機(jī)械加工表面質(zhì)量PowerPoint 演示文稿gaiguo

1、 第四章第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量4.1 概述概述4.2 加工表面粗糙度及其改進(jìn)措施加工表面粗糙度及其改進(jìn)措施4.3 表面層物理力學(xué)性質(zhì)變化及其改善措施表面層物理力學(xué)性質(zhì)變化及其改善措施4.4 機(jī)械加工中的振動(dòng)機(jī)械加工中的振動(dòng) 4.1 概述概述 上一章我們研究了機(jī)械加工精度，這一章討論表面質(zhì)量。上一章我們研究了機(jī)械加工精度，這一章討論表面質(zhì)量。 任何一種機(jī)械加工方法得到的零件表面，都不是理想表面。任何一種機(jī)械加工方法得到的零件表面，都不是理想表面。實(shí)踐證明：機(jī)械零件的損壞，絕大多數(shù)是從零件的表面開始的，實(shí)踐證明：機(jī)械零件的損壞，絕大多數(shù)是從零件的表面開始的，例如產(chǎn)生磨損或表面裂紋

2、等，這說明零件表面的質(zhì)量至關(guān)重要。例如產(chǎn)生磨損或表面裂紋等，這說明零件表面的質(zhì)量至關(guān)重要。 研究加工表面質(zhì)量的目的：研究加工表面質(zhì)量的目的： 掌握各種加工因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律和控制方法，應(yīng)用掌握各種加工因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律和控制方法，應(yīng)用這些規(guī)律來控制加工過程，達(dá)到提高表面質(zhì)量的目的。這些規(guī)律來控制加工過程，達(dá)到提高表面質(zhì)量的目的。 4.1.1 加工表面質(zhì)量的內(nèi)容加工表面質(zhì)量的內(nèi)容 包括表面層幾何形狀誤差和表面層物理力學(xué)性能。包括表面層幾何形狀誤差和表面層物理力學(xué)性能。 1 ) 表面層幾何形狀誤差，有表面粗糙度和加工紋理方向。表面層幾何形狀誤差，有表面粗糙度和加工紋理方向。 （1）表面

3、粗糙度）表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差，用不平度平均表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差，用不平度平均高度高度 Ra 來評(píng)介來評(píng)介，單位是單位是微米。數(shù)值越大說明零件表面越粗糙微米。數(shù)值越大說明零件表面越粗糙。（2）加工紋理方向）加工紋理方向 加工紋理方向是刀紋加工方向，取決于加工方法和設(shè)備精度。加工紋理方向是刀紋加工方向，取決于加工方法和設(shè)備精度。 哪一種加工紋理最好？最平整？哪一種加工紋理最好？最平整？（c）（）（e）和和（f）最好。最好。 ( 3 ) 傷痕傷痕 傷痕是指表面上出現(xiàn)的砂眼、氣孔和裂紋等。傷痕是指表面上出現(xiàn)的砂眼、氣孔和裂紋等。 3）表面層物理力學(xué)性能）

4、表面層物理力學(xué)性能 工件在加工過程中受到切削力和切削熱的作用，使得表面層工件在加工過程中受到切削力和切削熱的作用，使得表面層 金屬的物理力學(xué)性能發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在以下面幾個(gè)方面：金屬的物理力學(xué)性能發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在以下面幾個(gè)方面： （1）表面層冷作硬化）表面層冷作硬化 表面層冷作硬化是指表面層金屬在切削力或切削熱的作用下，表面層冷作硬化是指表面層金屬在切削力或切削熱的作用下，表面層金屬的顯微硬度比材料心部的金屬硬度高。表面層金屬的顯微硬度比材料心部的金屬硬度高。 衡量冷作硬化的指標(biāo)有兩個(gè)衡量冷作硬化的指標(biāo)有兩個(gè)：硬化程度硬化程度和和硬化深度硬化深度。 （2）表面層金相組織變化）表面層金相組

5、織變化 由于磨削熱的作用使得表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。由于磨削熱的作用使得表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。 例如例如: 磨削淬火鋼，在磨削熱的作用下使表面層的馬氏體組織磨削淬火鋼，在磨削熱的作用下使表面層的馬氏體組織分解，產(chǎn)生回火組織等。分解，產(chǎn)生回火組織等。 （3）表面層殘余應(yīng)力）表面層殘余應(yīng)力 在切削力或切削熱的作用下，表面層金屬發(fā)生塑性變形或金在切削力或切削熱的作用下，表面層金屬發(fā)生塑性變形或金相組織變化時(shí)會(huì)使表面層金屬組織內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力的現(xiàn)象。相組織變化時(shí)會(huì)使表面層金屬組織內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力的現(xiàn)象。 殘余應(yīng)力有殘余應(yīng)力有 殘余拉應(yīng)力殘余拉應(yīng)力 和和殘余壓應(yīng)力殘余壓應(yīng)力兩種。兩種。 4

6、.1.2 零件表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響零件表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響 1）對(duì)耐磨性能的影響）對(duì)耐磨性能的影響（1）表面粗糙度的影響）表面粗糙度的影響 零件加工后表面存在著微觀不平度，即表面粗糙度。零件加工后表面存在著微觀不平度，即表面粗糙度。 兩個(gè)零件表面相互接觸時(shí)，實(shí)際的接觸面積只是名義接觸面兩個(gè)零件表面相互接觸時(shí)，實(shí)際的接觸面積只是名義接觸面積的很小一部分。表面層越粗糙，實(shí)際接觸面積越小。積的很小一部分。表面層越粗糙，實(shí)際接觸面積越小。 當(dāng)兩個(gè)接觸表面做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，開始接觸面積小，壓強(qiáng)大。當(dāng)兩個(gè)接觸表面做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，開始接觸面積小，壓強(qiáng)大。在接觸點(diǎn)處先產(chǎn)生彈性變形、然后是塑性變形直至剪切，這

7、樣接在接觸點(diǎn)處先產(chǎn)生彈性變形、然后是塑性變形直至剪切，這樣接觸表面的凸峰會(huì)很快磨掉，磨掉的金屬微粒混在潤滑油里，會(huì)加觸表面的凸峰會(huì)很快磨掉，磨掉的金屬微粒混在潤滑油里，會(huì)加速初期的磨損，表現(xiàn)為零件的初期磨損量很大。速初期的磨損，表現(xiàn)為零件的初期磨損量很大。( 舉一例舉一例 ) 隨著磨損增加，接觸面積逐漸增加，壓強(qiáng)逐漸減少，磨損以隨著磨損增加，接觸面積逐漸增加，壓強(qiáng)逐漸減少，磨損以較慢的速度進(jìn)行，這時(shí)進(jìn)入正常磨損期。較慢的速度進(jìn)行，這時(shí)進(jìn)入正常磨損期。 正常磨損期之后，由于有效接觸面積越來越大，零件間的分正常磨損期之后，由于有效接觸面積越來越大，零件間的分子結(jié)合力增加，表面間的機(jī)械咬合作用增大，

8、潤滑油減少，使零子結(jié)合力增加，表面間的機(jī)械咬合作用增大，潤滑油減少，使零件產(chǎn)生急劇磨損，很快進(jìn)入快速磨損階段件產(chǎn)生急劇磨損，很快進(jìn)入快速磨損階段 ( 畫一圖表示畫一圖表示 )。 表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。表面粗糙度數(shù)值越小，影響很大。表面粗糙度數(shù)值越小，耐磨性越好。但粗糙度數(shù)值過小，耐磨性越好。但粗糙度數(shù)值過小，接觸面易發(fā)生粘接，潤滑油不容易接觸面易發(fā)生粘接，潤滑油不容易儲(chǔ)存，反而容易磨損。儲(chǔ)存，反而容易磨損。 因此，當(dāng)摩擦材料、接觸壓力因此，當(dāng)摩擦材料、接觸壓力大小和潤滑條件情況一定時(shí)，表面大小和潤滑條件情況一定時(shí)，表面粗糙度有一個(gè)最佳值。在最佳值附粗糙度

