的目的。 零件外表質(zhì)量零件外表質(zhì)量 外表粗糙度外表粗糙度 外表波度外表波度 外表物理力學(xué)外表物理力學(xué) 性能的變化性能的變化 外表微觀(guān)幾何外表微觀(guān)幾何 外形特征外形特征 外表層冷作硬化外表層冷作硬化 外表層剩余應(yīng)力外表層剩余應(yīng)力 外表層金相組織的變化外表層金相組織的變化

2、a波度 b外表粗糙度 零件加工外表的粗糙度與波度 RZ H RZ 外表粗糙度：加工外表的微觀(guān)幾何誤差，波長(zhǎng)與波高比 值小于50。 外表波度：加工外表不平度波長(zhǎng)與波高比值在501000的 幾何外形誤差 紋理方向：外表刀紋的方向 傷痕：加工外表個(gè)別位置出現(xiàn)的缺陷 1外表粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響外表粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響 外表粗糙度太大和太小都不耐磨。如下圖。外表粗糙度太大和太小都不耐磨。如下圖。 v外表粗糙度太大，接觸外表的實(shí)踐壓強(qiáng)增大，粗糙不平的外表粗糙度太大，接觸外表的實(shí)踐壓強(qiáng)增大，粗糙不平的 凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加??；凸峰相互咬合、擠裂、切斷，故磨損加?。?v外表粗糙度太小，也

3、會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。由于外表太光滑，外表粗糙度太小，也會(huì)導(dǎo)致磨損加劇。由于外表太光滑， 存不住光滑油，接觸面間不易構(gòu)成油膜，容易呵斥干摩擦而存不住光滑油，接觸面間不易構(gòu)成油膜，容易呵斥干摩擦而 加劇磨損。加劇磨損。 v外表粗糙度的最正確值與機(jī)器零件的任務(wù)情況有關(guān)，載荷外表粗糙度的最正確值與機(jī)器零件的任務(wù)情況有關(guān)，載荷 加大時(shí)，磨損曲線(xiàn)向上、向右挪動(dòng)，最正確外表粗糙度值也加大時(shí)，磨損曲線(xiàn)向上、向右挪動(dòng)，最正確外表粗糙度值也 隨之右移。隨之右移。 2 2外表層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響外表層的冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響 v 加工外表的冷作硬化，普通能提高零件的耐磨性。由加工外表的冷作硬化，普通能提高

4、零件的耐磨性。由 于它使磨擦副外表層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，于它使磨擦副外表層金屬的顯微硬度提高，塑性降低， 減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。 v 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是由于過(guò)并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。這是由于過(guò) 分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏松，在相對(duì)運(yùn)疏松，在相對(duì)運(yùn) 動(dòng)中能夠會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間構(gòu)成小顆粒，使動(dòng)中能夠會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間構(gòu)成小顆粒，使 零件加速磨損。零件加速磨損。 2 2外表質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響外表質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 1外表粗糙度

5、對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 外表粗糙度越大，抗疲勞破壞的才干越差。 對(duì)接受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作 用下，外表粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂 紋。 外表粗糙度值越小，外表缺陷越少，工件耐疲勞性越好； 反之，加工外表越粗糙，外表的紋痕越深，紋底半徑越小，其 抗疲勞破壞的才干越差。 2外表層冷作硬化與剩余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 適度的外表層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。 剩余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，剩余拉應(yīng)力容易使已 加工外表產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞強(qiáng)度。 剩余壓應(yīng)力那么可以部分地抵消任務(wù)載荷施加的拉應(yīng)力， 延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲勞強(qiáng)度。 1外表粗

6、糙度對(duì)零件配合精度的影響 外表粗糙度較大，那么降低了配合精度。 2外表剩余應(yīng)力對(duì)零件任務(wù)精度的影響 外表層有較大的剩余應(yīng)力，就會(huì)影響它們精度的穩(wěn)定 性。 1外表粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件外表越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越深， 浸透與腐蝕作用越劇烈。 因此減小零件外表粗糙度，可以提高零件的耐腐蝕性能。 2外表剩余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件外表剩余壓應(yīng)力使零件外表嚴(yán)密，腐蝕性物質(zhì)不易 進(jìn)入，可加強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而外表剩余拉應(yīng)力那么降低 零件耐腐蝕性。 外表質(zhì)量對(duì)零件運(yùn)用性能還有其它方面的影響：如減小 外表粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和丈量精度；對(duì) 滑動(dòng)零件，可降低其摩擦

