機械加工質(zhì)量3-5

1、第三節(jié) 加工誤差的統(tǒng)計分析要求掌握的內(nèi)容：加工誤差的分類直方圖的繪制，判定生產(chǎn)過程是否穩(wěn)定工序能力指數(shù)的計算點圖的繪制及應(yīng)用一、加工誤差的性質(zhì)工件的加工誤差往往帶有隨機性，對于受多個隨機因素綜合作用的工藝系統(tǒng)，只有用概率統(tǒng)計的方法分析加工誤差，才能得到符合實際的結(jié)果。加工誤差的統(tǒng)計分析方法，不僅可以客觀評定工藝過程的加工精度，評定工序能力系數(shù)，而且還可以用來預(yù)測和控制工藝過程的精度。誤差的性質(zhì)系統(tǒng)誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差隨機誤差系統(tǒng)性誤差：在順序加工一批工件中，其大小和方向均不改變，或按一定規(guī)律變化的加工誤差。常值性系統(tǒng)誤差：在順序加工一批工件時，加工誤差的大小和方向皆不變，此誤差稱為常值

2、性系統(tǒng)誤差；例如原理誤差，定尺寸刀具的制造誤差等。變值性系統(tǒng)誤差：在順序加工一批工件時，按一定規(guī)律變化的加工誤差，稱為變值性系統(tǒng)誤差；例如，當(dāng)?shù)毒咛幱谡Ｄp階段車外圓時，由于車刀尺寸磨損所引起的誤差。常值性系統(tǒng)誤差與加工順序無關(guān)，變值性系統(tǒng)誤差與加工順序有關(guān)。對于常值性系統(tǒng)誤差，若能掌握其大小和方向，可以通過調(diào)整消除；對于變值性系統(tǒng)誤差，若能掌握其大小和方向隨時間變化的規(guī)律，也可通過采取自動補償措施加以消除。1、系統(tǒng)性誤差2、隨機性誤差隨機性誤差：在順序加工一批工件時，加工誤差的大小和方向都是隨機變化的，這些誤差稱為隨機性誤差。例如，由于加工余量不均勻、材料硬度不均勻等原因引起的加工誤差，工

3、件的裝夾誤差、測量誤差等均屬隨機性誤差。隨機誤差是工藝系統(tǒng)中大量隨機因素共同作用而引起的。可以通過分析隨機性誤差的統(tǒng)計規(guī)律，對工藝過程進行控制。 隨機誤差和系統(tǒng)誤差的劃分不是絕對的，二者既有區(qū)別又有聯(lián)系。同一原始誤差在不同條件下引起的可能是隨機誤差，也可能是系統(tǒng)誤差。常值性誤差：查明大小和方向，可通過相應(yīng)的調(diào)整或檢修工藝裝備或制造人為誤差來抵消常值誤差。變值性誤差：摸清其變化規(guī)律后，可以進行自動連續(xù)補償和自動周期補償。隨機誤差：無明顯規(guī)律，難以完全消除，只能查明根源，給予盡量減小。3、加工誤差的解決途徑例：常值系統(tǒng)誤差的因素有： 機床幾何誤差、調(diào)整誤差、工藝系統(tǒng)受力變形。變值系統(tǒng)誤差有： 機床

4、、刀具、夾具熱變形，刀具磨損引起的加工誤差。隨機誤差的因素有： 工件定位誤差、夾緊誤差、毛坯余量不均引起的誤差復(fù)映生產(chǎn)中的加工誤差問題生產(chǎn)中常以復(fù)雜因素出現(xiàn)加工誤差問題，這些誤差不能采用單因素分析法來衡量其因果關(guān)系，更不能從單個工件的檢查得出結(jié)論。單個工件不能暴露出誤差的性質(zhì)和變化規(guī)律，單個工件不能代表整批工件的誤差大小。 一批工件加工中，即存在變值性誤差，也存在隨機誤差，這時單個工件的誤差是不斷變化的，憑單個工件推斷整批工件誤差是不可靠的，所以采用統(tǒng)計分析法。二、加工誤差的統(tǒng)計分析1、分布圖分析法 運用數(shù)理統(tǒng)計原理和方法，根據(jù)被測質(zhì)量指標(biāo)（實測數(shù)據(jù)）的統(tǒng)計性質(zhì)，對工藝過程進行分析（計算工件的