9、有一個(gè)最佳值。在最佳值附近，磨損量最小。因此零件設(shè)計(jì)時(shí)，近，磨損量最小。因此零件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用條件給定零件表面粗糙應(yīng)根據(jù)使用條件給定零件表面粗糙度最合適的數(shù)值。度最合適的數(shù)值。（2） 冷作硬化的影響冷作硬化的影響 零件表面產(chǎn)生冷作硬零件表面產(chǎn)生冷作硬化會(huì)使耐磨性提高?；瘯?huì)使耐磨性提高。 這是因?yàn)槔渥饔不惯@是因?yàn)槔渥饔不贡砻鎸拥娘@微組織硬度提表面層的顯微組織硬度提高，減少了塑性變形，因高，減少了塑性變形，因此可以減少磨損。此可以減少磨損。 但是冷作硬化程度太但是冷作硬化程度太高，又會(huì)使耐磨性降低。高，又會(huì)使耐磨性降低。這是因?yàn)檫^度的冷作硬化這是因?yàn)檫^度的冷作硬化會(huì)使表面層產(chǎn)生疏松，反會(huì)使

10、表面層產(chǎn)生疏松，反而使金屬產(chǎn)生容易產(chǎn)生剝而使金屬產(chǎn)生容易產(chǎn)生剝落，使耐磨性下降。落，使耐磨性下降。 2）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響）表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響（1）表面粗糙度的影響）表面粗糙度的影響 表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響很大。表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響很大。 在交變載荷下，零件表面粗糙度的凹谷部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集在交變載荷下，零件表面粗糙度的凹谷部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度的數(shù)值越小，表面缺陷層越淺，因此零件的耐疲表面粗糙度的數(shù)值越小，表面缺陷層越淺，因此零件的耐疲勞性能越好。反之，耐疲勞性能就越差。勞性能越好。反之，耐疲勞性能就越差。（2） 表面層產(chǎn)生冷

11、作硬化的影響表面層產(chǎn)生冷作硬化的影響 冷作硬化對(duì)提高零件的耐疲勞強(qiáng)度有好處冷作硬化對(duì)提高零件的耐疲勞強(qiáng)度有好處。（3）表面層殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響）表面層殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 殘余應(yīng)力包括有殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力。殘余應(yīng)力包括有殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力。 殘余壓應(yīng)力會(huì)部分地減少表面層金屬所受的外力，使疲勞強(qiáng)殘余壓應(yīng)力會(huì)部分地減少表面層金屬所受的外力，使疲勞強(qiáng)度增大。而殘余拉應(yīng)力的作用正好相反。度增大。而殘余拉應(yīng)力的作用正好相反。（不好）（不好） 疲勞強(qiáng)度還和金屬材料有關(guān)。鋼材表現(xiàn)比較明顯，而鑄鐵、疲勞強(qiáng)度還和金屬材料有關(guān)。鋼材表現(xiàn)比較明顯，而鑄鐵、有色金屬對(duì)應(yīng)力集中的敏感性就比較差。有色金

12、屬對(duì)應(yīng)力集中的敏感性就比較差。 3）表面層質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性能的影響）表面層質(zhì)量對(duì)耐腐蝕性能的影響 （1）表面粗糙度的影響）表面粗糙度的影響 表面粗糙度的數(shù)值越大，大氣中的氣體和液體對(duì)表面層接觸表面粗糙度的數(shù)值越大，大氣中的氣體和液體對(duì)表面層接觸的面積增大，腐蝕物質(zhì)容易沉淀在凹坑中，使耐腐蝕性能下降。的面積增大，腐蝕物質(zhì)容易沉淀在凹坑中，使耐腐蝕性能下降。 （2）表面層殘余應(yīng)力的影響）表面層殘余應(yīng)力的影響 表面層殘余壓應(yīng)力能夠阻止表面層裂紋的增大，有利于提表面層殘余壓應(yīng)力能夠阻止表面層裂紋的增大，有利于提高零件的耐腐蝕性能。高零件的耐腐蝕性能。 4）表面層粗糙度對(duì)零件配合性質(zhì)的影響）表面層粗糙度對(duì)

13、零件配合性質(zhì)的影響 表面層粗糙度的數(shù)值太高，會(huì)影響到配合表面的配合性質(zhì)。表面層粗糙度的數(shù)值太高，會(huì)影響到配合表面的配合性質(zhì)。對(duì)間隙配合，表面層粗糙度數(shù)值太高，會(huì)使初期磨損量增大。對(duì)間隙配合，表面層粗糙度數(shù)值太高，會(huì)使初期磨損量增大。 對(duì)過盈配合，表面粗糙度值越大，兩配合面的凸峰越容易被對(duì)過盈配合，表面粗糙度值越大，兩配合面的凸峰越容易被擠平，使實(shí)際過盈量減少，使過盈程度降低。擠平，使實(shí)際過盈量減少，使過盈程度降低。 4.2 影響加工表面粗糙度的工藝因素影響加工表面粗糙度的工藝因素 影響加工表面粗糙度的工藝因素主要有影響加工表面粗糙度的工藝因素主要有 幾何因素幾何因素和和 物理因素物理因素兩個(gè)方

14、面。加工方法不同，對(duì)表面粗糙度的影響因素也不同兩個(gè)方面。加工方法不同，對(duì)表面粗糙度的影響因素也不同。 4.2.1 切削加工表面粗糙度切削加工表面粗糙度 切削加工表面粗糙度的數(shù)值主要取決于切削殘留面積高度切削加工表面粗糙度的數(shù)值主要取決于切削殘留面積高度 H。 影響切削殘留面積高度影響切削殘留面積高度 H 的主要因素，對(duì)于刀具有：的主要因素，對(duì)于刀具有： a、刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑 r、 b b、主偏角主偏角krkr、 c c、副偏角副偏角krkr、 d d、進(jìn)給量進(jìn)給量 f 等等 當(dāng)用外圓尖刀車削工件時(shí)，當(dāng)用外圓尖刀車削工件時(shí)，殘留面積高度的計(jì)算公式為：殘留面積高度的計(jì)算公式為： H = f

15、 /（tgkrkr+ + tgkrkr ） 當(dāng)用帶有圓弧的刨刀當(dāng)用帶有圓弧的刨刀刨削工件時(shí)，殘留面積高刨削工件時(shí)，殘留面積高度的計(jì)算式為：度的計(jì)算式為： H = f 2/ 8r 從上面公式可以看出：進(jìn)給量和刀尖圓弧半徑對(duì)加工表面從上面公式可以看出：進(jìn)給量和刀尖圓弧半徑對(duì)加工表面粗糙度的影響很大。粗糙度的影響很大。進(jìn)給量進(jìn)給量f，刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r，對(duì)減少對(duì)減少表面粗糙度的數(shù)值有好處。表面粗糙度的數(shù)值有好處。 切削加工后表面粗糙度的實(shí)際數(shù)值都比純幾何因素計(jì)算出來切削加工后表面粗糙度的實(shí)際數(shù)值都比純幾何因素計(jì)算出來的數(shù)值大，這是為什么（的數(shù)值大，這是為什么（切削過程中還有塑性變形的緣故切削

16、過程中還有塑性變形的緣故）？）？ 塑性金屬材料塑性金屬材料加工加工時(shí)表面粗糙度隨切削速度的影響如圖。時(shí)表面粗糙度隨切削速度的影響如圖。 切削速度在每分種切削速度在每分種20502050米時(shí)，米時(shí)，表面粗糙度的數(shù)值最大。表面粗糙度的數(shù)值最大。 這是因?yàn)樵谶@段切削速度范這是因?yàn)樵谶@段切削速度范圍內(nèi)容易產(chǎn)生積削瘤，使加工表圍內(nèi)容易產(chǎn)生積削瘤，使加工表面粗糙度變差。面粗糙度變差。 切削速度小于切削速度小于2020米米/ /分或超過分或超過100100米米/ /分時(shí)，粗糙度數(shù)值下降。分時(shí)，粗糙度數(shù)值下降。 這是因?yàn)樵谶@兩段切削速度這是因?yàn)樵谶@兩段切削速度內(nèi)積削瘤較不易生成。內(nèi)積削瘤較不易生成。 因此，在

