機械加工表面質(zhì)量加工培訓(xùn)教材

1、1 第五章 機械加工表面質(zhì)量25.1加工表面面質(zhì)量及及其對使使用性能能的影響響5.2影響加工工表面粗粗糙度的的工藝因因素及其其改善措措施5.3影響表層層金屬力力學(xué)物理理性能的的工藝因因素及其其改善措措施5.4機械加工工中的振振動本章內(nèi)容容3零件的機機械加工工質(zhì)量不不僅指加加工精度度，而且且包括加加工表面面質(zhì)量。機械加工工后的零零件表面面實際上上不是理理想的光光滑表面面，它存存在著不不同程度度的表面面粗糙度度、冷硬硬、裂紋紋等表面面缺陷。雖然只只有極薄薄的一層層（幾微微米幾十微米米），但但都錯綜綜復(fù)雜地地影響著著機械零零件的精精度、耐耐磨性、配合精精度、抗抗腐蝕性性和疲勞勞強度等等，從而而影響產(chǎn)

2、產(chǎn)品的使使用性能能和壽命命，因此此必須加加以足夠夠的重視視。第5章 機械械加工表表面質(zhì)量量4一、加工工表面質(zhì)質(zhì)量的概概念加工表面面質(zhì)量（或表面面完整性性）包含含的內(nèi)容容：已加工表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面層材質(zhì)變化表面幾何學(xué)表面層冷作硬化表面層殘余應(yīng)力表面層金相組織的變化紋理方向表面缺陷(傷痕)5.1加工表面面質(zhì)量及及其對使使用性能能的影響響微觀幾何何輪廓宏觀幾何何輪廓51.表面粗糙糙度對耐耐磨性的的影響表面粗糙糙度太大大和太小小都不耐耐磨表面粗糙糙度太大大，接觸觸表面的的實際壓壓強增大大，粗糙糙不平的的凸峰相相互咬合合、擠裂裂、切斷斷，故磨磨損加劇??；表面粗糙糙度太小小，也會會導(dǎo)致磨磨損加

3、劇劇。因為為表面太太光滑，存不住住潤滑油油，接觸觸面間不不易形成成油膜，容易發(fā)發(fā)生分子子粘結(jié)而而加劇磨磨損。（一）表表面質(zhì)量量對零件件耐磨性性的影響響二、加工工表面質(zhì)質(zhì)量對機機器零件件使用性性能的影影響6圖3-4表面粗糙糙度與初初期磨損損量的關(guān)關(guān)系表面粗糙糙度的最最佳值與與機器零零件的工工作情況況有關(guān)，載荷加加大時，磨損曲曲線向上上、向右右移動，最佳表表面粗糙糙度值也也隨之右右移。72.表面紋理理對耐磨磨性的影影響表面紋理理的形狀狀及刀紋紋方向?qū)δ湍バ孕缘挠绊戫懀y理理形狀及及刀紋方方向影響響有效接接觸面積積與潤滑滑液的存存留。83.冷作硬化化對耐磨磨性的影影響加工表面面的冷作作硬化，一般能

4、能提高零零件的耐耐磨性。因為它它使磨擦擦副表面面層金屬屬的顯微微硬度提提高，塑塑性降低低，減少少了摩擦擦副接觸觸部分的的彈性變變形和塑塑性變形形。并非冷作作硬化程程度越高高，耐磨磨性就越越高。這這是因為為過分的的冷作硬硬化，將將引起金金屬組織織過度“疏松”，在相相對運動動中可能能會產(chǎn)生生金屬剝剝落，在在接觸面面間形成成小顆粒粒，使零零件加速速磨損。圖3-59（二）表表面質(zhì)量量對零件件疲勞強強度的影影響1.表面粗糙糙度對疲疲勞強度度的影響響表面粗糙糙度越大大，抗疲疲勞破壞壞的能力力越差。對承受交交變載荷荷零件的的疲勞強強度影響響很大。在交變變載荷作作用下，表面粗粗糙度的的凹谷部部位容易易引起應(yīng)應(yīng)

5、力集中中，產(chǎn)生生疲勞裂裂紋。表面粗糙糙度值越越小，表表面缺陷陷越少，工件耐耐疲勞性性越好；反之，加工表表面越粗粗糙，表表面的紋紋痕越深深，紋底底半徑越越小，其其抗疲勞勞破壞的的能力越越差。材料對應(yīng)應(yīng)力集中中敏感程程度。鋼鋼，鑄鐵鐵、非鐵鐵金屬102.表面層金金屬的力力學(xué)物理理性質(zhì)對對耐疲勞勞性的影影響適度的表表面層冷冷作硬化化能提高高零件的的疲勞強強度殘余應(yīng)力力有拉應(yīng)應(yīng)力和壓壓應(yīng)力之之分，殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力容易易使已加加工表面面產(chǎn)生裂裂紋并使使其擴展展而降低低疲勞強強度。殘余壓應(yīng)應(yīng)力則能能夠部分分地抵消消工作載載荷施加加的拉應(yīng)應(yīng)力，延延緩疲勞勞裂紋的的擴展，從而提提高零件件的疲勞勞強度。11（三）