5、誤差、劃分性質(zhì)）和控制（消除或控制誤差）。 分析方法有：分布圖法和點圖分析法。1）實際分布曲線直方圖 在一批零件的加工過程中，隨機抽取樣本，測量各零件的加工尺寸，把測得的數(shù)據(jù)記錄下來，按尺寸大小將整批工件進行分組，每一組中的零件尺寸處在一定的間隔范圍內(nèi)。同一尺寸間隔內(nèi)的零件數(shù)量稱為頻數(shù)，頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比稱為頻率。 以工件尺寸為橫坐標(biāo)，以頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)，即可作出該工序工件加工尺寸的實際分布圖直方圖。 連接直方圖中每一直方寬度的中點（組中值）得到一條折線，即實際分布曲線 。 直方圖的作法 R極差 收集數(shù)據(jù) 磨削一批軸徑 的工件，試?yán)L制工件加工尺寸的直方圖。樣本容量通常取 n = 5020

6、0，找出數(shù)據(jù)中的最大值和最小值本例：取n=100，最大值xmax=54，最小值xmin=16n2540406060100100100160160250k678101112分組數(shù)k的選取表本例：n= 100，取K = 9 確定分組數(shù) 把樣本數(shù)據(jù)按下表初選分組數(shù) k，一般每組4-5個數(shù)據(jù) 計算組距 組與組的間距 h 取計量單位的整數(shù)值 本例： 計算組中值 確定組界 第一組的上下界限其余各組的上下界限：第一組上=第二組下，第二組上=組距+本周下界限，其余類推。本例：第一組上限值第一組下限值其他組類推其余各組的中心值：本例：第一組中心值其他組類推 記錄各組數(shù)據(jù)，作出頻數(shù)表 數(shù)據(jù)統(tǒng)計各組尺寸、頻數(shù)，填入

7、表中。# 畫直方圖 計算樣本平均差和標(biāo)準(zhǔn)差 平均差標(biāo)準(zhǔn)差本例：按表列數(shù)據(jù)，以頻率為縱坐標(biāo)，組距為橫坐標(biāo)，畫出直方圖直方圖 在直方圖上作出最大極限尺寸及最小極限尺寸，并計算 和6S=53.4m，略大于公差（T=50 m),說明本工序的加工精度稍微不足；分散中心 與公差帶中心基本重合，說明機床調(diào)整誤差（常值系統(tǒng)誤差）很小。 直方圖的應(yīng)用 實際直方圖形狀與標(biāo)準(zhǔn)直方圖基本相符，加工過程穩(wěn)定 尺寸分散范圍小于公差帶，且分布中心與公差帶中心重合，兩邊都有余地，不會出現(xiàn)廢品 尺寸分散范圍小于公差帶，但分布中心與公差帶中心不重合，有超差的可能性。要調(diào)整，防止出現(xiàn)廢品 直方圖的應(yīng)用 尺寸分散范圍恰好等于公差帶，

8、稍有波動就會產(chǎn)生廢品。要采取措施減小分散范圍 尺寸分散范圍大于其公差帶，必然產(chǎn)生廢品。要采取措施減小加工誤差或選擇其他加工方法2）理論分布曲線 實踐和理論分析表明，當(dāng)用調(diào)整法加工一批總數(shù)極多的而且這些誤差因素中又都沒有任何優(yōu)勢的傾向時，其分布服從正態(tài)分布曲線(又稱高斯曲線) 。正態(tài)分布曲線方程式為：式中 Y正態(tài)分布的概率密度 X隨機變量（工件尺寸） 正態(tài)分布曲線的均值； 正態(tài)分布曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏 差（均方根偏差）。yF（z）正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+ 正態(tài)分布曲線 理論上的正態(tài)分布曲線是向兩邊無限延伸的，而在實際生產(chǎn)中產(chǎn)品的特征值（如尺寸值）卻是有限的。因此用有限的樣本平均值

9、和樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差S 作為理論均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計值。由數(shù)理統(tǒng)計原理得有限測定值的計算公式如下：yF（z）正態(tài)分布曲線( z = 0 )x(z)0z-+ 平均值 決定正態(tài)分布曲線的位置 聯(lián)系到加工誤差的兩種表現(xiàn)特性，顯而易見，隨機誤差引起尺寸分散，常值系統(tǒng)誤差決定分散帶中心位置，而變值系統(tǒng)誤差則使中心位置隨著時間按一定規(guī)律移動。xy0231xy0a）=0.5=1=2b）、 對正態(tài)分布曲線的影響 特征值 如果改變參數(shù)的值而保持不變，則分布曲線沿著X軸平移而不改變其形狀，如圖a。 標(biāo)準(zhǔn)差 決定正態(tài)分布曲線的形狀 如果使值固定不變，值變化時分布曲線形狀就變化了，如圖b。所以正態(tài)分布曲線的形狀是由標(biāo)準(zhǔn)偏差