17、精加工時(shí)宜采用較因此，在精加工時(shí)宜采用較高的切削速度，或用寬刃高的切削速度，或用寬刃刀具刀具精精加工時(shí)采用較低的切削速度都可加工時(shí)采用較低的切削速度都可以減少表面粗糙度的數(shù)值。以減少表面粗糙度的數(shù)值。 加工脆性金屬材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度數(shù)值的影響不加工脆性金屬材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度數(shù)值的影響不大。這是因?yàn)榇嘈越饘偾邢鲿r(shí)塑性變形比較小的緣故。大。這是因?yàn)榇嘈越饘偾邢鲿r(shí)塑性變形比較小的緣故。 金相組織的晶粒金相組織的晶粒，表面粗糙度的數(shù)值，表面粗糙度的數(shù)值。粗加工后常對(duì)鋼。粗加工后常對(duì)鋼材進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，目的就是為了獲得均勻細(xì)致的晶粒組織。材進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，目的就是為了獲得均勻細(xì)致的晶粒組

18、織。 采用合適的切削液，或增大刀具前角，都可以減小切削力。采用合適的切削液，或增大刀具前角，都可以減小切削力。 提高刀具的刃磨質(zhì)量，使刀具切削表面粗糙度的數(shù)值比工件提高刀具的刃磨質(zhì)量，使刀具切削表面粗糙度的數(shù)值比工件小一級(jí)（啥意思），都可以使工件表面表面粗糙度的數(shù)值下降。小一級(jí)（啥意思），都可以使工件表面表面粗糙度的數(shù)值下降。 4.2.2 磨削加工表面粗糙度磨削加工表面粗糙度 磨削加工表面粗糙度也是由幾何因素和表面層金屬塑性變形磨削加工表面粗糙度也是由幾何因素和表面層金屬塑性變形決定的，但磨削過程比切削過程要復(fù)雜得多。決定的，但磨削過程比切削過程要復(fù)雜得多。 1）幾何因素的影響）幾何因素的影響

19、 砂輪表面是由無數(shù)細(xì)小磨粒組成，磨削表面由砂輪表面無數(shù)砂輪表面是由無數(shù)細(xì)小磨粒組成，磨削表面由砂輪表面無數(shù)磨?？虅澇?。如從幾何因素考慮：砂輪表面單位面積上的砂粒越磨?？虅澇觥Ｈ鐝膸缀我蛩乜紤]：砂輪表面單位面積上的砂粒越多，砂粒越細(xì)，等高性越好，磨削表面的粗糙度數(shù)值就越小。多，砂粒越細(xì)，等高性越好，磨削表面的粗糙度數(shù)值就越小。？（1） 磨削用量的影響磨削用量的影響 磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響從圖中可以看出：磨削用量對(duì)表面粗糙度的影響從圖中可以看出： 砂輪線速度砂輪線速度 ，工件塑性變形，工件塑性變形 ，工件表面粗糙度數(shù)值工件表面粗糙度數(shù)值 。 工件速度工件速度 ，工件塑性變形工件塑性變形 ，工件

20、表面粗糙度數(shù)值工件表面粗糙度數(shù)值 。 磨削深度磨削深度 ，工件塑性變形工件塑性變形 ，被磨表面粗糙度數(shù)值被磨表面粗糙度數(shù)值 。 砂輪縱向進(jìn)給速度砂輪縱向進(jìn)給速度 ，工件磨削表面被砂輪重復(fù)磨削的面工件磨削表面被砂輪重復(fù)磨削的面積積 ，表面粗糙度數(shù)值，表面粗糙度數(shù)值 。 （2）砂輪號(hào)數(shù)、砂輪粒度和砂輪修整質(zhì)量的影響）砂輪號(hào)數(shù)、砂輪粒度和砂輪修整質(zhì)量的影響 砂輪號(hào)數(shù)砂輪號(hào)數(shù) ，砂輪粒度砂輪粒度 ，參加磨削的磨粒參加磨削的磨粒 ，工件工件表面粗糙度的數(shù)值表面粗糙度的數(shù)值 。 修整砂輪時(shí)縱向速度修整砂輪時(shí)縱向速度 ，砂輪表面的等高性砂輪表面的等高性 ，工件磨削工件磨削表面粗糙度的數(shù)值越小。表面粗糙度的數(shù)

21、值越小。 2）表面層金屬組織塑性變形對(duì)表面粗糙度的影響）表面層金屬組織塑性變形對(duì)表面粗糙度的影響 砂輪表面的磨削線速度一般為砂輪表面的磨削線速度一般為35米米/秒，比切削速度要高得多。秒，比切削速度要高得多。磨粒多數(shù)為負(fù)前角，磨削比壓比切削大很多，磨削區(qū)溫度有時(shí)磨粒多數(shù)為負(fù)前角，磨削比壓比切削大很多，磨削區(qū)溫度有時(shí)會(huì)高達(dá)會(huì)高達(dá)900度。因此磨削未淬火鋼材時(shí)比磨削淬硬材料的塑性變度。因此磨削未淬火鋼材時(shí)比磨削淬硬材料的塑性變形大，因此未淬火鋼材表面粗糙度的數(shù)值會(huì)大很多。形大，因此未淬火鋼材表面粗糙度的數(shù)值會(huì)大很多。 3）砂輪的影響）砂輪的影響 主要是主要是粒度粒度、硬度硬度和和砂輪材料砂輪材料幾

22、個(gè)方面：幾個(gè)方面： 砂輪粒度砂輪粒度，工件表面粗糙度的數(shù)值，工件表面粗糙度的數(shù)值，但散熱性不好，但散熱性不好，砂輪表面易堵塞，工件表面易燒傷，砂輪粒度一般選砂輪表面易堵塞，工件表面易燒傷，砂輪粒度一般選 80120號(hào)號(hào)。 砂輪硬度越砂輪硬度越，磨鈍的砂粒難于從砂輪表面脫落，工件表，磨鈍的砂粒難于從砂輪表面脫落，工件表面粗糙度數(shù)值越面粗糙度數(shù)值越。硬度過。硬度過，砂輪形狀難于保持。因此宜選用中，砂輪形狀難于保持。因此宜選用中等硬度（等硬度（Z）的砂輪。）的砂輪。 砂輪材料的影響砂輪材料的影響： 氧化鋁材料砂輪宜于磨削鋼材氧化鋁材料砂輪宜于磨削鋼材； 碳化硅材料砂輪宜于磨削鑄鐵碳化硅材料砂輪宜于磨

23、削鑄鐵； 金剛石材料磨輪宜于磨削硬質(zhì)合金金剛石材料磨輪宜于磨削硬質(zhì)合金。 工件材料的性質(zhì)工件材料的性質(zhì)： 工件材料硬度不宜過高或過低工件材料硬度不宜過高或過低，一般以鋼材淬火后最好一般以鋼材淬火后最好。 在磨削時(shí)加入合適冷卻液，也有助于工件表面粗糙度的提高。在磨削時(shí)加入合適冷卻液，也有助于工件表面粗糙度的提高。 這節(jié)課介紹了以下內(nèi)容：這節(jié)課介紹了以下內(nèi)容：1表面層幾何形狀誤差和物理力學(xué)性能包括哪幾方面的內(nèi)容？表面層幾何形狀誤差和物理力學(xué)性能包括哪幾方面的內(nèi)容？2表面粗糙度對(duì)耐磨性有什么影響？為什么在一定條件下有一個(gè)最佳表面表面粗糙度對(duì)耐磨性有什么影響？為什么在一定條件下有一個(gè)最佳表面 粗糙度？

