第二章、加工精度分析與制造質(zhì)量

1、加工精度分析與制造質(zhì)量加工精度分析與制造質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)監(jiān)控技術(shù)重點、難點：重點、難點：n加工精度的概念n獲得規(guī)定加工精度的方法n影響機械加工精度的工藝因素n加工誤差的統(tǒng)計分析n表面質(zhì)量對儀器使用性能的影響n影響表面質(zhì)量的工藝因素n切削加工過程的振動2.1 基本概念基本概念n 加工精度：加工精度：是指零件加工后的實際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。n 加工誤差：加工誤差：指零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度。 n 尺寸精度：尺寸精度：指加工后零件的實際尺寸與零件尺寸的公差帶中心的符合程度；n 形狀精度：形狀精度：指加工后零件的實際幾何形狀與理想幾何形狀的相符合程度；n理想的幾何形狀

2、：絕對平面、絕對圓柱面、絕對圓錐面、絕對漸開面、絕對螺旋面等。n學(xué)過的形狀公差：直線度（一）、平面度（ ）、圓度（）、圓柱度（ ）、線輪廓度（ ）、面輪廓度（ ）。n 位置精度：位置精度：指加工后零件有關(guān)表面之間的實際位置與理想位置的相符合程度。n理想位置：絕對的平行、絕對的垂直、絕對同軸和絕對角度。n學(xué)過的位置公差：平行度（）、垂直度（）、傾斜度（）、同軸度（）、對稱度（ ）、位置度（ ）、圓跳動（ ）、全跳動（ ）。2.1.2 獲得規(guī)定加工精度的方法獲得規(guī)定加工精度的方法(2013.4.1)n 獲得尺寸精度的方法獲得尺寸精度的方法n 試切法：試切法： n定尺寸刀具法定尺寸刀具法 n 調(diào)整法

3、調(diào)整法 n 數(shù)控加工法數(shù)控加工法 n 試切法試切法：通過試切測量調(diào)整再試切的反復(fù)過程來獲得尺寸精度的方法。 其加工精度取決于測量精度和進刀機構(gòu)精度。 試切法可能達到很高的精度，但它費時效率低，且依賴技工水平。 試切法適用于單件、小批生產(chǎn)。定尺寸刀具法定尺寸刀具法 n用具有一定形狀和尺寸的刀具加工，使加工表面得到要求的形狀和尺寸。n加工精度取決于刀具本身的尺寸精度、磨損和刀具安裝，適用于各種類型的生產(chǎn)。n例如：鉆孔、鉸孔、拉孔、鏜孔和攻絲等。n加工精度比較穩(wěn)定，幾乎與工人技術(shù)水平無關(guān)，生產(chǎn)率較高。 調(diào)整法調(diào)整法 n用擇件或首件試切，預(yù)先調(diào)整好機床、夾具、刀具和工件的相對位置和相互運動關(guān)系，再進行

4、加工。n加工精度取決于調(diào)整精度，適用于成批或大量生產(chǎn)。n在應(yīng)用調(diào)整法加工過程中，應(yīng)根據(jù)刀具或砂輪的磨損規(guī)律，對機床作定期補充調(diào)整，以避免工件尺寸超差。 數(shù)控加工法數(shù)控加工法 n采用數(shù)字控制法加工零件時，只要將刀具用對刀裝置安裝在一定的位置上，依靠軟件輸入的信息，通過計算機和數(shù)字控制裝置，就能使數(shù)控機床保證刀具和工件間按預(yù)定的相對運動軌跡運動，獲得所要求的加工尺寸。n適用于各種加工類型的零件加工。 獲得形狀精度的主要方法獲得形狀精度的主要方法n 成形運動法成形運動法 n 非成形運動法非成形運動法 成形運動法成形運動法 n以刀具的刀尖作為一點，相對工件作有規(guī)律的切削運動，從而使零件表面獲得所要求形