10、來決定的，的大小完全由隨機誤差所決定。瘦高瘦高矮胖正態(tài)分布曲線的特性曲線對稱于直線X,在X處達(dá)到極大值。 正態(tài)曲線的這些特性表明被加工零件的尺寸靠近分散中心(均值)的工件占大部分，而尺寸遠(yuǎn)離分散中心的工件是極少數(shù)，而且工件尺寸大于和小于的頻率是相等的。正態(tài)分布曲線下的面積A代表了工件(樣本)的總數(shù)，即100。 其中X -=3范圍內(nèi)的面積占99.73%，因此取正態(tài)分布曲線的分布范圍為3。 3（或6）在研究加工誤差時是一個很重要的概念。6的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下所能達(dá)到的加工精度。一般情況下，應(yīng)該使所選擇的加工方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差與公差帶的寬度之間有如下關(guān)系：6T 工件的實際分布，有時并

11、不接近正態(tài)分布 xy0a）雙峰分布 雙峰分布：兩次調(diào)整下加工的工件或兩臺機床加工的工件混在一起xy0b）平頂分布xy0c）偏向分布 平頂分布：工件瞬時尺寸分布呈正態(tài)，其算術(shù)平均值近似成線性變化（如刀具和砂輪均勻磨損) 偏向分布：如工藝系統(tǒng)存在顯著的熱變形，或試切法加工孔時寧小勿大，加工外圓時寧大勿小幾種非正態(tài)分布 非正態(tài)分布平頂分布曲線不對稱分布曲線雙峰分布曲線軸孔刀具磨損刀具熱變形兩次調(diào)整加工工件混在一起尺寸分散范圍相對分布系數(shù)非正態(tài)分布（非高斯分布） 判斷加工誤差的性質(zhì) 按照加工誤差的性質(zhì)：常值系統(tǒng)誤差決定尺寸分散中心的位置；變值系統(tǒng)誤差決定尺寸分散中心位置按照時間的變化規(guī)律；隨機誤差引起

12、尺寸分散，決定尺寸分布曲線形狀。 若加工中存在若干隨機變量的影響，那么尺寸分布就服從正態(tài)分布,這是判斷加工誤差性質(zhì)的基本方法。 若分布圖的尺寸分散中心（ ）偏離公差帶分布中心，則存在常值系統(tǒng)誤差，其大小等于分布中心與公差帶中心的偏移量。而6大小即表明了隨機誤差的大小。3）正態(tài)分布曲線的應(yīng)用直方圖 在多次統(tǒng)計的 基礎(chǔ)上，按照每一種加工方法求得其標(biāo)準(zhǔn)差，按分散范圍等于6的規(guī)律，即可確定各種加工方法所能達(dá)到的加工精度。6大，則曲線平坦尺寸分布范圍大加工方法的加工精度低 確定各種加工方法所能達(dá)到的加工精度直方圖 工序能力等級：指工序能滿足加工精度要求的程度，以工藝能力系數(shù)（CP）表示。CP1.67 特

13、級，過高，可以允許有異常波動，但不一定經(jīng)濟。1.67CP 1.33 一級，足夠，可以允許一定的異常波動1.33CP1.0 二級，勉強，必須密切注意1.0CP0.67 三級，不足，會出現(xiàn)少量的不合格品CP0.67 四級，很差，必須加以改進工序能力：指工序處于穩(wěn)定、正常狀態(tài)時，該工序加工誤差正常波動的幅值。當(dāng)加工尺寸符合正態(tài)分布時，其尺寸分散范圍等于6，所以工序能力即為6。確定工序能力及其等級直方圖 分布曲線下所包含的全部面積代表一批加工零件，即100零件的實際尺寸都在這一分布范圍內(nèi)。如圖所示C點代表規(guī)定的最小極限尺寸 Amin，CD代表零件的公差帶，在曲線下面C、D兩點之間的面積代表加工零件的合