6、表表面質(zhì)量量對耐蝕蝕性的影響1.表面粗糙糙度對耐耐腐蝕性性的影響響零件表面面越粗糙糙，越容容易積聚聚腐蝕性性物質(zhì)，凹谷越越深，滲滲透與腐腐蝕作用用越強烈烈。減小小零件表表面粗糙糙度，可可以提高高零件的的耐腐蝕蝕性能。2.表面金屬屬的力學(xué)學(xué)物理性性質(zhì)對耐耐腐蝕性性能的影影響零件表面面殘余壓壓應(yīng)力使使零件表表面緊密密，腐蝕蝕性物質(zhì)質(zhì)不易進(jìn)進(jìn)入，可可增強零零件的耐耐腐蝕性性，而表表面殘余余拉應(yīng)力力則降低低零件耐耐腐蝕性性。表面質(zhì)量量對零件件使用性性能還有有其它方方面的影影響：如減小表表面粗糙糙度可提提高零件件的接觸觸剛度、密封性性和測量量精度；對滑動動零件，可降低低其摩擦擦系數(shù)，從而減減少發(fā)熱熱和功

7、率率損失。12（四）表表面質(zhì)量量對零件件配合質(zhì)質(zhì)量的影影響（1）表面粗粗糙度對對零件配配合精度度的影響響表面粗糙糙度較大大，則降降低了配配合精度度。對間隙配配合、對對過盈配配合影響響。（2）表面殘殘余應(yīng)力力對零件件工作精精度的影影響表面層有有較大的的殘余應(yīng)應(yīng)力，就就會影響響它們精精度的穩(wěn)穩(wěn)定性。13加工表面面質(zhì)量對對零件使使用性能能的影響響零件表面面質(zhì)量粗糙度太太大、太太小都不不耐磨適度冷硬硬能提高高耐磨性性對疲勞強強度的影影響對耐磨性性影響對耐腐蝕蝕性能的的影響對配合質(zhì)質(zhì)量的影影響粗糙度越越大，疲疲勞強度度越差適度冷硬硬、殘余余壓應(yīng)力力能提高高疲勞強強度粗糙度越越大、工工作精度度降低殘余應(yīng)力

8、力越大，工作精精度降低低粗糙度越越大，耐耐腐蝕性性越差壓應(yīng)力提提高耐腐腐蝕性，拉應(yīng)力力反之則則降低耐耐腐蝕性性14機械加工工中，表表面粗糙糙度形成成的原因因大致可可歸納為為幾何因因素和物物理力學(xué)學(xué)因素兩兩個方面面。一、切削削加工表表面粗糙糙度1.幾何因素素刀尖圓弧弧半徑r主偏角kr、副偏角角kr進(jìn)給量f5.2影響加工工表面粗粗糙度的的工藝因因素及其其改善措措施15殘留面積高度度的計算算：當(dāng)?shù)都鈭A圓弧半徑徑r=0時，殘留留面積高高度H為殘留面積積高度的的計算：當(dāng)?shù)都鈭A圓弧半徑徑r0時，殘留留面積高高度H為減小進(jìn)給給量f、減小主主偏角kr和副偏角角kr、增大刀刀尖圓弧弧半徑r，都能減減小理論論殘留

9、面面積的高高度H，也就減減小了零零件的表表面粗糙糙度162.非幾何因因素（1）工件材材料的影影響韌性材料料：工件件材料韌韌性愈好好，金屬屬塑性變變形愈大大，加工工表面愈愈粗糙。故對中碳碳鋼和低低碳鋼材材料的工工件，為為改善切切削性能能，減小小表面粗粗糙度，常在粗粗加工或或精加工工前安排排正火或或調(diào)質(zhì)處處理。脆性材料料：加工工脆性材材料時，其切削削呈碎粒粒狀，由由于切屑屑的崩碎碎而在加加工表面面留下許許多麻點點，使表表面粗糙糙。17（2）切削速速度的影影響加工塑性性材料時時，切削削速度對對表面粗粗糙度的的影響（對積屑瘤和和鱗刺的影響）。加工工脆性材材料，切切削速度度影響不不大。此外，切切削速度度