5、狀的加工方法。n在生產(chǎn)中，為了提高效率，常用刀具整個刃口來代替刀尖。將成形運動法大致分為以下三類： ni) 軌跡法軌跡法 nii) 成形法成形法 niii) 展成法（范成法）展成法（范成法） i) 軌跡法軌跡法 n讓刀具相對于工件作有規(guī)律的運動，以其刀尖軌跡獲得所要求的表面幾何形狀。n 下圖所示為車圓錐面。加工精度動畫軌跡法.swfii) 成形法成形法 n用成型刀取代普通刀，成型刀的切削刃就是工件外形。n下圖所示為用成形法車球面。n這種方法可以簡化機床，提高生產(chǎn)率。精度取決于成形運動的精度，取決于刀刃的形狀精度。加工精度動畫成型法.swfiii) 展成法（范成法）展成法（范成法） n利用工件和

6、刀具作展成切削運動進行加工的方法稱為展成法。n展成法所得被加工表面是切削刃和工件作展成運動過程中所形成的包絡(luò)面，切削刃形狀必須是被加工面的共軛曲線。它所獲得的精度取決于切削刃的形狀和展成運動的精度等。n這種方法用于各種齒輪齒廓、花鍵鍵齒、蝸輪輪齒的加工，其特點是刀刃的形狀與所需表面幾何形狀不同。n例如齒輪加工，刀刃為直線（滾刀、齒條刀），而加工表面為漸開線。n展成法形成的漸開線是滾刀與工件按嚴格速比轉(zhuǎn)動，刀刃的一系列切削位置的包絡(luò)線。加工精度動畫范成法.swf 非成形運動法非成形運動法 n定義：通過對加工表面形狀的檢測，由工人對其進行相應(yīng)的修整加工，以獲得所要求的形狀精度。n盡管非成形運動法是

7、獲得零件表面形狀精度的最原始方法，效率相對比較低，但當零件形狀精度要求很高（超過現(xiàn)有機床設(shè)備所能提供的成形運動精度）時，常采用此方法。n例如，0級平板的加工，就是通過三塊平板配刮方法來保證其平面度要求的。n零件表面形狀精度是靠加工過程中對加工表面的積極檢驗和工人熟練操作技術(shù)獲得的。n到目前為止，對某些復(fù)雜的成形表面和形狀精度要求很高的表面仍采用非成形運動法。3. 獲得位置精度的方法獲得位置精度的方法n 一次安裝法 n 多次安裝法 一次安裝法 n有位置精度要求的零件各有關(guān)表面是在工件同一次安裝中完成并保證的。n例如，軸類零件外圓與端面的垂直度、箱體孔系中各孔之間的平行度、垂直度，同一軸線上各孔的

8、同軸度。 多次安裝法 n零件有關(guān)表面間的位置精度是由加工表面與工件定位基準面之間的位置精度決定的。n例如，軸類零件上鍵槽對外表面的對稱度，箱體平面與平面之間的平行度、垂直度等。i) 直接安裝法n工件直接安裝在機床上，從而保證加工表面與定位基準面之間的位置精度。n例如，在車床上加工與外圓同軸的內(nèi)孔，可用三爪卡盤直接安裝工件，如圖所示。n找正安裝法可分為直接找正安裝和劃線找正安裝兩種。n (a)直接找正 (b) 劃線找正直接找正n直接找正安裝是用劃針和百分表或通過目測直接在機床上找正工件位置的裝夾方法。上圖（a）所示是用四爪單動卡盤裝夾套筒，先用百分表按工件外圓A進行找正后，再夾緊工件進行外圓B的

9、車削，以保證套筒的A、B圓柱面的同軸度。劃線找正n劃線找正安裝是用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃的線為基準找正它在機床上正確位置的一種安裝方法。n如上圖（b）所示的車床床身毛坯，為保證床身各加工面和非加工面的位置 尺寸及各加工面的余量，可先在鉗工臺上劃好線，然后在龍門刨床工作臺上用可調(diào)支承支起床身毛坯，用劃針按線找正并夾緊，再對床身底平面進行粗刨。niii) 夾具安裝法：通過夾具保證加工表面與定位基準面之間的位置精度，即用夾具上的定位元件使工件獲得正確位置的一種方法。n這種方法定位迅速、方便，定位精度高、穩(wěn)定。但專用夾具的制造周期長、費用高，故廣泛用于成批、大量生產(chǎn)中。第二節(jié)第二節(jié) 影響機械加工精