14、格率。曲線下面其余部分的面積（圖上無陰影線的部分）則為廢品率。在加工外圓時，圖上左邊無陰影線部分相當(dāng)于不可修復(fù)的廢品，右邊的無陰影線部分則為可修復(fù)的廢品；在加工內(nèi)孔時，則恰好相反。 若工件公差為，則：當(dāng)分散中心與公差帶中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是6；當(dāng)分散中心與公差帶中心重合，不產(chǎn)生廢品的條件是 6 2系統(tǒng) 。尺寸過大或過小的廢品率均由下式計算： Q廢品率0.5 A 估計合格品率或不合格品率分布曲線法未考慮零件的加工先后順序，不能反映出系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢； 4）分布曲線的缺點只有一批零件加工完后才能畫出，不能在加工進行過程中提供工藝過程是否穩(wěn)定的必要信息； 發(fā)現(xiàn)問題后，對本批零件已無

15、法補救。 在工藝過程中使用分布圖分析法是分析工藝過程精度的一種方法，其前提是加工工藝過程是穩(wěn)定的。 分析加工工藝過程是否穩(wěn)定，可以使用點圖分析法。 估計合格品率或不合格品率+XminXmax不可修復(fù)廢品可修復(fù)廢品Xmax=X2=D+esXmin=X1=D-ei計算舉例：例：加工一批外圓，尺寸公差T=0.3mm，加工完的分布曲線中已知=0.05，=+0.05。求可修復(fù)的廢品率和不可修復(fù)的廢品率。解：已知： =+0.05 0可修復(fù)的廢品率=0.5-0.4772=0.0228=2.28%不可修復(fù)的廢品率=0.5-0.499968=0.000032=0.0032%+x1x2合格品率？常值系統(tǒng)誤差？隨機

16、誤差？改進措施？# 105 檢查一批在臥式鏜床上精鏜后的活塞銷孔直徑。圖紙規(guī)定尺寸與公差為 ，抽查件數(shù)n=100，分組數(shù)k=6。測量尺寸、分組間隔、頻數(shù)和頻率見表。求實際曲線分布圖、工藝能力及合格率，分析出現(xiàn)廢品的原因并提出改進意見。 【例題 】# 10612、點圖分析法在加工過程中，按工件的加工過程，每隔一定時間抽取樣本，作出加工尺寸隨時間或加工順序變化的圖稱為點圖。用點圖來評價工藝過程穩(wěn)定性采用的是順序樣本，即樣本是由工藝系統(tǒng)在一次調(diào)整中，按順序加工的工件組成。這樣的樣本可以得到在時間上與工藝過程運行同步的有關(guān)信息，反映出加工誤差隨時間變化的趨勢。而分布圖分析法采用的是隨機樣本，不考慮加工

17、順序，而且是對加工好的一批工件有關(guān)數(shù)據(jù)處理后才能作出分布曲線。工件尺寸樣組序號a差帶T控制限樣組序號c）AABOOB工件尺寸 圖說明 以樣組序號為橫坐標(biāo)，以 和 為縱坐標(biāo)。UCL、LCL為上、下控制線。均值點圖上的點代表瞬時分散中心的位置，表明系統(tǒng)性誤差的變化趨勢。極差點圖上的點代表瞬時分散范圍，表明加工過程隨機性誤差的變化趨勢。 圖基本形式 圖是平均值 控制圖和極差 控制圖聯(lián)合使用時的統(tǒng)稱。前者控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)的分布中心，后者控制工藝過程質(zhì)量指標(biāo)的分散程度。(a)點圖：均值點圖反映了加工尺寸分布中心(系統(tǒng)誤差)的變化 (b)點圖：極差點圖反映了加工尺寸分布范圍(

18、隨機誤差)的變化 每隔一段時間，隨機順序抽取小樣本，通常每組n=2-10個樣本,組數(shù)k=25組。 計算均值 和極差R； 確定中心線 、R 和上下控制線； 定期描點。xx均值-極差點圖作法R 圖：圖： A2、D1、D2 數(shù)值見教材180頁表6-8。3）點圖分析法的應(yīng)用 工藝過程穩(wěn)定性點子正常波動工藝過程穩(wěn)定點子異常波動工藝過程不穩(wěn)定 圖R 圖UCL=19.67CL=8.900510樣組序號1520LCL=00510樣組序號1520 x 圖LCL=11.57UCL=21.89CL=16.73 穩(wěn)定性判別 圖分析 沒有點子超出控制限 大部分點子在中心線上下波動，小部分點子靠近控制限 點子變化沒有明顯