7、系數(shù)，從而減少發(fā)熱和功率損失。 外表質(zhì)量對(duì)零件運(yùn)用性能的影響小結(jié)：外表質(zhì)量對(duì)零件運(yùn)用性能的影響小結(jié)： 零件外表質(zhì)量零件外表質(zhì)量 粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨 適度冷硬能提高耐磨性適度冷硬能提高耐磨性 對(duì)疲勞強(qiáng)度的對(duì)疲勞強(qiáng)度的 影響影響 對(duì)耐磨性影響對(duì)耐磨性影響 對(duì)耐腐蝕性能對(duì)耐腐蝕性能 的影響的影響 對(duì)任務(wù)精度的對(duì)任務(wù)精度的 影響影響 適度冷硬、剩余壓應(yīng)力能提高疲適度冷硬、剩余壓應(yīng)力能提高疲 勞強(qiáng)度勞強(qiáng)度 粗糙度越大、配合精度降低粗糙度越大、配合精度降低 剩余應(yīng)力越大，加工精度降低剩余應(yīng)力越大，加工精度降低 粗糙度越大，耐腐蝕性越差粗糙度越大，耐腐蝕性越差 壓應(yīng)力提高耐腐蝕

8、性，拉應(yīng)力反壓應(yīng)力提高耐腐蝕性，拉應(yīng)力反 之那么降低耐腐蝕性之那么降低耐腐蝕性 切削加工后外表粗糙度的值主要取決于切削殘留面 積的高度，影響殘留面積高度的要素有：刀尖圓弧半徑 r，主偏角kr、副偏角kr，進(jìn)給量f。如下圖 1 1、刀尖的幾何要素的影響、刀尖的幾何要素的影響 . KrK r Y=f(x) L Kr K r X X 0 0 Y Y f f f/2 H H H/2 圖: 實(shí)際外表粗糙度 . 如右上圖所示，由國(guó)家規(guī)范規(guī)定的外表粗糙度定義， 輪廓的算術(shù)平均偏向： 陰影部分面積 / 丈量長(zhǎng)度 同理，如右以下圖所示，取丈量長(zhǎng)度為f的一段工件廓， 那么 實(shí)際外表粗糙度為： 陰影部分面積 / 丈

9、量長(zhǎng)度= 0 L a f ( x )dx R L 0 f a f ( x )dx R f 4 222 1 2 H f Hf . 而三角形底邊長(zhǎng)度 即： 那么 而工件外圓的輪廓的算術(shù)平均偏向?qū)嶋H外表粗糙 度為： ， rr ctg H ctg Hf 222 重要結(jié)論：刀具的幾何外形影響工件的外重要結(jié)論：刀具的幾何外形影響工件的外 表粗糙度。消費(fèi)中，普通應(yīng)減小表粗糙度。消費(fèi)中，普通應(yīng)減小 f 和和 來(lái)提高來(lái)提高 外表粗糙度。外表粗糙度。 ） rr ctgctg f H ( 4 a rr f R (ctgctg ） r k )( ， rr Z ctgctg f HR rr f H ctgctg 2 8

10、 f H r 切削殘留面積的高度： 2 2、物理要素的影響、物理要素的影響 1工件資料的影響工件資料的影響 v韌性資料：韌性資料： v 工件資料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工外表愈粗糙。工件資料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工外表愈粗糙。 v資料金相組織：資料金相組織： v 對(duì)同樣的資料，金相組織越粗大，加工外表粗糙度大，故對(duì)同樣的資料，金相組織越粗大，加工外表粗糙度大，故 對(duì)中碳鋼和低碳鋼資料的工件，為改善切削性能，減小外表粗糙對(duì)中碳鋼和低碳鋼資料的工件，為改善切削性能，減小外表粗糙 度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處置。度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處置。 v 脆性資料：脆

11、性資料： v 加工脆性資料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工脆性資料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在 加工外表留下許多麻點(diǎn)，使外表粗糙。加工外表留下許多麻點(diǎn)，使外表粗糙。 2 2切削速度的影響切削速度的影響 加工塑性資料時(shí)，切削速度對(duì)外表粗糙度的影響隨切削速度的加工塑性資料時(shí)，切削速度對(duì)外表粗糙度的影響隨切削速度的 變化而變化對(duì)積屑瘤和鱗刺的影響變化而變化對(duì)積屑瘤和鱗刺的影響 積屑瘤和鱗刺對(duì)外表粗糙度的影響較大。積屑瘤和鱗刺對(duì)外表粗糙度的影響較大。 鱗刺：工件外表上微小的魚(yú)鱗狀倒刺。鱗刺：工件外表上微小的魚(yú)鱗狀倒刺。 鱗刺的生成機(jī)理：在中低速切削塑性金屬資料且鱗刺的生成機(jī)理：在中