10、度的工藝因素影響機械加工精度的工藝因素一、方法誤差一、方法誤差n方法誤差：亦即理論誤差，是指采用了近似的加工方法進行加工而產(chǎn)生的誤差。n近似的加工方法包括：近似的刀具輪廓，近似的成形運動，近似的傳動方式。 n2. 以齒輪滾刀加工齒輪為例，分析出這種方法同時存在兩種誤差。n圖1-2-1 滾切漸開線齒形n 用阿基米德基本蝸桿或法向齒廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿而產(chǎn)生的方法誤差。n 如圖1-2-1所示，由于滾刀的切削刃是直線，切出的齒形并非是一條連續(xù)的漸開線，而是由折線組成的近似漸開線齒形。3. 存在方法誤差的必要性n采用近似的加工原理，在保證一定加工精度的前提下，可以大大簡化加工工藝過程，簡化機床

11、、刀具等工裝結(jié)構(gòu)，降低制造費用，由于簡化了機床結(jié)構(gòu)，減少了運動環(huán)節(jié)及其誤差。二、機床誤差二、機床誤差n 主軸回轉(zhuǎn)誤差n機床誤差包括 機床導(dǎo)軌誤差n 機床傳動鏈誤差 機床主軸回轉(zhuǎn)誤差機床主軸回轉(zhuǎn)誤差n軸向竄動誤差： 主軸實際回轉(zhuǎn)軸線的位置作純軸向偏移；n徑向跳動誤差： 主軸實際回轉(zhuǎn)軸線作純徑向偏移與由主軸軸線角擺動所引起的徑向偏移之和。n1. 主軸使用滑動軸承時的結(jié)構(gòu)中，影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素是主軸軸頸或軸承內(nèi)徑的圓度誤差以及它們之間的配合情況。n 徑向跳動的影響ni) 工件回轉(zhuǎn)類機床（如車床、磨床）上，主軸軸頸的圓度誤差對主軸徑向跳動影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對主軸徑向跳動影響較小，如

12、圖1-2-2所示。n因為在這種情形下，切削力（或磨削力）的方向基本不變，主軸在切削力的作用下，主軸頸以不同的部位和軸承內(nèi)徑的某一固定部位相接觸，故而主軸軸頸的圓度誤差對主軸徑向跳動影響較大，而軸承內(nèi)徑的圓度誤差對主軸徑向跳動影響較小。nii) 刀具回轉(zhuǎn)類機床（如鏜床）上，軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向跳動影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大，如圖1-2-3所示n因為在此情形下，切削力方向隨著主軸回轉(zhuǎn)而變化，主軸頸在切削力作用下總是以某一固定部位與軸承內(nèi)表面的不同部位接觸，故而軸承內(nèi)表面的圓度誤差對主軸徑向跳動影響較大，而主軸頸圓度誤差的影響則不大。 軸向竄動的影響n主軸的軸向竄動主要是由主軸

13、軸頸的軸向承載面和主軸箱體孔軸承承載面的精度所引起；并且決定于軸承承載端面和主軸軸頸的軸向承載面這兩者中精度較高的一個，只要兩者中有一個精度非常高，則主軸的軸向竄動就可以非常小。如圖1-2-4所示。n圖1-2-4 主軸軸頸與軸承的配合情況n2. 當機床主軸是使用滾動軸承結(jié)構(gòu)時，主軸回轉(zhuǎn)精度不但取決于滾動軸承本身的精度，而且在很大程度上和配合件的精度有關(guān)。n 對徑向跳動的影響n因素很多，主要由外圈與箱體孔的配合情況，內(nèi)圈與主軸軸頸的配合情況，內(nèi)外圈滾道的圓度、外圈滾道對外圓的同軸度，內(nèi)圈滾道對內(nèi)孔的同軸度，以及滾動體的形狀精度和尺寸一致性等。ni) 內(nèi)外圈滾道的圓度誤差和滾道相對于軸承內(nèi)孔的偏心