19、規(guī)律性（如上升、下降傾向，或周期性波動）同時滿足上述3條為穩(wěn)定 穩(wěn)定性判別統(tǒng)計學(xué)實質(zhì)檢驗瞬時分布（短時間小樣本）特 征值的一致性 用輔助支承提高工件剛度減少加工誤差例如細(xì)長軸的車削，如圖a利用中心架，縮短切削力作用點和支承點的距離可以提高工件的剛度近8倍。圖b采用跟刀架也可提高工件的剛度。圖c在卡盤加工中用了后頂尖支承后工件剛度顯著提高。若后頂尖用彈簧活動頂尖，還可進一步消除熱變形引起熱伸長的危害。第四節(jié) 提高加工精度的工藝措施1、減小和消除原始誤差 減小和消除原始誤差是提高加工精度的主要途徑。誤差轉(zhuǎn)移法是把原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向。轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形

20、等。2誤差轉(zhuǎn)移法把原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向3誤差分組法誤差分組就是將加工精度要求高，并且很難到達(dá)到的公差范圍擴大，然后精密測量全部零件，將零件分組，再相應(yīng)裝配起來。如因上一道工序的加工誤差過大，由于誤差復(fù)映等原因，使得本工序不能保證工序加工要求時，可以采用誤差分組的辦法，將上工序加工的工件按實測尺寸分為n組，使每組工件的誤差分散范圍縮小為原來的1/n，然后按組調(diào)整刀具與工件的相對位置，就可顯著減小上工序加工誤差對本工序加工精度的影響。組號工件內(nèi)孔尺寸mm心軸尺寸mm配合精度mm1250+0.00425.0020.002225+0.004+0.00825.0060.00232

21、5+0.008+0.01325.011+0.002-0.003心軸裝夾齒輪剃齒分組（齒輪250+0.013，心軸25.002）4、就地加工法就地加工法是全部零件按經(jīng)濟精度制造，然后裝配成部件或產(chǎn)品，且各零部件之間具有工作時要求的相對位置，最后以一個表面為基準(zhǔn)加工另一個有位置精度要求的表面，實現(xiàn)最終精加工，這就是“就地加工”法，也稱自身加工修配法。 “就地加工”的要點，就是要求保證部件間什么樣的位置關(guān)系，就在這樣的位置關(guān)系上利用一個部件裝上刀具去加工另一個部件。如：卡盤平面的垂直度，修正卡盤爪的同心度。5誤差平均法誤差均分法就是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正或者利用互為基準(zhǔn)進行加工

22、，以達(dá)到很高的加工精度。如“三板互易”、“易位法”等。如：對研，精密絲杠和螺母 研具。 互研的過程就是誤差不斷減少的過程。誤差補償法是人為地造出一種新的原始誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差，盡量使兩者大小相等、方向相反而達(dá)到使誤差抵消得盡可能徹底的目的，圖4-42車精密絲杠的螺距誤差補償裝置，結(jié)果表明，采取補償措施后，單個螺距誤差可減少89，累積螺距誤差可減少99，誤差補償效果顯著。6、誤差補償法1-工件 2-螺母 3-母絲杠 4-擺桿 5-校正尺 6-掛輪校正機構(gòu)原理圖人為地造出一種新的原始誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中存在的原始誤差# 82圖4-57 以彈性變形補償熱變形 以彈性變形補

23、償熱變形（圖4-57） 圖4-59 以熱變形補償熱變形圖4-58 龍門銑橫梁變形補償附加夾緊力 以熱變形補償熱變形（圖4-59） 以幾何誤差補償受力變形（圖4-58）7、加工過程中的積極控制 就是在加工過程中，利用測量裝置連續(xù)地測量出工件的實際尺寸或形狀及位置精度，并與基準(zhǔn)值進行比較，隨時修正刀具與工件的相對位置。第五節(jié) 機械加工表面質(zhì)量要求掌握的內(nèi)容：機械加工表面質(zhì)量包含的內(nèi)容表面質(zhì)量對機器使用性能的影響影響表面粗糙度的因素影響表層材料性能的因素提高表面質(zhì)量的措施一、機械加工表面質(zhì)量概述1、機械加工表面質(zhì)量的概念 表面質(zhì)量是指機器零件加工后表面層的狀態(tài)。 有兩部分： 加工表面的幾何形狀特征