12、低速切削塑性金屬資料且 較大時(shí)，刀較大時(shí)，刀 屑之間由于冷焊而產(chǎn)生粘結(jié)景象，切屑在前刀面上流動(dòng)時(shí)周屑之間由于冷焊而產(chǎn)生粘結(jié)景象，切屑在前刀面上流動(dòng)時(shí)周 期性地受阻而瞬時(shí)停留，切屑替代前刀面推擠切削層，呵斥已期性地受阻而瞬時(shí)停留，切屑替代前刀面推擠切削層，呵斥已 加工外表上出現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)裂，生成鱗刺。加工外表上出現(xiàn)拉應(yīng)力而導(dǎo)裂，生成鱗刺。 c a 加工塑性資料時(shí)切削速度對(duì)外表粗糙度的影響加工塑性資料時(shí)切削速度對(duì)外表粗糙度的影響 切削速度越高，塑性變形越不充分，外表粗糙度值越?。呵邢魉俣仍礁?，塑性變形越不充分，外表粗糙度值越?。?選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的外表粗糙度。選擇低速寬刀精

13、切和高速精切，可以得到較小的外表粗糙度。 切削速度對(duì)脆性資料的影響不大。切削速度對(duì)脆性資料的影響不大。 3 3進(jìn)給量的影響進(jìn)給量的影響 減小進(jìn)給量減小進(jìn)給量 f 固然可以減小外表粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小，固然可以減小外表粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小， 外表粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)，效率降低。外表粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)，效率降低。 4 4其它要素的影響其它要素的影響 此外，合理運(yùn)用冷卻光滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的此外，合理運(yùn)用冷卻光滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的 刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小外表粗糙度值。刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小外表粗糙度值。 機(jī)械加工時(shí)，工件外表層金屬遭到切削力的作用產(chǎn)機(jī)械加

14、工時(shí)，工件外表層金屬遭到切削力的作用產(chǎn) 生劇烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，生劇烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移， 晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，從而使外表層的強(qiáng)度和晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，從而使外表層的強(qiáng)度和 硬度添加，這種景象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)冷作硬化和強(qiáng)硬度添加，這種景象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)冷作硬化和強(qiáng) 化?；?。 1 1、定義、定義 2、影響外表冷作硬化的要素、影響外表冷作硬化的要素 f 和 v 對(duì)冷硬的影響 硬度(HV) 0 f (mm /r) 0.20.40.60.8 v =170(m/min) (m/min) 100(m/min ) 50(m/min) 1

15、00 200 300 400 工件資料：45 一方面：切削速度一方面：切削速度v塑變塑變 冷硬冷硬 另一方面：切削熱作用時(shí)間短，另一方面：切削熱作用時(shí)間短， 使冷硬程度有所添加使冷硬程度有所添加 切削深度影響不大切削深度影響不大 00.20.40.60.81.0 磨損寬度VB(mm) 100 180 260 340 硬度(HV) 50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z) 刀具后刀面磨損對(duì)冷硬影響 1.1.外表層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生外表層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生 切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加工區(qū)及其切削加工中，由于切削熱的作用，在工件的加工區(qū)

16、及其 臨近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。產(chǎn)生磨削燒傷景象。臨近區(qū)域產(chǎn)生了一定的溫升。產(chǎn)生磨削燒傷景象。 磨削燒傷：磨削燒傷： 磨削加工時(shí)，外表層有很高的溫度，當(dāng)溫度到達(dá)相變臨界磨削加工時(shí)，外表層有很高的溫度，當(dāng)溫度到達(dá)相變臨界 點(diǎn)時(shí)，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)度和硬度降低、產(chǎn)點(diǎn)時(shí)，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)度和硬度降低、產(chǎn) 生剩余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀(guān)裂紋。同時(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜生剩余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀(guān)裂紋。同時(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜 這種景象稱(chēng)為磨削燒傷。這種景象稱(chēng)為磨削燒傷。 淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有淬火鋼在磨削時(shí)，由于磨削條件不同，產(chǎn)生的磨削燒傷有 三種方式。三種方式。 2.