14、引起的徑向跳動最大。n對工件回轉(zhuǎn)類機床，內(nèi)圈滾道的精度影響較大；對刀具回轉(zhuǎn)類機床，外圈滾道的精度影響較大。nii) 內(nèi)外圈滾道的波紋度對主軸產(chǎn)生高頻的徑向跳動，如圖1-2-5所示niii) 滾動體的形狀精度和尺寸一致性也會造成主軸的徑向跳動，如圖1-2-6所示。圖1-2-5 滾動軸承滾道波紋 圖1-2-6 滾動軸承的滾動體對回轉(zhuǎn)精度的影響 尺寸差對回轉(zhuǎn)精度的影響雙轉(zhuǎn)跳動雙轉(zhuǎn)跳動 n保持架轉(zhuǎn)速約為內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速的1/2，即每當主軸回轉(zhuǎn)兩周，主軸軸線就徑向跳動一次，所謂的雙轉(zhuǎn)跳動。 n 對軸向竄動的影響：決定于兩個滾道的精度和滾動體的精度（如圖1-2-7）n圖1-2-7 滾動體的形狀誤差和尺寸不一致對軸

15、向竄動的影響ni) 兩個滾道與軸線的垂直度對主軸軸向竄動的影響與滑動軸承相似n主軸的軸向竄動決定于兩者中精度較高的一個，如果其中的一個滾道精度非常高，則主軸的軸向竄動量將很小。nii) 滾動體的形狀誤差和尺寸一致性會影響主軸的軸向竄動，其中形狀誤差會造成軸向間隙的變化，尺寸的不一致會造成少數(shù)滾動體承載，剛度降低而易于變形。n3. 在裝配前、后軸承時，不正確的裝配方法會引起較大的徑向跳動。n在下圖1-2-8中：n圖1-2-8 不同裝配方法引起的不同精度效果nL前后軸承跨距na主軸前支承至測量界面距離nea主軸前支承的跳動量neb主軸后支承的跳動量n由圖1-2-8（a）可得：aLeLeebcbaL

16、aeLaebac)1 (n由圖1-2-8（b）可得：aLaeecbcaLaeLaebac)1 (0c欲使 條件為： LaeLaeba)1 (LaeLaeba)1 (n由此式可知，為了減小主軸的徑向跳動誤差，裝配時應(yīng)保證：n 前后軸承的最大跳動量ea、eb應(yīng)在同一軸向截面內(nèi)，且應(yīng)在同一軸側(cè)；n ea1.33，這時加工精度足夠工件公差要求，且適宜用“精度圖法”和“點圖法”來控制加工精度。n 1.00Cp1.33，工藝系統(tǒng)的加工精度能夠滿足公差要求，適宜用“點圖法”控制加工精度，但當Cp接近于1.00時，要特別注意。n Cp1.00，表示廢品在所難免，可用“分布曲線法”分析廢品率，合理調(diào)整機床使不可

17、修復(fù)廢品率控制在一定的百分比之內(nèi)，必要應(yīng)采取工藝措施，或換用較精密的加工方法，以提高工序的加工精度，使6，來保證加工的精度要求。第四節(jié)第四節(jié) 機械加工的表面質(zhì)量機械加工的表面質(zhì)量機械加工表面質(zhì)量 一 零件的表面質(zhì)量及其對使用 性能的影響 二 影響機械加工表面粗糙度的因素 三 影響表面物理力學(xué)性能的工藝因素 四 磨削的表面質(zhì)量 五 控制表面質(zhì)量的工藝途徑一、零件的表面質(zhì)量及其對使用性能的影響 概述概述n表面質(zhì)量是指零件加工后的表面層狀表面質(zhì)量是指零件加工后的表面層狀態(tài)態(tài)n表面質(zhì)量影響零件的工作性能、可靠表面質(zhì)量影響零件的工作性能、可靠性、壽命性、壽命表面質(zhì)量的主要內(nèi)容：K 表面層的幾何形狀特征n

18、表面粗糙度：即表面微觀幾何形狀誤差表面粗糙度：即表面微觀幾何形狀誤差n表面幾何形狀：即表面宏觀不平度表面幾何形狀：即表面宏觀不平度n波度：介于宏觀幾何誤差與表面粗糙度之波度：介于宏觀幾何誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差間的周期性幾何形狀誤差 表面層的物理力學(xué)性能的變化v 物理力學(xué)性能：n表面層塑性變形引起的冷作硬化層深度；表面層塑性變形引起的冷作硬化層深度；表面層硬度的變化；表面層內(nèi)的殘余應(yīng)力；表面層硬度的變化；表面層內(nèi)的殘余應(yīng)力；刀瘤引起的撕裂、折皺等；微觀及宏觀裂刀瘤引起的撕裂、折皺等；微觀及宏觀裂紋；性能紋；性能（如極限強度等）的變化；重熔的變化；重熔金屬的沉積層金屬的沉積層v金