24、加工表面層的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能的變化。1）表面粗糙度與波紋度加工表面的幾何形貌 與加工過程切削殘留 面積、切削塑性變形 和振動等有關(guān)。表面粗糙度 指加工表面的微觀幾何形狀誤差。波長與波高(L3/H3)的比值小于50。表示方法：Ra、Rz、Ry。表面波度 介于形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性形狀誤差。波長與波高(L2/H2)的比值一般為：50-1000。加工表面的幾何形貌紋理方向 指表面刀紋的方向。它取決于表面形成所采用的機械加工方法。 在加工表面上一些各別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔和裂痕等。表面缺陷加工表面的幾何形貌L/H1000稱為宏觀幾何形狀誤差，例如圓度誤差、圓柱度誤差等，它們屬

25、于加工精度范疇表面層冷作硬化（簡稱冷硬）： 零件在機械加工中表面層金屬產(chǎn)生強烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。表面層金相組織的變化： 由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。表面層殘余應(yīng)力： 由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。2）表面層材料的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能 機械加工時，由于切削力、切削熱的作用，表面層產(chǎn)生的冷作硬化、表面層金相組織的變化和表面層殘余應(yīng)力，使表面層發(fā)生物理、機械（力學(xué)）和化學(xué)性能的變化。表面層冷作硬化表面層金相組織的變化表面層殘余應(yīng)力機械加工表面質(zhì)量表面層材料的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能表面粗糙度表面波

26、度紋理方向表面缺陷表面粗糙度與波紋度（表面幾何形狀特征）1）表面質(zhì)量對耐磨性的影響 表面粗糙度對耐磨性的影響 表面粗糙度值大，接觸表面的實際壓強增大，粗糙不平的凸峰間相互咬合、擠裂，使磨損加劇，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不住潤滑油使接觸面間容易發(fā)生分子粘接，也會導(dǎo)致磨損加劇。2、表面質(zhì)量對機器零件使用性能的影響 表面冷作硬化對耐磨性的影響 機械加工后的表面，由于冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，可降低磨損。加工表面的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是過度的冷作硬化將使加工表面金屬組織變得“疏松”，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)裂紋，使磨損加劇。 表面紋理對耐磨性的影響

27、 在輕載運動副中，兩相對運動零件表面的刀紋方向均與運動方向相同時，耐磨性好；兩者的刀紋方向均與運動方向垂直時，耐磨性差，這是因為兩個摩擦面在相互運動中，切去了妨礙運動的加工痕跡。在重載時，兩相對運動零件表面的刀紋方向均與相對運動方向一致時容易發(fā)生咬合，磨損量反而大；兩相對運動零件表面的刀紋方向相互垂直，且運動方向平行于下表面的刀紋方向，磨損量較小。 圖8.3表示兩個不同零件的表面，粗糙度值相同，但輪廓形狀不同，其耐磨性相差可達(dá)34倍。試驗表明，耐磨性決定于輪廓峰頂形狀和凹谷形狀。前者決定干摩擦?xí)r的實際接觸面積，后者決定潤滑摩擦?xí)r的容油情況。圖8.4為兩摩擦表面粗糙度紋路方向?qū)α慵湍バ缘挠绊憽?/p>

28、表面粗糙度 在周期性的交變載荷作用下，零件表面微觀不平與表面的缺陷一樣都會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成和擴展疲勞裂紋而造成零件的疲勞損壞。表面層物理力學(xué)性能 零件表面存在一定的冷作硬化，可以阻礙表面疲勞裂紋的產(chǎn)生，緩和已有裂紋的擴展，有利于提高疲勞強度；但冷作硬化強度過高時，可能會產(chǎn)生較大的脆性裂紋反而降低疲勞強度。殘余應(yīng)力，壓應(yīng)力抵消交變載荷施加的拉應(yīng)力，提高疲勞強度；拉應(yīng)力使零件在交變載荷下產(chǎn)生裂紋，降低疲勞強度加工紋路方向 對疲勞強度的影響更大，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強度將顯著降低。2）表面質(zhì)量耐疲勞性的影響 表面粗糙度 零

29、件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零件表面凹處而發(fā)生化學(xué)腐蝕，或在凸峰間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起電化學(xué)腐蝕，故抗腐蝕性能越差。 表面層物理力學(xué)性能 表面冷硬和金相組織變化都會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，若有裂紋，則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。因此表面內(nèi)應(yīng)力會降低零件的抗腐蝕性能。3）表面質(zhì)量對耐腐蝕性的影響對于間隙配合，零件表面越粗糙，磨損越大，使配合間隙增大，降低配合精度；對于過盈配合，兩零件粗糙表面相配時凸峰被擠平，使有效過盈量減小，將降低過盈配合的連接強度。4）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響表面質(zhì)量對零件使用性能的影響 對耐磨性影響 Ra（m）重載荷輕載荷