10、越高，塑性變變形越不不充分，表面粗粗糙度值值越小選擇低速速寬刀精精切和高高速精切切，可以以得到較較小的表表面粗糙糙度。（4）其它因因素的影影響此外，合合理使用用冷卻潤滑滑液，適當(dāng)增大刀具具的前角角，提高刀具的刃刃磨質(zhì)量等，均能有有效地減減小表面面粗糙度度值。振動（3）進(jìn)給量量的影響響減小進(jìn)給給量f固然可以以減小表表面粗糙糙度值，但進(jìn)給量過過小，表表面粗糙糙度會有有增大的的趨勢。18影響切削削加工表表面粗糙糙度的因因素刀具幾何何形狀刀具材料料、刃磨磨質(zhì)量切削用量量工件材料料殘留面積 Ra前角 Ra后角摩擦Ra刃傾角會影響實際工作前角 v Raf Raap對Ra影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面

11、材料塑性 Ra同樣材料晶粒組織大 Ra，常用正火、調(diào)質(zhì)處理刀具材料強度 Ra刃磨質(zhì)量 Ra冷卻、潤滑 Ra影響加工工表面粗粗糙度的的因素19外圓磨削削二、磨削削加工表表面粗糙糙度磨削用量量：砂輪轉(zhuǎn)速速、工件件轉(zhuǎn)速、軸向進(jìn)進(jìn)給量（f）、砂輪輪縱向進(jìn)進(jìn)給量（ap）砂輪的六六因素：磨料，粒度，結(jié)合劑劑，硬度度，組織織，形狀狀尺寸20（一）幾幾何因素素的影響響工件的磨磨削表面面是由砂砂輪上大大量磨粒粒刻劃出出無數(shù)極極細(xì)的刻刻痕形成成的，工工件單位位面積上上通過的的砂粒數(shù)數(shù)越多，則刻痕痕越多，刻痕的的等高性性越好，表面粗粗糙度值值越小。砂輪轉(zhuǎn)速速越高，單位時時間內(nèi)通通過被磨磨表面的的磨粒數(shù)數(shù)越多，表面粗

12、粗糙度值值就越小小。工件轉(zhuǎn)速速對表面面粗糙度度值的影影響剛好好與砂輪輪轉(zhuǎn)速的的影響相相反。工件轉(zhuǎn)速速增大，通過加加工表面面的磨粒粒數(shù)減少少，因此此表面粗粗糙度值值增大。砂輪縱向向進(jìn)給量量小于砂砂輪的寬寬度時，工件表表面將被被重疊切切削，而而被磨次次數(shù)越多多，工件件表面粗粗糙度值值就越小小。1.磨削用量量對表面面粗糙度度值的影影響213.砂輪修整整砂輪修整整除了使使砂輪具具有正確確的幾何何形狀外外，更重重要的是是使砂輪輪工作表表面形成成排列整整齊而又又銳利的的微刃。因此，砂輪修修整的質(zhì)質(zhì)量對磨磨削表面面的粗糙糙度影響響很大。磨粒在砂砂輪上的的分布越越均勻、磨粒越越細(xì)，刃刃口的等等高性越越好。則則

13、砂輪單單位面積積上參加加磨削的的磨粒越越多，磨磨削表面面上的刻刻痕就越越細(xì)密均均勻，表表面粗糙糙度值就就越小。2.砂輪粒度度22（二）物物理因素素的影響響-表面層金金屬的塑塑性變形形磨削速度度比一般般切削速速度高得得多，且且磨粒大大多數(shù)是是負(fù)前角角，切削削刃又不不銳利，大多數(shù)數(shù)磨粒在在磨削過過程中只只是對被被加工表表面擠壓壓，沒有有切削作作用。加加工表面面在多次次擠壓下下出現(xiàn)溝溝槽與隆隆起，又又由于磨磨削時的的高溫更更加劇了了塑性變變形，故故表面粗粗糙度值值增大。1.磨削用量量砂輪的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速材料塑性性變形表面粗糙糙度值；磨削深度度工件速度度塑性變形形表面粗糙糙度值；為提高磨磨削效率率，通常常在開

14、始始磨削時時采用較較大的徑徑向進(jìn)給給量，而而在磨削削后期采采用較小小的徑向向進(jìn)給量量或無進(jìn)進(jìn)給量磨磨削，以以減小表表面粗糙糙度值。232.砂輪的選選擇砂輪粒度度。磨粒粒太細(xì)，砂輪易易被磨屑屑堵塞，使表面面粗糙度度值增大大，若導(dǎo)導(dǎo)熱情況況不好，還會燒燒傷工件件表面。砂輪硬度度。太硬，磨粒脫落落,表面粗糙糙度增大大；太軟軟，磨粒粒脫落,使表面粗粗糙度值值增大。硬度合合適、自自勵性好好Ra砂輪組織織。緊密密組織在在精密磨磨獲得高高精度和和較小的的表面粗粗糙度值值；疏松松組織不不易堵塞塞。砂輪材料料。氧化物（剛玉）砂輪磨磨鋼類零零件；碳碳化物（碳化硅硅、碳化化硼）砂砂輪磨鑄鑄鐵、硬硬質(zhì)合金金等；高高硬