24、粗糙度？3冷作硬化對(duì)耐磨性的影響怎樣？是否冷作硬化程度越高，耐磨性越好？冷作硬化對(duì)耐磨性的影響怎樣？是否冷作硬化程度越高，耐磨性越好？ 4表面粗糙度和表面層殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是怎樣的？表面粗糙度和表面層殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是怎樣的？5為什么表面層粗糙度對(duì)零件的配合性質(zhì)有影響？為什么表面層粗糙度對(duì)零件的配合性質(zhì)有影響？6刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑 r、主偏角主偏角 krkr、副偏角副偏角 krkr和進(jìn)給量和進(jìn)給量 f 的大小對(duì)工件表的大小對(duì)工件表 面粗糙度的數(shù)值是怎樣影響的？面粗糙度的數(shù)值是怎樣影響的？7砂輪粒度和砂輪修整質(zhì)量對(duì)工件表面粗糙度的數(shù)值是怎樣影響的？砂輪粒度和砂輪修整質(zhì)量對(duì)工

25、件表面粗糙度的數(shù)值是怎樣影響的？8磨削速度、工件速度、縱向進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的數(shù)值是怎樣影響的？磨削速度、工件速度、縱向進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的數(shù)值是怎樣影響的？ 4.3 表面層金屬的物理力學(xué)性能變化表面層金屬的物理力學(xué)性能變化 工件在加工過程中，受到切削力和切削熱的作用，使工件表工件在加工過程中，受到切削力和切削熱的作用，使工件表面層的金屬物理力學(xué)性能發(fā)生變化。這種變化使工件表面層和基面層的金屬物理力學(xué)性能發(fā)生變化。這種變化使工件表面層和基體金屬組織的物理力學(xué)性質(zhì)不同。這種差異主要表現(xiàn)在：體金屬組織的物理力學(xué)性質(zhì)不同。這種差異主要表現(xiàn)在： 表面層冷作硬化表面層冷作硬化 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)

26、力金相組織變化金相組織變化 4.3.1 表面層金屬冷作硬化表面層金屬冷作硬化 1） 產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因 金屬表面層在加工過程中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，使表面層金屬的金屬表面層在加工過程中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，使表面層金屬的硬度增加，稱為冷作硬化。表面層金屬產(chǎn)生冷作硬化后會(huì)減少表硬度增加，稱為冷作硬化。表面層金屬產(chǎn)生冷作硬化后會(huì)減少表層金屬的塑性，增大金屬變形的抗力。層金屬的塑性，增大金屬變形的抗力。 金屬表面層產(chǎn)生冷作硬化，會(huì)使表層金屬處在一種不穩(wěn)定的金屬表面層產(chǎn)生冷作硬化，會(huì)使表層金屬處在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)。如果受到各種熱的作用，表層金屬的冷硬結(jié)構(gòu)就會(huì)向比較狀態(tài)。如果受到各種熱的作用，表層金屬的冷硬結(jié)構(gòu)就

27、會(huì)向比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。使金屬的塑性變形產(chǎn)生的冷硬現(xiàn)象得到恢復(fù)。穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。使金屬的塑性變形產(chǎn)生的冷硬現(xiàn)象得到恢復(fù)。 金屬表層的冷硬現(xiàn)象由表層金屬冷硬化和熱回復(fù)程度決定。金屬表層的冷硬現(xiàn)象由表層金屬冷硬化和熱回復(fù)程度決定。 評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)：評(píng)定冷作硬化的指標(biāo)有三項(xiàng)： 表面層硬化顯微硬度表面層硬化顯微硬度HV 硬化層深度；硬化層深度； 硬化程度硬化程度N N=HV-Hvo/Hvo 式中：式中：HVo為金屬內(nèi)部原來的硬度為金屬內(nèi)部原來的硬度 2）切削加工的影響因素）切削加工的影響因素（1）切削用量的影響）切削用量的影響 主要影響因素是進(jìn)給量的大小。主要影響因素是進(jìn)給量的大小。 進(jìn)給量

28、大小對(duì)冷作硬化的影響如進(jìn)給量大小對(duì)冷作硬化的影響如圖：當(dāng)進(jìn)給量大于圖：當(dāng)進(jìn)給量大于0.4mm/r，表面層表面層冷作硬化程度冷作硬化程度。這是因?yàn)椋弘S著進(jìn)。這是因?yàn)椋弘S著進(jìn)給量給量，切削力也，切削力也，冷硬程度隨之隨，冷硬程度隨之隨之之。但是當(dāng)進(jìn)給量為。但是當(dāng)進(jìn)給量為0.050.10時(shí)，時(shí)，表層層金屬的冷硬表層層金屬的冷硬。（2）刀具幾何參數(shù)的影響）刀具幾何參數(shù)的影響 主要影響因素：主要影響因素：刀具的刃口圓弧半徑刀具的刃口圓弧半徑和和刀具后刀面的磨損刀具后刀面的磨損。 刃口圓弧半徑刃口圓弧半徑，冷作硬化，冷作硬化。 這是因?yàn)槿锌趫A弧半徑這是因?yàn)槿锌趫A弧半徑，徑向切削分力也隨之，徑向切削分力也隨

29、之，表面層表面層金屬塑性變形金屬塑性變形，冷硬冷硬。 刀具后刀面磨損后刀具后刀面磨損后，后刀面和工件被加工表面的摩擦后刀面和工件被加工表面的摩擦，導(dǎo)導(dǎo)致表面冷作硬化致表面冷作硬化。但當(dāng)后刀面磨損到一定程度，摩擦熱。但當(dāng)后刀面磨損到一定程度，摩擦熱，弱，弱化程度化程度，冷硬現(xiàn)象，冷硬現(xiàn)象。 進(jìn)給量的大小對(duì)冷作硬化的影響類似一個(gè)進(jìn)給量的大小對(duì)冷作硬化的影響類似一個(gè) “澡盆曲線澡盆曲線”。 因此精加工時(shí)，進(jìn)給量不宜取得過大或過小。這是因?yàn)楫?dāng)因此精加工時(shí)，進(jìn)給量不宜取得過大或過小。這是因?yàn)楫?dāng)進(jìn)進(jìn)給量給量時(shí)，刀具圓角半徑和工件被加工表面的時(shí)，刀具圓角半徑和工件被加工表面的接觸增加接觸增加，使工，使工件的

30、件的冷硬程度冷硬程度。（3）工件材料的影響）工件材料的影響工件材料塑性工件材料塑性，冷硬現(xiàn)象冷硬現(xiàn)象。鋼中含碳量。鋼中含碳量，冷硬程度，冷硬程度。 有色金屬熔點(diǎn)有色金屬熔點(diǎn)，容易弱化，容易弱化， 冷作硬化冷作硬化（廈順鋁箔為例） 3）磨削加工的影響因素）磨削加工的影響因素主要影響因素有：主要影響因素有：工件材料、工件材料、磨削深度、磨削深度、縱向進(jìn)給速度、縱向進(jìn)給速度、工件速度、工件速度、砂輪速度，砂輪速度，砂輪粒度等。砂輪粒度等。（1）工件材料導(dǎo)熱性）工件材料導(dǎo)熱性，熱量不易集中，冷硬程度，熱量不易集中，冷硬程度。（2 2）磨削用量的影響）磨削用量的影響磨削深度磨削深度，磨削力磨削力，塑性變