30、圖4-3 表面粗糙度與初始磨損量表面粗糙度值 耐疲勞性 適當(dāng)硬化可提高耐疲勞性表面粗糙度值耐蝕性 表面壓應(yīng)力：有利于提高耐蝕性表面粗糙度值 配合質(zhì)量表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度（圖4-3） 對耐疲勞性影響 對耐蝕性影響 對配合質(zhì)量影響 紋理形式與方向：圓弧狀、凹坑狀較好 適當(dāng)硬化可提高耐磨性1）刀具切削加工中影響表面粗糙度的因素 刀具幾何形狀刀具相對于工件作進給運動時，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映。切削加工后表面粗糙度的值主要取決于切削殘留面積的高度。其理論上的最大粗糙度Rmax可由刀具形狀、進給量f，按幾何關(guān)系求得。 1、影響表面粗糙度的因素產(chǎn)生表面粗糙度的

31、原因：幾何因素：切削刃和工件相對運動軌跡所形成的表面粗糙度。物理因素：與被加工材料性質(zhì)及切削機理有關(guān)的因素。二、影響機械加工表面質(zhì)量的因素 直線刃車刀：刀尖圓弧半徑=0 圓弧刃車刀：刀尖圓弧半徑0 刀尖圓弧半徑 r、主偏角r、副偏角r 、進給量 f車削時殘留面積的高度frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf減小f 、 、 及增大 ，均可減小殘留面積的高度H值。 v = 1525m/min范圍，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，表面粗糙度最差 。 切削45鋼時切削速度與粗糙度關(guān)系100120v（m/min）0204060801404812162024281.52.02.53.0 0200400600hKs R

32、z 切削用量切削速度的影響 加工塑性材料時，切削速度對表面粗糙度的影響隨切削速度的變化而變化（對積屑瘤和鱗刺的影響）；切削用量對表面粗糙度的影響 切削速度的影響 切削速度越高，塑性變形越不充分，表面粗糙度值越??；選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度；切削速度對脆性材料的影響不大。進給量的影響 減小進給量f固然可以減小表面粗糙度值，但進給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢，效率降低。背吃刀量的影響 背吃刀量ap過小出現(xiàn)擠壓、打滑等現(xiàn)象表面粗糙度值增大刀具的前角r0切削時的塑性變形程度 Ra值 ； 刀具的后角0刀具后刀面與被加工表面的摩擦 Ra值 刀具幾何參數(shù) 刀具材料影響：在相同切

33、削條件下，硬質(zhì)合金刀具加工所得的粗糙度值小于高速鋼刀具加工所得的粗糙度值。 工藝系統(tǒng)振動 低頻振動表面波度；高頻振動表面粗糙度。合理選擇潤滑液和提高刀具刃磨質(zhì)量減小切削時的塑性變形和抑制積屑瘤、鱗刺的生成，也是減小表面粗糙度值的有效措施。 切削液 工件材料 韌性 表面粗糙度 工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。脆性表面粗糙度 加工脆性材料時，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點，使表面粗糙。塑性表面粗糙度 工件材料塑性越好，塑性變形越大，易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，加工表面粗糙。同一材料金相組織越粗大 表面粗糙度 對中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，常在粗加工

34、或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。如：低碳鋼工件，加工后的表面粗糙度值高于中碳鋼工件。如：低碳鋼正火處理后，細(xì)化晶粒，硬度提高，塑性降低，有利于減小刀具的粘結(jié)磨損，減小積屑瘤，改善工件表面粗糙度2）磨削加工中影響表面粗糙度的因素 磨削中影響粗糙度的幾何因素 幾何因素和塑性變形兩方面影響工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過的磨粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。磨削時切削力大速度高溫度高，且磨粒大多數(shù)是負(fù)前角，切削刃又不銳利，大多數(shù)磨粒在磨削過程中只是對被加工表面擠壓，沒有切削作用。加工表面在多次擠壓下出現(xiàn)溝槽與隆起，又由于磨削時的高溫

35、更加劇了塑性變形，故表面粗糙度值增大。磨削中影響粗糙度的物理因素（通常是決定因素） 影響磨削表面粗糙度的因素 磨削用量 砂輪速度v，Ra 工件速度vw，Ra 砂輪縱向進給f，Ra 磨削深度ap，Ra 光磨次數(shù)，Ra磨削用量對表面粗糙度的影響vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）光磨次數(shù)-Ra關(guān)系Ra(m)0