19、相組織： 相變；再結(jié)晶；過時效相變；再結(jié)晶；過時效。v化學(xué)性質(zhì)：n晶間腐蝕和選擇性浸蝕；表面脆化晶間腐蝕和選擇性浸蝕；表面脆化（氫脆） 2表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響n兩零件作相對運動時，接觸的凸峰處產(chǎn)生兩零件作相對運動時，接觸的凸峰處產(chǎn)生彈性變形、塑性變形、剪切等現(xiàn)象，即產(chǎn)彈性變形、塑性變形、剪切等現(xiàn)象，即產(chǎn)生磨損；磨損達到一定程度，接觸面積增生磨損；磨損達到一定程度，接觸面積增大，金屬分子間的親和力使表面咬焊；表大，金屬分子間的親和力使表面咬焊；表面輪廓形狀、加工紋路以及吸附層、冷作面輪廓形狀、加工紋路以及吸附層、冷作硬化層等也影響耐磨

20、硬化層等也影響耐磨。n零件表面層材料的冷作硬化，能提高表零件表面層材料的冷作硬化，能提高表面層的硬度，增強表面層的接觸剛度，面層的硬度，增強表面層的接觸剛度，減少摩擦表面間發(fā)生彈性和塑性變形的減少摩擦表面間發(fā)生彈性和塑性變形的可能性，使金屬之間咬合的現(xiàn)象減少，可能性，使金屬之間咬合的現(xiàn)象減少，因而增強耐磨性。但硬化過度會降低金因而增強耐磨性。但硬化過度會降低金屬組織的穩(wěn)定性，使表層金屬脆化而脫屬組織的穩(wěn)定性，使表層金屬脆化而脫落，致使磨損加劇落，致使磨損加劇。表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響n表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷引起應(yīng)表面粗糙度、劃痕、裂紋等缺陷引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞損壞；表面層的殘余力集

21、中而產(chǎn)生疲勞損壞；表面層的殘余應(yīng)力和冷作硬化能提高疲勞強度（故有應(yīng)力和冷作硬化能提高疲勞強度（故有專門的表面強化工藝：噴丸、滾壓）；專門的表面強化工藝：噴丸、滾壓）；但硬化過度會降低金屬組織的穩(wěn)定性，但硬化過度會降低金屬組織的穩(wěn)定性，使表層金屬脆化而脫落或產(chǎn)生裂紋，致使表層金屬脆化而脫落或產(chǎn)生裂紋，致使磨損加劇。使磨損加劇。表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響n零件表面粗糙的凹谷處容易積聚腐蝕零件表面粗糙的凹谷處容易積聚腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕；性介質(zhì)而發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕；在應(yīng)力狀態(tài)下，特別是在拉應(yīng)力狀態(tài)在應(yīng)力狀態(tài)下，特別是在拉應(yīng)力狀態(tài)下工作，容易出現(xiàn)裂紋，引起晶間破下工作，容易出

22、現(xiàn)裂紋，引起晶間破壞，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。壞，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。表面質(zhì)量影響零件的配合性質(zhì)n相配零件的配合關(guān)系是利用間隙量和相配零件的配合關(guān)系是利用間隙量和過盈量來表示的，由于表面粗糙度的過盈量來表示的，由于表面粗糙度的存在，使得有效的間隙或過盈量發(fā)生存在，使得有效的間隙或過盈量發(fā)生變化，影響配合精度和配合性質(zhì)；動變化，影響配合精度和配合性質(zhì)；動配合件的磨損改變原來的配合性質(zhì)，配合件的磨損改變原來的配合性質(zhì)，影響動配合的穩(wěn)定性；粗糙的靜配合影響動配合的穩(wěn)定性；粗糙的靜配合的實際過盈量比預(yù)定的小，靜配合的的實際過盈量比預(yù)定的小，靜配合的可靠性差可靠性差。表面質(zhì)量對零件其他性能的影響n零件的表面質(zhì)量還將對零