31、形，塑性變形，冷硬程度，冷硬程度。 縱向進(jìn)給速度縱向進(jìn)給速度，切削厚度切削厚度，磨削力，磨削力，塑性變形，塑性變形，冷，冷硬程度硬程度。 工件速度工件速度，砂輪作用時(shí)間，砂輪作用時(shí)間，弱化作用，弱化作用，冷硬程度，冷硬程度。砂輪速度砂輪速度，切削厚度切削厚度，磨削力磨削力，變形，變形，冷硬程度，冷硬程度。砂輪粒度砂輪粒度，每粒磨粒負(fù)荷，每粒磨粒負(fù)荷，塑性變形，塑性變形 ，冷硬程度，冷硬程度。 因此要減少冷硬，應(yīng)減少磨削深度，增大工件速度。在增大因此要減少冷硬，應(yīng)減少磨削深度，增大工件速度。在增大工件速度的同時(shí)增大砂輪速度，并適當(dāng)提高砂輪的粒度等方法。工件速度的同時(shí)增大砂輪速度，并適當(dāng)提高砂輪的

32、粒度等方法。4.3.2 表面層金相組織變化表面層金相組織變化 磨削燒傷磨削燒傷 1）金相組織變化的原因）金相組織變化的原因 對(duì)于一般的切削加工，還不至于達(dá)到如此嚴(yán)重的程度。但是對(duì)于一般的切削加工，還不至于達(dá)到如此嚴(yán)重的程度。但是在磨削加工中，磨削速度高，磨削比壓大，磨去單位體積金屬所在磨削加工中，磨削速度高，磨削比壓大，磨去單位體積金屬所消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切削同樣單位體積金屬所消耗的能量。這些消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切削同樣單位體積金屬所消耗的能量。這些能量絕大部分轉(zhuǎn)變成熱量傳給工件，使工件表面的溫度升高。能量絕大部分轉(zhuǎn)變成熱量傳給工件，使工件表面的溫度升高。 零件磨削過程中，磨削區(qū)的溫度很高，一般

33、為零件磨削過程中，磨削區(qū)的溫度很高，一般為9001000以以上。當(dāng)溫度超過工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生金上。當(dāng)溫度超過工件材料金相組織變化的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生金相組織變化。相組織變化。 對(duì)于淬火零件，磨削高溫會(huì)使工件表面層的金相組織發(fā)生變對(duì)于淬火零件，磨削高溫會(huì)使工件表面層的金相組織發(fā)生變化，使表面層金屬的硬度下降，工件表面出現(xiàn)深色的氧化膜，這化，使表面層金屬的硬度下降，工件表面出現(xiàn)深色的氧化膜，這種現(xiàn)象情況稱為種現(xiàn)象情況稱為“ 磨削燒傷磨削燒傷 ”。 磨削加工是一種容易使表面產(chǎn)生金相組織變化的加工方法磨削加工是一種容易使表面產(chǎn)生金相組織變化的加工方法。 若在磨削過程中出現(xiàn)燒傷，會(huì)

34、嚴(yán)重影響到零件的使用性能。若在磨削過程中出現(xiàn)燒傷，會(huì)嚴(yán)重影響到零件的使用性能。 根據(jù)磨削條件不同，磨削淬火鋼時(shí)工件表面層的瞬時(shí)高溫將使根據(jù)磨削條件不同，磨削淬火鋼時(shí)工件表面層的瞬時(shí)高溫將使 工件表面層的金屬產(chǎn)生下面三種金相組織變化：工件表面層的金屬產(chǎn)生下面三種金相組織變化： 如果磨削溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但超過馬氏體如果磨削溫度未超過淬火鋼的相變溫度，但超過馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度。即的轉(zhuǎn)變溫度。即轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度磨削溫度磨削溫度相變溫度，相變溫度，工件表面的金工件表面的金相組織由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織。稱為回火燒傷。相組織由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織。稱為回火燒傷。 如果磨削區(qū)的溫

35、度超過淬火鋼的相變溫度，并用冷卻液快如果磨削區(qū)的溫度超過淬火鋼的相變溫度，并用冷卻液快速冷卻，即速冷卻，即磨削溫度相變溫度磨削溫度相變溫度+冷卻液急冷冷卻液急冷，表面層金相組織，表面層金相組織將出現(xiàn)二次淬火馬氏體，硬度比原來的硬度高。將出現(xiàn)二次淬火馬氏體，硬度比原來的硬度高。 但在下層卻因冷卻速度較慢而出現(xiàn)硬度比原來回火馬氏體低但在下層卻因冷卻速度較慢而出現(xiàn)硬度比原來回火馬氏體低的回火組織，稱為淬火燒傷。的回火組織，稱為淬火燒傷。 如果磨削區(qū)的溫度超過淬火鋼的相變溫度且沒有冷卻液，如果磨削區(qū)的溫度超過淬火鋼的相變溫度且沒有冷卻液， 即即 磨削溫度磨削溫度相變溫度相變溫度+沒有冷卻液沒有冷卻液，

36、表面層金相組織將出現(xiàn)退，表面層金相組織將出現(xiàn)退火組織，稱為退火燒傷?；鸾M織，稱為退火燒傷。 2） 改善磨削燒傷的工藝途徑改善磨削燒傷的工藝途徑 1）正確選擇砂輪）正確選擇砂輪 磨削導(dǎo)熱性差的材料，如不銹鋼、耐熱鋼或軸承鋼等容易引磨削導(dǎo)熱性差的材料，如不銹鋼、耐熱鋼或軸承鋼等容易引起燒傷。這時(shí)可選擇硬度起燒傷。這時(shí)可選擇硬度、粒度、粒度和組織和組織的砂輪。以減少砂的砂輪。以減少砂輪與工件之間的磨削熱，有助于減少燒傷現(xiàn)象的發(fā)生。輪與工件之間的磨削熱，有助于減少燒傷現(xiàn)象的發(fā)生。（2）磨削用量）磨削用量 磨削深度對(duì)磨削熱的影響極大，磨削深度磨削深度對(duì)磨削熱的影響極大，磨削深度ap，磨削熱磨削熱，對(duì)對(duì)減

37、少燒傷有好處。減少燒傷有好處。 工件轉(zhuǎn)速上升工件轉(zhuǎn)速上升，磨削溫度上升，磨削溫度上升。但工件與砂輪的接觸時(shí)間但工件與砂輪的接觸時(shí)間，熱量不容易傳給工件，但表面粗糙度熱量不容易傳給工件，但表面粗糙度。 為了彌補(bǔ)這一缺陷，可在為了彌補(bǔ)這一缺陷，可在工件轉(zhuǎn)速工件轉(zhuǎn)速同時(shí)使砂輪速度同時(shí)使砂輪速度，以以避免磨削燒傷。避免磨削燒傷。 3）改善冷卻條件）改善冷卻條件 工件轉(zhuǎn)速上升工件轉(zhuǎn)速上升，磨削溫度上升，磨削溫度上升。但工件與砂輪的接觸時(shí)間但工件與砂輪的接觸時(shí)間，熱量不容易傳給工件，但表面粗糙度，熱量不容易傳給工件，但表面粗糙度。 為了彌補(bǔ)這一缺陷，可在工件轉(zhuǎn)速為了彌補(bǔ)這一缺陷，可在工件轉(zhuǎn)速的同時(shí)使砂輪速

38、度的同時(shí)使砂輪速度，以，以避免磨削燒傷。避免磨削燒傷。3）改善冷卻條件）改善冷卻條件為什么不能有效地冷卻？為什么不能有效地冷卻？解決辦法有：解決辦法有： 采用專用擋板采用專用擋板 安裝在防護(hù)罩上方，使安裝在防護(hù)罩上方，使砂輪的氣流改變方向，這樣砂輪的氣流改變方向，這樣砂輪表面就可以充分冷卻。砂輪表面就可以充分冷卻。 采用鑲塊砂輪采用鑲塊砂輪 將砂輪在圓周上的整體排布變成鑲塊式的砂瓦結(jié)構(gòu)。將砂輪在圓周上的整體排布變成鑲塊式的砂瓦結(jié)構(gòu)。 4.3.3 表面層殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力 原因：原因：表面層金屬發(fā)生冷塑性變形、熱塑性變形或金相組織表面層金屬發(fā)生冷塑性變形、熱塑性變形或金相組織變化時(shí)，都會(huì)使表