36、1020300.020.040.06光磨次數(shù)粗粒度砂輪(WA60KV)細(xì)粒度砂輪(WA/GCW14KB) 砂輪及其修整 砂輪粒度，Ra;但要適量(4660) 砂輪硬度適中， Ra ；常取中軟 砂輪組織適中，Ra ；常取中等組織 砂輪材料：與工件材料相適應(yīng)（如氧化鋁適于磨鋼，碳化物(硅硼)適于磨鑄鐵，金剛石砂輪適于磨陶瓷材料等） 工件材料 冷卻潤滑液等 其他影響因素采用超硬砂輪材料，Ra 但成本高； 砂輪精細(xì)修整， f Ra 太硬易使磨粒磨鈍 Ra 太軟容易堵塞砂輪Ra 韌性太大，熱導(dǎo)率差會使磨粒早期崩落Ra 。2、影響表面物理力學(xué)性能的因素機械加工時，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強烈的塑

37、性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化，又稱加工硬化和強化。冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。1）影響表面層冷作硬化的因素冷作硬化 力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大； 變形速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越??； 變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復(fù)程度。 影響切削加工表面冷作硬化的因素 f切削力塑變冷硬 切削用量影響 刀具影響 r塑變冷硬 其他幾何參數(shù)影響不明顯 后刀面磨損影響顯著（綜合作用）00.20.40.60.81.0磨損寬度VB(mm)1001

38、80260340硬度(HV)50鋼，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)后刀面磨損對冷硬影響 工件材料 材料塑性，冷硬傾向 切削速度影響復(fù)雜（力與熱綜合作用結(jié)果） 切削深度影響不大f 和 v 對冷硬的影響硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：45影響磨削加工表面冷作硬化因素 磨削用量 砂輪 工件材料 磨削速度 塑變 溫度 冷硬程度（弱化作用加強） 工件轉(zhuǎn)速溫度 冷硬程度 （弱化作用減弱） 縱向進給量影響復(fù)雜（綜合作用） 磨削深度磨削

39、力塑變冷硬程度 砂輪粒度冷硬程度 砂輪硬度、組織影響不顯著 材料塑性塑變 冷硬傾向 材料導(dǎo)熱性溫度 冷硬傾向磨削深度對冷硬的影響ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削2）影響加工表面殘余應(yīng)力的因素 表面層殘余應(yīng)力 機械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，在表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性力。這種應(yīng)力即為表面層的殘余應(yīng)力。 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 冷態(tài)塑性變形 機械加工時，工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 熱態(tài)塑性變形機械加工

40、時，切削或磨削熱使工件表面局部溫升過高，引起高溫塑性變形。表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力； 金相組織變化切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面的相變。比容大的組織比容小的組織體積收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力，反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。因加工溫度而引起殘余應(yīng)力的示意圖加工時工件溫度分布加工時工件應(yīng)力分布開始冷卻工件應(yīng)力分布最后冷卻工件應(yīng)力分布表面金屬殘余應(yīng)力 實際機械加工后的表面層殘余應(yīng)力及其分布，是上述三方面因素綜合作用的結(jié)果，在一定條件下，其中某一或二種因素可能起主導(dǎo)作用。切削時切削熱不多（一般切削加工）時則以冷態(tài)塑性變形為主，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。若切削熱多則以熱態(tài)塑性變形為主，表面層常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。

41、 磨削時表面層殘余應(yīng)力歲磨削條件不同而不同：輕磨削條件產(chǎn)生淺而小的殘余壓應(yīng)力，因為此時沒有金相組織變化，溫度影響也很小，主要是塑性變形的影響在起作用。中等磨削條件產(chǎn)生淺而大的拉應(yīng)力。淬火鋼重磨削條件則產(chǎn)生深而大的拉應(yīng)力（最外表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應(yīng)力），這里顯然是由于熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響在起主導(dǎo)作用的緣故。3）影響加工表面金屬組織變化的因素 磨削加工時切削力大（功率消耗其它切削方法），切削速度高（通常40-50m/s，高達(dá)80-200m/s） ，磨削區(qū)溫度高（短時間內(nèi)可上升到4001000C，甚至更高）。 這樣大的加熱速度，促使加工表面局部形成瞬時熱聚集現(xiàn)象，有很高溫升和很大的溫度梯度，出現(xiàn)