15、材料料（人造造金剛石石、立方方氮化硼硼）砂輪輪可獲極極小表面面粗糙度度值，成成本高。磨削液。24影響磨削削加工表表面粗糙糙度的因因素粒度Ra 金剛石筆鋒利，修正導(dǎo)程、徑向進(jìn)給量 Ra磨粒等高性Ra硬度鈍化磨粒脫落 Ra硬度磨粒脫落Ra硬度合適、自勵性好Ra太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差 Ra砂輪粒度度工件材料料性質(zhì)砂輪修正正磨削用量量砂輪硬度度砂輪V Raap、工件V 塑變 Ra粗磨ap生產(chǎn)率精磨ap Ra(ap=0光磨) 影響磨削削加工表表面粗糙糙度的因因素25三、表面面粗糙度度和表面面微觀形形貌的測測量比較法觸針法表面微觀觀形貌26影響表面面層物理理力學(xué)性性能的主主要因素素表面物理理力學(xué)性性能

16、影響金相組織變化因素影響顯微硬度因素影響殘余應(yīng)力因素塑變引起的冷硬金相組織變化引起的硬度變化冷塑性變形熱塑性變形金相組織變化切削熱5.3影響表層層金屬力力學(xué)物理理性能的的工藝因因素及其其改善措措施27一、加工工 表面面層的冷冷作硬化化（一）表表面層加加工硬化化的產(chǎn)生生定義：機機械加工工時，工工件表面面層金屬屬受到切切削力的的作用產(chǎn)產(chǎn)生強烈烈的塑性性變形，使晶格格扭曲，晶粒間間產(chǎn)生剪剪切滑移移，晶粒粒被拉長長、纖維維化甚至至碎化，從而使使表面層層的強度度和硬度度增加，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為加工硬硬化，又又稱冷作作硬化和和強化。28衡量表面面層加工工硬化程程度的指指標(biāo)有下列三三項：1）表面層層的顯微微硬

17、度HV；2）硬化層層深度h；3）硬化程程度NN=(HV-HV0)/HV0100（3-3）式中HV0工件原表表面層的的顯微硬硬度。29（二）影影響切削削加工表表面冷作作硬化的的因素(2)刀具幾何何形狀的的影響切削刃 r、前角、后面磨損量VB 表層金屬的塑變加劇冷硬(1)切削用量量的影響響 切削速度v塑變冷硬 f切削力塑變冷硬工件材料料性能的的影響 材料塑性冷硬30（三）影影響磨削削加工表表面冷作作硬化的的因素1.工件材料料性能的的影響 材料塑性 、導(dǎo)熱性 冷硬2.磨削用量量的影響響背吃刀量磨削力、塑變冷硬縱向進(jìn)給速度磨削力 冷硬工件轉(zhuǎn)速弱化冷硬 磨削速度塑變、弱化 冷硬3.砂輪粒度度的影響響砂輪

18、粒度 每顆磨粒載荷冷硬（四）冷冷作硬化化程度的的測量方方法31切削加工工中，由由于切削削熱的作作用，在在工件的的加工區(qū)區(qū)及其鄰鄰近區(qū)域域產(chǎn)生了了一定的的溫升。磨削加工工時，表表面層有有很高的的溫度，當(dāng)溫度度達(dá)到相相變臨界界點時，表層金金屬就發(fā)發(fā)生金相相組織變變化，強強度和硬硬度降低低、產(chǎn)生生殘余應(yīng)應(yīng)力、甚甚至出現(xiàn)現(xiàn)微觀裂裂紋，使使工件表表面呈現(xiàn)現(xiàn)氧化膜膜顏色。這種現(xiàn)現(xiàn)象稱磨削燒傷傷。二、表層層金屬的的金相組組織變化化（一）機機械加工工表面層層金相組組織變化化321）淬火燒傷傷2）回火燒傷傷3）退火燒傷傷磨削時，如果工工件表面面層溫度度只是超過原原來的回回火溫度度，則表表層原來來的回火馬馬氏體組