39、面層金屬與其基體間產(chǎn)生相互平衡的殘余應(yīng)力。變化時(shí)，都會(huì)使表面層金屬與其基體間產(chǎn)生相互平衡的殘余應(yīng)力。 1）表面層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因）表面層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因（1）冷態(tài)塑性變形產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力）冷態(tài)塑性變形產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力 金屬從基體材料上切除時(shí)發(fā)生塑性變形，受到里層金屬的牽金屬從基體材料上切除時(shí)發(fā)生塑性變形，受到里層金屬的牽制，因此里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。制，因此里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。因此冷態(tài)塑性變形產(chǎn)生的表層殘余壓應(yīng)力有好處。因此冷態(tài)塑性變形產(chǎn)生的表層殘余壓應(yīng)力有好處。（2）熱塑性變形產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力）熱塑性變形產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力 磨削

40、時(shí)工件表面層的溫度很高，有時(shí)會(huì)達(dá)到磨削時(shí)工件表面層的溫度很高，有時(shí)會(huì)達(dá)到 8001000。 tp為金屬具有高塑性的溫度，為金屬具有高塑性的溫度，高于高于tp不會(huì)產(chǎn)生有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。不會(huì)產(chǎn)生有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。tn為室溫，為室溫，tm為金屬融化溫度。當(dāng)為金屬融化溫度。當(dāng)表層金屬溫度超過表層金屬溫度超過tp時(shí)，表層金屬時(shí)，表層金屬處在完全塑性狀態(tài)，沒有應(yīng)力產(chǎn)生。處在完全塑性狀態(tài)，沒有應(yīng)力產(chǎn)生。 金屬層金屬層2處在溫度處在溫度tp和和tn之間，之間，這層金屬受熱后產(chǎn)生膨脹，表層這層金屬受熱后產(chǎn)生膨脹，表層1對(duì)對(duì)其不產(chǎn)生阻礙作用，但表層其不產(chǎn)生阻礙作用，但表層2膨脹受膨脹受到基體到基體3阻止，所以基體阻止

41、，所以基體3受到殘余受到殘余拉應(yīng)力，金屬層拉應(yīng)力，金屬層2受到殘余壓應(yīng)力。受到殘余壓應(yīng)力。 磨削溫度下降后，當(dāng)金屬層磨削溫度下降后，當(dāng)金屬層1的溫度降低到的溫度降低到tp以下時(shí)，從完以下時(shí)，從完全塑性到不完全塑性轉(zhuǎn)變，體積開始收縮，受到金屬層全塑性到不完全塑性轉(zhuǎn)變，體積開始收縮，受到金屬層2的阻礙，的阻礙，金屬層金屬層2的殘余壓應(yīng)力進(jìn)一步增大，相應(yīng)地，金屬層的殘余壓應(yīng)力進(jìn)一步增大，相應(yīng)地，金屬層1產(chǎn)生殘余產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。溫度進(jìn)一步下降后，金屬層拉應(yīng)力。溫度進(jìn)一步下降后，金屬層1的殘余拉應(yīng)力進(jìn)一的殘余拉應(yīng)力進(jìn)一 步增大，步增大，金屬層金屬層2的殘余壓應(yīng)力擴(kuò)散到基體的殘余壓應(yīng)力擴(kuò)散到基體3中，因此

42、室溫狀態(tài)下，中，因此室溫狀態(tài)下， 表層為殘余拉應(yīng)力，表層為殘余拉應(yīng)力，里層為殘余壓應(yīng)力里層為殘余壓應(yīng)力。（3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力 不同金相組織的密度不同。如不同金相組織的密度不同。如馬氏體馬氏體= 7.75，奧光體奧光體= 7.96，鐵素體鐵素體= 7.88，珠光體珠光體= 7.787.78。密度不同，比容也不同。磨削時(shí)，。密度不同，比容也不同。磨削時(shí)，如金屬表面產(chǎn)生金相組織變化，表層金屬組織比容也將隨之發(fā)生如金屬表面產(chǎn)生金相組織變化，表層金屬組織比容也將隨之發(fā)生變化，引起與之相連的基體金屬之間產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。變化，引起與之相連的基體金屬之間產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。

43、 例例1 1：金相組織變化引起表層金屬的比容增大，：金相組織變化引起表層金屬的比容增大， 則里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。則里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 例例2 2：金相組織變化引起表層金屬的比容減小，：金相組織變化引起表層金屬的比容減小， 則里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。則里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 若：鋼材淬火時(shí)組織轉(zhuǎn)化不完全，有小部分殘余奧氏體存在，若：鋼材淬火時(shí)組織轉(zhuǎn)化不完全，有小部分殘余奧氏體存在，則轉(zhuǎn)變成馬氏體的這一部分體積膨脹受則轉(zhuǎn)變成馬氏體的這一部分體積膨脹受未轉(zhuǎn)變部分奧氏體的阻礙未轉(zhuǎn)變部分奧氏體的阻

44、礙，而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 反之，鋼在回火過程中，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體，體反之，鋼在回火過程中，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體，體積減小，如果金相組織轉(zhuǎn)化不均勻，則轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體的積減小，如果金相組織轉(zhuǎn)化不均勻，則轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體的部分體積收縮時(shí)受到未轉(zhuǎn)變的馬氏體的阻礙，使得轉(zhuǎn)變的鐵素體部分體積收縮時(shí)受到未轉(zhuǎn)變的馬氏體的阻礙，使得轉(zhuǎn)變的鐵素體和珠光體產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，未轉(zhuǎn)變的馬氏體部分產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。和珠光體產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，未轉(zhuǎn)變的馬氏體部分產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 表面強(qiáng)化工藝是指通過冷壓加工使工件表面層金

45、屬發(fā)生冷態(tài)表面強(qiáng)化工藝是指通過冷壓加工使工件表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，以降低表面粗糙度、提高表面硬度，使表面產(chǎn)生殘余塑性變形，以降低表面粗糙度、提高表面硬度，使表面產(chǎn)生殘余壓的工藝方法。常用的有噴丸強(qiáng)化和冷擠壓兩種方法。壓的工藝方法。常用的有噴丸強(qiáng)化和冷擠壓兩種方法。 反之，鋼在回火時(shí)，反之，鋼在回火時(shí)，馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體鐵素體和珠光體，體積，體積，如果金相組織轉(zhuǎn)化不均勻，則轉(zhuǎn)變?yōu)槿绻鹣嘟M織轉(zhuǎn)化不均勻，則轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體鐵素體和珠光體的部分體積的部分體積在收縮時(shí)受到未轉(zhuǎn)變的在收縮時(shí)受到未轉(zhuǎn)變的馬氏體馬氏體的阻礙，使得轉(zhuǎn)變的的阻礙，使得轉(zhuǎn)變的鐵素體和珠光鐵素體和珠光體

46、體產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，未轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，未轉(zhuǎn)變的馬氏體馬氏體部分產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。部分產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 4.4.3 表面強(qiáng)化工藝表面強(qiáng)化工藝 表面強(qiáng)化工藝是指通過冷擠壓加工使工件表面層金屬發(fā)生冷表面強(qiáng)化工藝是指通過冷擠壓加工使工件表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，在降低表面粗糙度、提高表面硬度的同時(shí)使表面產(chǎn)態(tài)塑性變形，在降低表面粗糙度、提高表面硬度的同時(shí)使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。特點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，效果明顯，應(yīng)用廣泛。生殘余壓應(yīng)力。特點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，效果明顯，應(yīng)用廣泛。 1） 噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化 利用大量高速運(yùn)動(dòng)的鋼珠打擊工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷作利用大量高速運(yùn)動(dòng)的鋼珠打擊工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷作硬化