23、件的密封性零件的表面質(zhì)量還將對零件的密封性能、零件的接觸剛度、運動的靈活性能、零件的接觸剛度、運動的靈活性和發(fā)熱損失、原有精度等產(chǎn)生影響和發(fā)熱損失、原有精度等產(chǎn)生影響。 3影響表面質(zhì)量的因素影響表面質(zhì)量的因素n機械加工表面不可能是理想光滑表機械加工表面不可能是理想光滑表面面n表面層材料加工時會產(chǎn)生物理、化表面層材料加工時會產(chǎn)生物理、化學(xué)變化學(xué)變化n切削力、切削熱使表層產(chǎn)生各種變切削力、切削熱使表層產(chǎn)生各種變化化n外界介質(zhì)的腐蝕等等外界介質(zhì)的腐蝕等等二、影響機械加工表面粗糙度的因素 (1)影響切削加工表面粗糙度的因素影響切削加工表面粗糙度的因素幾何因素n尖刀切削時：尖刀切削時：n帶圓角半徑的刀切

24、削時：帶圓角半徑的刀切削時：) (rrkctgctgkfH028rfH K 影響表面粗糙度的幾何因素有：n刀具的幾何形狀和幾何角度刀具的幾何形狀和幾何角度n進給量進給量n刀刃本身的粗糙度刀刃本身的粗糙度物理因素n切削力和摩擦力切削力和摩擦力n塑性變形過程中形成的積屑瘤塑性變形過程中形成的積屑瘤n切削過程中工件表面上形成鱗刺切削過程中工件表面上形成鱗刺工藝系統(tǒng)的動態(tài)因素振動n機械振動分為自由振動、強迫振動、機械振動分為自由振動、強迫振動、自激振動三大類，金屬切削過程中，自激振動三大類，金屬切削過程中，主要是強迫振動和自激振動兩種類型主要是強迫振動和自激振動兩種類型n振動主要是產(chǎn)生波度、粗糙度而影

25、響振動主要是產(chǎn)生波度、粗糙度而影響零件表面質(zhì)量零件表面質(zhì)量 (2)降低表面粗糙度的工藝措施降低表面粗糙度的工藝措施合理選擇刀具的幾何角度n適當增大前角、后角適當增大前角、后角n增大刀尖圓弧半徑增大刀尖圓弧半徑n減小主、副偏角減小主、副偏角改善材料切削性能n減小材料塑性減小材料塑性（采取正火、調(diào)質(zhì)等方法）n細化材料晶粒（熱處理）細化材料晶粒（熱處理）合理選擇切削用量n合理選擇切削速度，避開積屑瘤、鱗刺合理選擇切削速度，避開積屑瘤、鱗刺產(chǎn)生的切削速度區(qū)產(chǎn)生的切削速度區(qū)n減少進給量減少進給量n切削深度不宜過小切削深度不宜過小正確使用切削液n乳化液、硫化油、植物油等性能各有不乳化液、硫化油、植物油等性

26、能各有不同，應(yīng)合理選用同，應(yīng)合理選用采用輔助加工方法n常用的有：研磨、珩磨、超精加工等常用的有：研磨、珩磨、超精加工等提高工藝系統(tǒng)的精度和剛度n主運動和進給運動系統(tǒng)的精度要高主運動和進給運動系統(tǒng)的精度要高n系統(tǒng)的剛度和抗振性好系統(tǒng)的剛度和抗振性好n受力變形和熱變形要小受力變形和熱變形要小三、影響表面物理力學(xué)性能的工藝因素 1表面層的殘余應(yīng)力表面層的殘余應(yīng)力表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生n當切削過程中表面層組織發(fā)生形狀變化當切削過程中表面層組織發(fā)生形狀變化和組織變化時，在表面層及其與基體材和組織變化時，在表面層及其與基體材料的交界處就會產(chǎn)生互相平衡的彈性應(yīng)料的交界處就會產(chǎn)生互相平衡的彈性應(yīng)力，稱為表面殘余

27、應(yīng)力力，稱為表面殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力分類：n零件整個尺寸范圍內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力零件整個尺寸范圍內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力n晶粒范圍內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力晶粒范圍內(nèi)平衡的殘余應(yīng)力n晶胞間平衡的殘余應(yīng)力晶胞間平衡的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因n冷塑性變形冷塑性變形（切削力的作用）n熱塑性變形熱塑性變形（切削熱的作用）n金相組織變化金相組織變化（切削高溫作用下，引起表面層金屬發(fā)生相變）v通常是上述三種原因綜合作用的結(jié)果通常是上述三種原因綜合作用的結(jié)果 2表面層的加工硬化表面層的加工硬化表面冷作硬化現(xiàn)象n切削（含磨削）過程中，刀具前面迫使切削（含磨削）過程中，刀具前面迫使金屬受到擠壓而產(chǎn)生塑性變形，使晶體金屬受到擠壓而產(chǎn)生塑