19、組織將產(chǎn)產(chǎn)生回火火現(xiàn)象而而轉(zhuǎn)變?yōu)橛灿捕容^低低的回火火組織（索氏體體或屈氏體體），這這種現(xiàn)象象稱為回回火燒傷傷。磨削時，當(dāng)工件件表面層層溫度超超過相變變臨界溫溫度時，則馬氏氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W氏氏體。若若此時無無冷卻液液，表層層金屬空空冷冷卻卻比較緩緩慢而形形成退火火組織。硬度和和強度均均大幅度度下降。這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為為退火燒燒傷。淬火鋼在在磨削時時，由于于磨削條條件不同同，產(chǎn)生生的磨削燒傷傷有三種種形式：磨削時工工件表面面溫度超超過相變變臨界溫度時，則馬氏氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W氏氏體。在在冷卻液作用下下，工件件最外層層金屬會會出現(xiàn)二二次淬火馬氏體體組織。其硬度度比原來來的回火火馬氏體高，但但很薄，其下為為硬度

20、較較低的回回火索氏體和屈屈氏體。由于二二次淬火火層極薄薄，表面層總總的硬度度是降低低的，這這種現(xiàn)象象稱為淬火燒傷傷。33合理選擇擇磨削用用量砂輪與工工件材料料改善冷卻卻條件1）砂輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速磨磨削燒傷傷2）徑向進(jìn)進(jìn)給量fp磨削燒傷傷3）軸向進(jìn)給給量fa磨削燒傷傷4）工件速速度vw磨削削燒傷1)磨削時，砂輪表表面上磨磨粒的切切削刃口鋒利磨削削力磨削區(qū)區(qū)的溫度度2)磨削導(dǎo)熱熱性差的的材料(耐熱鋼、軸承鋼、不銹銹鋼)磨削燒傷傷3)應(yīng)合理選選擇砂輪輪的硬度度、結(jié)合合劑和組織磨磨削燒傷傷采用內(nèi)冷冷卻法磨削燒燒傷（二）減減少磨削削燒傷的的工藝途途徑采用開槽槽砂輪間斷磨削削受熱熱磨削燒燒傷34三、表面面層殘余余

21、應(yīng)力定義：機機械加加工中工工件表面面層組織織發(fā)生變變化時，在表面面層及其其與基體體材料的的交界處處會產(chǎn)生生互相平平衡的彈彈性力。這種應(yīng)應(yīng)力即為為表面層層的殘余余應(yīng)力。35（一）表表面層殘殘余應(yīng)力力的產(chǎn)生生的原因因1）冷態(tài)塑塑變 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。2）熱態(tài)塑塑變 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3）金相組組織變化化 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。（密度小，比容大）36磨削裂紋紋的產(chǎn)生生磨削裂紋紋和殘余余應(yīng)力有有著十分分密切的的關(guān)系。在磨削削過程中中，當(dāng)

22、工工件表面面層產(chǎn)生生的殘余余應(yīng)力超超過工件件材料的的強度極極限時，工件表表面就會會產(chǎn)生裂裂紋。磨磨削裂紋紋常與燒燒傷同時時出現(xiàn)。37機械加工工后工件件表面層層的殘余余應(yīng)力是是冷態(tài)塑塑性變形形、熱態(tài)態(tài)塑性變變形和金金相組織織變化的的綜合結(jié)結(jié)果。切削加工工時起主主要作用用的往往往是冷態(tài)態(tài)塑性變變形，表表面層常常產(chǎn)生殘殘余壓縮縮應(yīng)力。（二）影影響表層層金屬殘殘余應(yīng)力力的工藝藝因素38（三）影影響磨削削殘余應(yīng)應(yīng)力的工工藝因素素磨削加工工中，塑塑性變形形大且熱熱量大，工件表表面溫度度高，熱熱因素和和塑性變變形對磨磨削表面面殘余應(yīng)應(yīng)力的影影響均較較大。若熱因素素主導(dǎo)，工件表表面產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力；若塑性變

23、變形主導(dǎo)導(dǎo)，工件件表面產(chǎn)產(chǎn)生殘余余壓應(yīng)力力；當(dāng)工件表表面溫度度超過相相變溫度度且又冷冷卻充分分時，工工件表面面出現(xiàn)淬淬火燒傷傷，此時時金相組組織變化化起主要要作用，工件表表面產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力。精細(xì)磨削削時，塑塑性變形形起主導(dǎo)導(dǎo)作用，工件表表面產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力。39（四）工工件最終終工序加加工方法法的選擇擇考慮零件件具體工工作條件件及零件件可能的的破壞形形式。交變載荷荷作用下下，拉應(yīng)應(yīng)力造成成微觀裂裂紋擴大大，導(dǎo)致致零件斷斷裂破壞壞。壓應(yīng)應(yīng)力加工工方法?；瑒颖砻婷妫挚箍鼓p，拉應(yīng)力力加工方方法。表3-3各種加工工方法在在工件表表面上殘殘留的內(nèi)內(nèi)應(yīng)力40四、表面面強化工工藝指通過冷冷壓加工工