17、2. 磨削燒傷的三種方式磨削燒傷的三種方式 淬火燒傷：淬火燒傷： 磨削時(shí)工件外表溫度超越相變臨界溫度碳鋼為720 時(shí)，那么馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最 外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來(lái)的回 火馬氏體高，但很薄，其下為硬度較低的回火索氏體和屈 氏體。由于二次淬火層極薄，外表層總的硬度是降低的， 這種景象稱(chēng)為淬火燒傷。 回火燒傷回火燒傷 磨削時(shí)，假設(shè)工件外表層溫度只是超越原來(lái)的回火 溫度，那么表層原來(lái)的回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火景象 而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織索氏體或屈氏體，這 種景象稱(chēng)為回火燒傷 退火燒傷退火燒傷 磨削時(shí)，當(dāng)工件外表層溫度超越相變臨界溫度時(shí)，那 么馬氏體

18、轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。假設(shè)此時(shí)無(wú)冷卻液，表層金屬 空氣冷卻比較緩慢而構(gòu)成退火組織。硬度和強(qiáng)度均大幅 度下降。這種景象稱(chēng)為退火燒傷。 3.3.影響磨削燒傷的要素及改善途徑影響磨削燒傷的要素及改善途徑 1砂輪與工件資料砂輪與工件資料 1)磨削時(shí)，砂輪外表上磨粒的切削刃口鋒利磨削力 磨削區(qū)的溫度 2)磨削導(dǎo)熱性差的資料(耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼) 磨削燒傷 3)應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和組織磨削燒傷 2 2磨削用量磨削用量 1砂輪轉(zhuǎn)速 磨削燒傷 2徑向進(jìn)給量ap 磨削燒傷 3 軸向進(jìn)給量fa磨削燒傷 4工件速度vw磨削燒傷 3改善冷卻條件改善冷卻條件 采用內(nèi)冷卻法磨削燒傷 內(nèi)冷卻安裝內(nèi)冷卻安裝 1錐形蓋錐

19、形蓋 2通道孔通道孔 3中心孔中心孔 4有徑向小孔的薄有徑向小孔的薄 壁套壁套 機(jī)械加工中工件外表層組織發(fā)生變化時(shí)，在外表層及其 與基體資料的交界處會(huì)產(chǎn)生相互平衡的彈性力。這種應(yīng)力 即為外表層的剩余應(yīng)力。 1、外表層金屬產(chǎn)生剩余應(yīng)力的緣由、外表層金屬產(chǎn)生剩余應(yīng)力的緣由 工件外表遭到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長(zhǎng)塑性變形 ，基體仍處于彈性變外形狀。切削后，表層產(chǎn)生剩余壓 應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生剩余拉伸應(yīng)力。 1 1 冷態(tài)塑性變形冷態(tài)塑性變形 2 2熱態(tài)塑性變形熱態(tài)塑性變形 表層產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)消費(fèi)生剩余壓應(yīng)力 切削熱在表層金屬產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力的表示圖切削熱在表層金屬產(chǎn)生剩余拉應(yīng)力的表示圖 工件外表在切

20、削熱的作用下，產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較低，因此外表層熱膨脹受基體的限制產(chǎn)生壓應(yīng) 力； 當(dāng)外表層的熱膨脹程度超越資料的彈性變形范圍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱塑性變形。當(dāng)切削終了，表層溫度下降到與 基體溫度一致時(shí)，由于外表層已產(chǎn)生熱塑性變形而不能彈性恢復(fù)，外表層收縮時(shí)受彈性變形基體的限制產(chǎn)生 了剩余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生壓應(yīng)力。 3 外表層金相組織變化外表層金相組織變化 磨削淬火鋼時(shí)，工件表層金屬溫度極高，表層金屬出磨削淬火鋼時(shí)，工件表層金屬溫度極高，表層金屬出 現(xiàn)回火或退火，工件表層金屬的金相組織發(fā)生變化馬氏現(xiàn)回火或退火，工件表層金屬的金相組織發(fā)生變化馬氏 體向奧氏體或回火馬氏體轉(zhuǎn)化，相變的金屬體積收縮，體向奧氏體或回火馬氏體轉(zhuǎn)化，相變的金屬體積收縮， 但遭到未相變的內(nèi)層金屬的牽制，故工件外表產(chǎn)生剩余拉但遭到未相變的內(nèi)層金屬的牽制，故工件外表產(chǎn)生剩余拉 應(yīng)力。應(yīng)力。 2 2、由于刀具鈍圓刃切削時(shí)的金屬塑性變、由于刀具鈍圓刃切削時(shí)的