28、性變形，使晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并使間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并使晶粒拉長、破碎和纖維化，引起材料強晶粒拉長、破碎和纖維化，引起材料強化、硬度提高，這就是冷作硬化現(xiàn)象化、硬度提高，這就是冷作硬化現(xiàn)象表面層硬化后的金屬性質(zhì)的具體特點為：n晶體形狀改變（拉長、破碎）晶體形狀改變（拉長、破碎）n晶體方向改變（塑性變形后形成一定方向，晶體方向改變（塑性變形后形成一定方向，纖維化）纖維化）n變形抵抗力增加（產(chǎn)生冷作硬化）變形抵抗力增加（產(chǎn)生冷作硬化）n導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、導(dǎo)熱性亦有變化導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、導(dǎo)熱性亦有變化n表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力決定表面層硬化程度的因素n產(chǎn)生塑性變形的

29、力產(chǎn)生塑性變形的力n塑性變形的速度塑性變形的速度n塑性變形時的溫度塑性變形時的溫度影響加工冷作硬化的因素n切削用量切削用量（主要是切削速度、進給量。切（主要是切削速度、進給量。切削速度的影響：低速時，塑性變形大，冷削速度的影響：低速時，塑性變形大，冷硬大；速度增加，冷硬減少；但速度超過硬大；速度增加，冷硬減少；但速度超過100m/min時，冷硬又增加。進給量增大，時，冷硬又增加。進給量增大，塑性變形增大，冷硬增加；進給量太小，塑性變形增大，冷硬增加；進給量太小，刀具擠壓作用增大，冷硬增加。）刀具擠壓作用增大，冷硬增加。）n刀具刀具（刀具的刃口圓角大和后刀面的磨（刀具的刃口圓角大和后刀面的磨損嚴

30、重以及前刀面的粗糙度高，都將使損嚴重以及前刀面的粗糙度高，都將使得刀具對工件表面層金屬的擠壓和摩擦得刀具對工件表面層金屬的擠壓和摩擦作用增加，因而冷硬程度和深度都增作用增加，因而冷硬程度和深度都增加。）加。）n工件材料的影響工件材料的影響（工件材料硬度越低，（工件材料硬度越低，切削時塑性變形越大，冷硬現(xiàn)象越嚴切削時塑性變形越大，冷硬現(xiàn)象越嚴重。）重。）四、磨削的表面質(zhì)量 1磨削加工的特點磨削加工的特點n磨削精度高，通常作為終加工工序磨削精度高，通常作為終加工工序n磨削過程比切削復(fù)雜，一般滑擦、刻劃、磨削過程比切削復(fù)雜，一般滑擦、刻劃、切削作用是同時進行的切削作用是同時進行的n磨削速度高，通常磨

31、削速度高，通常v砂砂=4050m/s，目前甚，目前甚至高達至高達v砂砂=80200m/sn磨削溫度高，磨削點附近的瞬時溫度可高磨削溫度高，磨削點附近的瞬時溫度可高達達8001000，會引起燒傷和裂紋，會引起燒傷和裂紋n徑向切削力大，會引起機床發(fā)生振動和彈徑向切削力大，會引起機床發(fā)生振動和彈性變形性變形 2影響磨削加工表面粗糙度的因素影響磨削加工表面粗糙度的因素砂輪的線速度：砂輪線速度越高，粗糙砂輪線速度越高，粗糙度越低度越低工件的線速度：工件線速度越低，粗糙工件線速度越低，粗糙度越低度越低縱向進給量：縱向進給量增加，粗糙度縱向進給量增加，粗糙度增大增大光磨次數(shù)：光磨次數(shù)越多，粗糙度越低光磨次數(shù)