24、的方法法使表面面層金屬屬發(fā)生冷冷態(tài)塑性性變形，以減小小表面粗粗糙度值值，提高高表面硬硬度，并并在表面面層產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力的的表面強強化工藝藝。滾壓機軋軋輥表面面強化41（一）噴噴丸強強化42噴丸強化化是利用用大量快快速運動動的珠丸丸打擊被被加工工工件表面面，使工件表表面產(chǎn)生生冷硬層層和壓縮縮殘余應(yīng)應(yīng)力，珠丸擠擠壓工件件表面的的狀態(tài),可顯著提高零件的疲勞強度度。珠丸可以是鑄鑄鐵的，也可以以是切成成小段的的鋼絲（使用一一段時間間后，自自然變成成球狀）。對于于鋁質(zhì)工工件，為為避免表表面殘留留鐵質(zhì)微微粒而引引起電解解腐蝕，宜采用用鋁丸或玻玻璃丸。珠丸的的直徑一一般為0.24mm，對于尺尺寸較小小、表

25、面面粗糙度度值較小小的工件件，采用用直徑較較小的珠珠丸。噴丸強化化主要用用于強化化形狀復(fù)復(fù)雜或不不宜用其其它方法法強化的的工件，如板彈簧、螺旋彈彈簧、連連桿、齒齒輪、焊焊縫等。經(jīng)噴噴丸加工工后的表表面，硬硬化層深深度可達(dá)達(dá)0.7mm，零件表表面粗糙糙度值可可由Ra52.5m減小到Ra0.630.32m，可幾倍甚至至幾十倍倍地提高高零件的的使用壽壽命。43（二）滾滾壓加工工飛機起落落架螺栓栓44滾壓加工工是利用用經(jīng)過淬淬火和精精細(xì)研磨磨過的滾滾輪或滾滾珠，在在常溫狀態(tài)態(tài)下對金金屬表面面進(jìn)行擠擠壓，使受壓壓點產(chǎn)生生彈性和和塑性變變形，表表層的凸凸起部分分向下壓壓，凹下下部分向向上擠，逐漸將將前工序

26、序留下的的波峰壓壓平，降降低了表表面粗糙糙度；同同時它還還能使工工件表面面產(chǎn)生硬化化層和殘殘余壓應(yīng)應(yīng)力。因此提提高了零零件的承載能力力和疲勞勞強度。滾壓加工工可以加加工外圓圓、孔、平面及及成型表表面，通通常在普普通車床床、轉(zhuǎn)塔塔車床或或自動車車床上進(jìn)進(jìn)行。典型的滾滾壓加工工示意圖圖。45振動會在在工件加加工表面面出現(xiàn)振振紋，降降低了工工件的加加工精度度和表面面質(zhì)量；振動會引引起刀具具崩刃打打刀現(xiàn)象象并加速速刀具或或砂輪的的磨損；振動使機機床連接接部分松松動，影影響運動動副的工工作性能能，并導(dǎo)導(dǎo)致機床床喪失精精度；強烈的振振動及伴伴隨而來來的噪聲聲，還會會污染環(huán)環(huán)境，危危害操作作者的身身心健康康

27、。為減減小加工工過程中中的振動動，有時時不得不不降低切切削用量量，使機機械加工工生產(chǎn)率率降低。一、機械械加工中中的振動動現(xiàn)象1、振動對對機械加加工的影影響5.4機械加工工中的振振動46機械加工工振動自激振動自由振動強迫振動當(dāng)系統(tǒng)受受到初始始干擾力力激勵破破壞了其平平衡狀態(tài)態(tài)后，系系統(tǒng)僅靠靠彈性恢復(fù)復(fù)力來維維持的振振動稱為為自由振動動。由于于總存在在阻尼，自由振動動將逐漸漸衰減。(占5%)系統(tǒng)在周周期性激激振力(干擾力)持續(xù)作用下下產(chǎn)生的的振動，稱為強強迫振動。強強迫振動動的穩(wěn)態(tài)態(tài)過程是是諧振動，只只要有激激振力存存在振動動系統(tǒng)就不會會被阻尼尼衰減掉掉。(占35%)在沒有周周期性干干擾力作作用的