47、層并使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高零件的使用壽命（舉硬化層并使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高零件的使用壽命（舉例）。例）。 2） 滾壓加工滾壓加工 滾壓加工是利用淬硬的滾輪或滾珠在常溫狀態(tài)下對(duì)金屬表面滾壓加工是利用淬硬的滾輪或滾珠在常溫狀態(tài)下對(duì)金屬表面進(jìn)行擠壓。使工件表面凸起部分下壓，凹下部分上擠，修正了工進(jìn)行擠壓。使工件表面凸起部分下壓，凹下部分上擠，修正了工件表面的微觀幾何形狀，還能提高表面的殘余壓應(yīng)力。件表面的微觀幾何形狀，還能提高表面的殘余壓應(yīng)力。 4.4 機(jī)械加工中的振動(dòng)機(jī)械加工中的振動(dòng) 4.4.1 機(jī)械加工中的振動(dòng)與分類機(jī)械加工中的振動(dòng)與分類 表現(xiàn)表現(xiàn)：在機(jī)械加工過程中，除了正常的切削運(yùn)

48、動(dòng)外，在刀具在機(jī)械加工過程中，除了正常的切削運(yùn)動(dòng)外，在刀具和工件之間還會(huì)產(chǎn)生一種連續(xù)地、頻率很高的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并伴隨和工件之間還會(huì)產(chǎn)生一種連續(xù)地、頻率很高的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并伴隨著刺耳的叫聲，這時(shí)我們就說加工過程中產(chǎn)生了振動(dòng)。著刺耳的叫聲，這時(shí)我們就說加工過程中產(chǎn)生了振動(dòng)。 影響結(jié)果影響結(jié)果：加工過程產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，會(huì)造成：加工過程產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，會(huì)造成： 工件加工表面產(chǎn)生振紋，破壞了工件表面加工質(zhì)量；工件加工表面產(chǎn)生振紋，破壞了工件表面加工質(zhì)量； 使刀具切削刃崩刃；使刀具切削刃崩刃； 機(jī)床性能遭到破壞；機(jī)床性能遭到破壞； 振動(dòng)產(chǎn)生的高頻噪音會(huì)危及操作工人的身體健康。振動(dòng)產(chǎn)生的高頻噪音會(huì)危及操作工人的身體

49、健康。 為了減少加工過程中的振動(dòng)，不得不減少切削用量，但這樣為了減少加工過程中的振動(dòng)，不得不減少切削用量，但這樣使生產(chǎn)效率降低。使生產(chǎn)效率降低。 這一節(jié)這一節(jié)內(nèi)容內(nèi)容學(xué)習(xí)的目的：了解加工過程振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，掌學(xué)習(xí)的目的：了解加工過程振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，掌握和控制產(chǎn)生振動(dòng)的方法。握和控制產(chǎn)生振動(dòng)的方法。 機(jī)械加工過程中的振動(dòng)主要有兩種機(jī)械加工過程中的振動(dòng)主要有兩種: 4.4.2 機(jī)械加工中的受迫振動(dòng)機(jī)械加工中的受迫振動(dòng) 1) 受迫振動(dòng)受迫振動(dòng); 2) 自激振動(dòng)。自激振動(dòng)。 受迫振動(dòng)振源：機(jī)床外部振源或內(nèi)部振源激振力，主要有：受迫振動(dòng)振源：機(jī)床外部振源或內(nèi)部振源激振力，主要有： 由地基基礎(chǔ)傳來的外部振

50、源，周圍存在外部機(jī)床的振動(dòng)；由地基基礎(chǔ)傳來的外部振源，周圍存在外部機(jī)床的振動(dòng)； 機(jī)床內(nèi)部回轉(zhuǎn)件不平衡，如砂輪、齒輪、皮帶輪、電機(jī)機(jī)床內(nèi)部回轉(zhuǎn)件不平衡，如砂輪、齒輪、皮帶輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，以及裝配時(shí)引起的質(zhì)量偏心等。質(zhì)量偏心引起離轉(zhuǎn)子不平衡，以及裝配時(shí)引起的質(zhì)量偏心等。質(zhì)量偏心引起離心力的大小為：心力的大小為：F=me2sint，可以看出：離心力和旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)可以看出：離心力和旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的周期性干擾越大。速的平方成正比，轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的周期性干擾越大。 間斷切削過程切削力的變化，如銑削、拉削和滾齒等。間斷切削過程切削力的變化，如銑削、拉削和滾齒等。 2）受迫振動(dòng)的數(shù)

51、學(xué)描述）受迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述 工藝系統(tǒng)是一個(gè)多由度系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化為單自由度系統(tǒng)來分析，工藝系統(tǒng)是一個(gè)多由度系統(tǒng)，可簡(jiǎn)化為單自由度系統(tǒng)來分析，系統(tǒng)在經(jīng)歷短暫的過渡過程后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)振動(dòng)后，其振動(dòng)方程為：系統(tǒng)在經(jīng)歷短暫的過渡過程后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)振動(dòng)后，其振動(dòng)方程為：X = Asin（t-）式中式中: A受迫振動(dòng)的振幅；受迫振動(dòng)的振幅； -受迫振動(dòng)的角速度；受迫振動(dòng)的角速度； 初相位；初相位； 其中：受迫振動(dòng)的振幅由外界激振力或內(nèi)部不平衡力的大其中：受迫振動(dòng)的振幅由外界激振力或內(nèi)部不平衡力的大小決定。受迫振動(dòng)的頻率由外部激振力的頻率或內(nèi)部不平衡部件小決定。受迫振動(dòng)的頻率由外部激振力的頻率或內(nèi)部不平衡部件旋轉(zhuǎn)的角頻

52、率決定。旋轉(zhuǎn)的角頻率決定。 3 3）受迫振動(dòng)的特征）受迫振動(dòng)的特征 強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率和外來激振力的頻率相同，可以利用頻強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率和外來激振力的頻率相同，可以利用頻率上的對(duì)應(yīng)關(guān)系來查找強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。率上的對(duì)應(yīng)關(guān)系來查找強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。 強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅不僅和干擾力的振幅有關(guān)，還和工藝系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅不僅和干擾力的振幅有關(guān)，還和工藝系統(tǒng)的固有頻率有關(guān)。固有頻率有關(guān)。 一般來說，干擾力的幅值越大，受迫振動(dòng)的幅值越大。若工一般來說，干擾力的幅值越大，受迫振動(dòng)的幅值越大。若工藝系統(tǒng)的固有頻率和干擾頻率相同，工藝系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生共振，因藝系統(tǒng)的固有頻率和干擾頻率相同，工藝系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生共振，因此可

53、以通過改變工藝系統(tǒng)的阻尼或質(zhì)量使系統(tǒng)的固有頻率偏離外此可以通過改變工藝系統(tǒng)的阻尼或質(zhì)量使系統(tǒng)的固有頻率偏離外里來激振力的頻率，使振動(dòng)減少。里來激振力的頻率，使振動(dòng)減少。4.4.3 4.4.3 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)機(jī)械加工中的自激振動(dòng) 自激振動(dòng)是在沒有外來激振力情況下，由工藝系統(tǒng)內(nèi)部切削自激振動(dòng)是在沒有外來激振力情況下，由工藝系統(tǒng)內(nèi)部切削的過程通過自激反饋產(chǎn)生的周期性的振動(dòng)，通常也稱為切削顫振。的過程通過自激反饋產(chǎn)生的周期性的振動(dòng)，通常也稱為切削顫振。1 1）自激振動(dòng)產(chǎn)生的條件和特征）自激振動(dòng)產(chǎn)生的條件和特征 發(fā)生自激振動(dòng)時(shí)，把工藝系統(tǒng)看作是由振動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生自激振動(dòng)時(shí)，把工藝系統(tǒng)看作是由