32、越多，粗糙度越低砂輪性質(zhì)對粗糙度影響：n砂輪的粒度砂輪的粒度n砂輪的硬度砂輪的硬度n砂輪的修整砂輪的修整工件材料的影響：工件材料太軟、太硬、工件材料太軟、太硬、太韌都不容易降低粗糙度太韌都不容易降低粗糙度 3磨削表面層的殘余應(yīng)力磨削表面層的殘余應(yīng)力磨削裂磨削裂紋問題紋問題磨削過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生n磨削加工比切削加工的表面殘余應(yīng)力更磨削加工比切削加工的表面殘余應(yīng)力更為復(fù)雜：一方面，磨粒切削刃為負前角，為復(fù)雜：一方面，磨粒切削刃為負前角，法向切削力一般為切向切削力的法向切削力一般為切向切削力的23倍倍（切削加工時只有（切削加工時只有0.5倍）磨粒對加工倍）磨粒對加工表面作用，引起冷塑性變形，產(chǎn)生壓

33、應(yīng)表面作用，引起冷塑性變形，產(chǎn)生壓應(yīng)力；另一方面，磨削溫度高，易引起熱力；另一方面，磨削溫度高，易引起熱塑性變形，表面出現(xiàn)拉應(yīng)力塑性變形，表面出現(xiàn)拉應(yīng)力n磨削時，殘余應(yīng)力可能超過材料的強度磨削時，殘余應(yīng)力可能超過材料的強度極限，零件會產(chǎn)生裂紋，有的在外表層，極限，零件會產(chǎn)生裂紋，有的在外表層，有的在內(nèi)層下；裂紋方向常與磨削方向有的在內(nèi)層下；裂紋方向常與磨削方向垂直，或呈網(wǎng)狀；裂紋常與燒傷同現(xiàn)垂直，或呈網(wǎng)狀；裂紋常與燒傷同現(xiàn)磨削裂紋產(chǎn)生的原因n磨削用量：磨削深度和縱向走刀量大，則磨削用量：磨削深度和縱向走刀量大，則塑性變形大，切削溫度高，拉應(yīng)力過大，塑性變形大，切削溫度高，拉應(yīng)力過大，可能產(chǎn)生裂

34、紋可能產(chǎn)生裂紋n工件材料：含碳量高者易裂紋工件材料：含碳量高者易裂紋n熱處理工序：與淬火方式、速度及操作方熱處理工序：與淬火方式、速度及操作方法有關(guān)法有關(guān)消除和減少磨削裂紋的措施n合理選材合理選材n正確制訂熱處理工藝正確制訂熱處理工藝n逐漸減小切除量逐漸減小切除量n改善散熱條件，加強冷卻效果，設(shè)法降低改善散熱條件，加強冷卻效果，設(shè)法降低切削熱切削熱n合理選擇砂輪合理選擇砂輪 4磨削表面層金相組織變化磨削表面層金相組織變化磨削燒磨削燒傷問題傷問題磨削過程中的燒傷問題n磨削過程中，由于磨削溫度很高，而且磨削過程中，由于磨削溫度很高，而且磨削熱有磨削熱有6080%傳給工件，當磨削溫度傳給工件，當磨削

35、溫度超過相變臨界點時，則會引起工件表面超過相變臨界點時，則會引起工件表面的金相組織發(fā)生變化，此時表面層的顯的金相組織發(fā)生變化，此時表面層的顯微硬度也相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為微硬度也相應(yīng)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷磨削燒傷磨削燒傷的類型：K磨削淬火鋼時，會產(chǎn)生如下三種金相組織磨削淬火鋼時，會產(chǎn)生如下三種金相組織變化變化n退火燒傷：磨削溫度超過相變溫度退火燒傷：磨削溫度超過相變溫度Ac3，未予冷卻時未予冷卻時n淬火燒傷：磨削溫度超過相變溫度淬火燒傷：磨削溫度超過相變溫度Ac3，充分冷卻時充分冷卻時n回火燒傷：磨削溫度低于相變溫度回火燒傷：磨削溫度低于相變溫度Ac3，但超過但超過350時時 三種燒傷以退火燒傷最為嚴重磨削后，表面常出現(xiàn)黃、褐、紫、青磨削后，表面常出現(xiàn)黃、褐、紫、青等燒傷色，這是工件在瞬時高溫下產(chǎn)等燒傷色，這是工件在瞬時高溫下產(chǎn)生的氧化膜顏色，相當于回火時的顏生的氧化膜顏色，相當于回火時的顏色色影響燒