28、情情況下，由由振動系系統(tǒng)本身身產(chǎn)生的的交變力所所激發(fā)和和維持的的振動，稱為自激激振動。切削過過程中產(chǎn)產(chǎn)生的自激激振動也也稱為顫顫振。(占65%)機械加工工中振動動的種類類及其主主要特點點47（一）強迫振動產(chǎn)生的原因系統(tǒng)外部部的周期期性干擾擾力機外振源源（通過過地基）、機內(nèi)內(nèi)震源旋轉(zhuǎn)零件件的質(zhì)量量偏心傳動機構(gòu)構(gòu)的缺陷陷油泵排出出的壓力力油脈動動性切削過程程的間隙隙特性往復(fù)運動動二、機械械加工過過程中的的強迫振振動與控控制481）強迫振振動是由由周期性性激振力力引起的的，不會會被阻尼尼衰減掉掉，振動動本身也也不能使使激振力力變化。2）強迫振振動的振振動頻率率與外界界激振力力的頻率率相同，而與系系統(tǒng)

29、的固固有頻率率無關(guān)。3）強迫振振動的幅幅值既與與激振力力的幅值值有關(guān)，又與工工藝系統(tǒng)統(tǒng)的特性性有關(guān)。 激振振力的影影響。A0= F/k（二）強迫振動的特征49）當(dāng)0時，1，0.60.7，準(zhǔn)靜態(tài)態(tài)區(qū)，在在該區(qū)增增加系統(tǒng)統(tǒng)靜剛度度，可減減小振動動。）當(dāng) 1時，會急劇增增大，此此現(xiàn)象稱稱為共振，0.71.4的區(qū)域稱稱為共振振區(qū)，在在該區(qū)增增大阻尼尼共振振）當(dāng)1時，0，1.4區(qū)域稱為為慣性區(qū)區(qū)，在該該區(qū)增加加振動體體的質(zhì)量量，可減減小振動動振幅。頻率比的影響50三、機械械加工中中的自激激振動（顫振）在實際加加工過程程中，由由于偶然的外外界干擾擾（如工件件材料硬硬度不均均、加工工余量有有變化等等），會會

30、使切削力發(fā)發(fā)生變化化，從而使使工藝系系統(tǒng)產(chǎn)生生自由振動動。系統(tǒng)的的振動必必然會引引起工件件、刀具具間的相相對位置置發(fā)生周期性變變化，這一變變化若又引起切切削力的的波動，則使工藝系系統(tǒng)產(chǎn)生生振動。因此通通常將自自激振動動看成是是由振動動系統(tǒng)（工藝系系統(tǒng)）和和調(diào)節(jié)系系統(tǒng)（切切削過程程）兩個個環(huán)節(jié)組組成的一一個閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)。激勵工藝藝系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生振動動運動的的交變力力是由切削過程程本身產(chǎn)生的，而切削削過程同同時又受受工藝系系統(tǒng)的振振動的控控制，工工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動動一旦停停止，動動態(tài)切削削力也就就隨之消消失。51不衰減的振動自激振動動特點它由振動動過程本本身引起起切削力周周期性變變化，從從不具備交交變特性

31、性的能源源中周期獲獲得能量量，使振振動得以維維持。自激振動動由振動動系統(tǒng)本本身參數(shù)決決定，與與強迫振振動顯著不不同。自由振動動受阻尼作作用將迅迅速衰減減，而自激振振動不會會因阻尼尼存在而衰衰減。自激振動動的頻率率接近于于系統(tǒng)的固有頻頻率，即即顫振頻頻率取決于振動動系統(tǒng)的的固有特特性。這與自由由振動相相似，而而與強迫振動根根本不同同E A1 A0 A2 AE-E+f自=f固取決于一周期獲得的能量取決于切削過程本身自激振動動的特征征52自激振動動的激振振機理：再生原原理、振振型耦合合原理、負(fù)摩擦擦原理、滯后原原理。53四、機械械加工振振動的診診斷技術(shù)術(shù)機械加工工中產(chǎn)生生振動分分兩大類類：強迫迫振動

32、和和自激振振動（顫顫振）。自激振振動（顫顫振）又又分4種類型。機械加工工振動診診斷：（1）分清強強迫、自自激振動動（2）進(jìn)一步步分清自自激振動動1強迫振振動診斷斷診斷依據(jù)據(jù)：強迫振振動頻率率和外界界干擾力力頻率相相同（或或整數(shù)倍倍）。強迫振動動診斷方方法和診診斷步驟驟：(1)現(xiàn)場加工工振動信信號提取取(2)頻譜分析析(3)環(huán)境試驗驗，查機機外振源源（停機機）(4)空轉(zhuǎn)試驗驗，查機機內(nèi)振源源（空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，不加加工）(5)查干擾力力源，確確定機內(nèi)內(nèi)震源54（1)時域分析析法（直觀）了解信號號的幅值值和時間間的關(guān)系系，確定定振動的的程度，設(shè)備是是否有故故障及嚴(yán)嚴(yán)重程度度。不能能確定故故障部位位（特征征量