54、振動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。工件和刀具為振動(dòng)系統(tǒng)，切削過程是調(diào)節(jié)系統(tǒng)。組成的閉環(huán)系統(tǒng)。工件和刀具為振動(dòng)系統(tǒng)，切削過程是調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 由于某種原因使工件切削厚度或工件硬度發(fā)生突然變化，相由于某種原因使工件切削厚度或工件硬度發(fā)生突然變化，相應(yīng)地切削力也發(fā)生了變化，產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)切削力。這種動(dòng)態(tài)切削力應(yīng)地切削力也發(fā)生了變化，產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)切削力。這種動(dòng)態(tài)切削力在刀具和工件之間產(chǎn)生了位置變化，這種位置變化又增大了切削在刀具和工件之間產(chǎn)生了位置變化，這種位置變化又增大了切削力的變化，作用在工藝系統(tǒng)上便會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如此循力的變化，作用在工藝系統(tǒng)上便會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)下去，就會(huì)使工藝系統(tǒng)產(chǎn)

55、生維持運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)切削力，使工藝系環(huán)下去，就會(huì)使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生維持運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)切削力，使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)不斷的振動(dòng)。統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)不斷的振動(dòng)。 自激振動(dòng)具有以下特征：自激振動(dòng)具有以下特征： 自激振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)固有頻率，由本身參數(shù)決定；自激振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)固有頻率，由本身參數(shù)決定； 自激振動(dòng)由外部激振力偶然而產(chǎn)生的一種不衰減運(yùn)動(dòng)，維自激振動(dòng)由外部激振力偶然而產(chǎn)生的一種不衰減運(yùn)動(dòng)，維持振動(dòng)所需要的能量由振動(dòng)過程本身產(chǎn)生，切削過程停止，自激持振動(dòng)所需要的能量由振動(dòng)過程本身產(chǎn)生，切削過程停止，自激振動(dòng)也就停止。振動(dòng)也就停止。 自激振動(dòng)能否產(chǎn)生的條件：一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)從能源輸入到自激振動(dòng)能否產(chǎn)生的條件：一個(gè)振動(dòng)周

56、期內(nèi)從能源輸入到系統(tǒng)系統(tǒng)的能量大于消耗的能量。如果吸收的能力小于或等于消耗的的能量大于消耗的能量。如果吸收的能力小于或等于消耗的能量，自激振動(dòng)就會(huì)能量，自激振動(dòng)就會(huì)衰減而停止。衰減而停止。 2 2）自激振動(dòng)的幾種類型）自激振動(dòng)的幾種類型（1） 再生原理再生原理 在切削過程中，刀具有時(shí)或部分在已經(jīng)加工過的表面上切削，在切削過程中，刀具有時(shí)或部分在已經(jīng)加工過的表面上切削，尤其是在車床上切斷工件時(shí)，刀具將完全在前一轉(zhuǎn)切削時(shí)留下的尤其是在車床上切斷工件時(shí)，刀具將完全在前一轉(zhuǎn)切削時(shí)留下的波紋表面切削。波紋表面切削。 假定切削過程中受到假定切削過程中受到一個(gè)偶然的瞬時(shí)振動(dòng)，刀一個(gè)偶然的瞬時(shí)振動(dòng)，刀具和工件

57、發(fā)生相對(duì)振動(dòng)，具和工件發(fā)生相對(duì)振動(dòng)，會(huì)在工件上留下一條振紋，會(huì)在工件上留下一條振紋，當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，刀具要在留有振紋的表面上切要在留有振紋的表面上切削，切削厚度發(fā)生波動(dòng)，削，切削厚度發(fā)生波動(dòng)，這時(shí)便有交變的動(dòng)態(tài)切削這時(shí)便有交變的動(dòng)態(tài)切削力產(chǎn)生，如果切削過程中力產(chǎn)生，如果切削過程中各種條件是促進(jìn)振動(dòng)發(fā)生各種條件是促進(jìn)振動(dòng)發(fā)生的，這時(shí)就會(huì)發(fā)生持續(xù)不的，這時(shí)就會(huì)發(fā)生持續(xù)不斷的振動(dòng)。斷的振動(dòng)。 一般類說，本轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振紋不會(huì)和前次振紋產(chǎn)生的振紋完全一般類說，本轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振紋不會(huì)和前次振紋產(chǎn)生的振紋完全重合，在相位上會(huì)有一個(gè)重合，在相位上會(huì)有一個(gè)相位差相位差，這里的相位差這里的相位差

58、定義為本次定義為本次切削的振紋滯后于前次切削振紋的相位差。切削的振紋滯后于前次切削振紋的相位差。 a）當(dāng)當(dāng)0時(shí)時(shí),表示切表示切出時(shí)的切削厚度大于切入時(shí)出時(shí)的切削厚度大于切入時(shí)的切削厚度的切削厚度,在一個(gè)振動(dòng)周在一個(gè)振動(dòng)周期中切削力作的正功大于系期中切削力作的正功大于系統(tǒng)切入時(shí)消耗的能量統(tǒng)切入時(shí)消耗的能量,系統(tǒng)系統(tǒng)有多余的能量輸入到系統(tǒng)中有多余的能量輸入到系統(tǒng)中,加工系統(tǒng)是不穩(wěn)定的加工系統(tǒng)是不穩(wěn)定的. b b）當(dāng)當(dāng)22時(shí)時(shí), ,這表示切出時(shí)的切削厚度小于切入時(shí)的切這表示切出時(shí)的切削厚度小于切入時(shí)的切削厚度削厚度, ,在一個(gè)振動(dòng)周期中切削力作的正功小于系統(tǒng)切入時(shí)消耗在一個(gè)振動(dòng)周期中切削力作的正功小

59、于系統(tǒng)切入時(shí)消耗的能量的能量, ,振動(dòng)系統(tǒng)將消耗能量振動(dòng)系統(tǒng)將消耗能量, ,加工系統(tǒng)是穩(wěn)定的。加工系統(tǒng)是穩(wěn)定的。c c）當(dāng)當(dāng)=/2=/2時(shí)時(shí), ,系統(tǒng)最不穩(wěn)定系統(tǒng)最不穩(wěn)定, ,最易發(fā)生自激振動(dòng)。最易發(fā)生自激振動(dòng)。 為了評(píng)價(jià)上次振紋對(duì)本次振紋的影響程度，在此引進(jìn)一個(gè)重為了評(píng)價(jià)上次振紋對(duì)本次振紋的影響程度，在此引進(jìn)一個(gè)重疊系數(shù)疊系數(shù)的概念。的概念。 =bd/bD式中：式中：bd上次切削遺留的寬度；上次切削遺留的寬度； bD為本次切削的寬度。為本次切削的寬度。 切斷工件時(shí)，重疊系數(shù)切斷工件時(shí)，重疊系數(shù)為為 1，一般加工中，一般加工中，0 1 1。 反映了再生效應(yīng)的程度，反映了再生效應(yīng)的程度，越小，越

60、不容易產(chǎn)生自振動(dòng)。越小，越不容易產(chǎn)生自振動(dòng)。 （2）振型藕合自激振動(dòng)原理振型藕合自激振動(dòng)原理 當(dāng)縱向車削方牙螺紋外圓時(shí)，當(dāng)縱向車削方牙螺紋外圓時(shí)，刀具與工件并不發(fā)生重疊，若按刀具與工件并不發(fā)生重疊，若按再生自激振動(dòng)的理論來解釋，已再生自激振動(dòng)的理論來解釋，已經(jīng)排除了產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，經(jīng)排除了產(chǎn)生自激振動(dòng)的條件，但在實(shí)際加工過程中，當(dāng)切削深但在實(shí)際加工過程中，當(dāng)切削深度增加到一定程度時(shí)，仍然會(huì)產(chǎn)度增加到一定程度時(shí)，仍然會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)生自激振動(dòng). 可見除了再生顫振外還有其它的自激振動(dòng)的原因?？梢姵嗽偕澱裢膺€有其它的自激振動(dòng)的原因。 實(shí)踐證明，這種情況下產(chǎn)生的自激振動(dòng)，刀具與工件的運(yùn)動(dòng)實(shí)踐證明