33、的統(tǒng)統(tǒng)計分析析、相關(guān)關(guān)分析等等、均值值、有效效值、均均方根值值、方差差等）。（2)頻域分析析法(了解信號號的頻率率結(jié)構(gòu)，尋找故故障源)幅值譜分分析-應(yīng)用傅里里葉變換換、傅里里葉傅里里葉積分分將時域域信號變變?yōu)轭l域域信號。功率譜分分析-在頻域中中對信號號能量或或功率分分布情況況的描述述。濾波譜-分析平穩(wěn)穩(wěn)性故障障信號解調(diào)譜-分析沖擊擊性故障障信號機械振動動故障診診斷信號號分析方方法552控制自自激振動動的途徑徑抑制自激激振動途途徑V=3070m/min自振f自振；保證Ra時f提高機床床抗振性性提高刀具具抗振性性（采用消消振刀具具）提高工件件安裝剛剛性根據(jù)振型型耦合原原理，工工藝系統(tǒng)統(tǒng)的振動還還受

34、到各各振型的的剛度比比及其組合合的影響響。合理理調(diào)整它它們之間的的關(guān)系，就可以以有效地地提高系統(tǒng)統(tǒng)的抗振振性，抑抑制自激激振動。（削扁鏜桿桿試驗）提高工藝系統(tǒng)抗振性合理選擇切削用量合理選擇刀具參數(shù)采用變速切削采用減振裝置合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合前角、主主偏角自振振后角自振；但太太小時自振抑制再生生顫振方方法用于于工藝系系統(tǒng)剛性較較好的場場合。56減振裝置置1） 阻尼尼器的原原理及應(yīng)應(yīng)用利用固體體或液體體的阻尼尼來消耗耗振動的的能量，實現(xiàn)減減振。2） 吸振振器的原原理及應(yīng)應(yīng)用動力吸振振器摩擦減震震器沖擊吸振振器57阻尼器減減振裝置置58用于鏜刀刀桿的動力吸振振器沖擊式吸吸振器1自由質(zhì)質(zhì)量2

35、彈簧3螺釘59加工表面面質(zhì)量（表面粗糙糙度、波波度、紋紋理方向向、表面面缺陷）及其對使使用性能能的影響響影響加工工表面粗糙糙度的工藝因因素（幾何、物物理）及其改改善措施施影響表層層金屬力學(xué)物理理性能（冷作硬化化、表層層金相組組織變化化、殘余余應(yīng)力，表面強強化工藝藝）的工藝藝因素及及其改善善措施機械加工工中的振動：強迫振動動、自激激振動習(xí)題P140頁第1，3，7，16，18，21，22題本章小結(jié)結(jié)606162圖加加工變變質(zhì)層63圖3-6車削、刨刨削時殘殘留面積積高度64圖3-7加工塑性性材料時時切削速速度對表表面粗糙糙度的影影響6566砂輪上的的磨粒67圖3-23內(nèi)冷卻裝裝置1錐形蓋蓋2通道孔孔

36、3砂輪中中心孔4有徑向向小孔的的薄壁套套68圖3-24開槽砂輪輪a） 槽均均勻分布布b）槽均勻勻分布69圖3-19切削熱在在表層金金屬產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力的的示意圖圖70圖3-25滾壓加工工原理717273圖3-32自激振動動系統(tǒng)的的組成74如圖4-27a所示為單單自由度度機械加加工振動動模型。設(shè)工件件系統(tǒng)為為絕對剛剛體，振振動系統(tǒng)統(tǒng)與刀架架相連，且只在在y方向作單單自由度度振動。在背向力力Fp作用下，刀具作作切入、切出運運動（振振動）。刀架振動動系統(tǒng)同同時還有有F彈作用在它它上面。y越大，F(xiàn)彈也越大，當(dāng)Fp=F彈時，刀架架的振動動停止。對上述振振動系統(tǒng)統(tǒng)而言，背向力力Fp是外力，F(xiàn)p對振動系系統(tǒng)作功功如圖4-27b所示。刀具切入入，其運運動方向向與背向向力方向向相反，作負(fù)功功；即振振動系統(tǒng)統(tǒng)要消耗耗能量W振入；刀具切出出，其運運動方向向與背向向力方向向相同，作正功功；即振振動系統(tǒng)統(tǒng)要吸收收能量W振出；（二）產(chǎn)產(chǎn)生自激激振動的的條件75圖3-27單自由度度機械加加工振動動模型a）