CH機(jī)械加工表面質(zhì)量

第5章

機(jī)械加工表面質(zhì)量本章提要

機(jī)械加工表面質(zhì)量決定了機(jī)器的使用性能和延長使用壽命。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對(duì)象的。本章旨在研究零件表面層在加工中的變化和發(fā)生變化的機(jī)理，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律來控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。5.15.25.35.45.5概述表面粗糙度影響的工藝因素及其改善的工藝措施影響表層物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施控制加工表面質(zhì)量的途徑機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施內(nèi)容提綱任何機(jī)械加工方法所得到的零件表面，實(shí)際上都不是完全理想的表面。實(shí)踐證明，機(jī)器零件的破壞，一般都從表層開始，這從一定程度上表明零件的表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。產(chǎn)品工作性能的可靠性、耐久性，很大程度上取決于其主要零件的表面質(zhì)量。機(jī)器零件使用性能的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性等，除與材料本身的性能和熱處理有關(guān)外，主要取決于加工后的表面質(zhì)量。隨著產(chǎn)品性能的不斷提高，一些重要零件必須在高應(yīng)力、高速、高溫等極端條件下工作，因其工作表面作用有最大應(yīng)力并直接受外界介質(zhì)的腐蝕，表面層的任何缺陷都可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象而導(dǎo)致零件的損壞，于是表面質(zhì)量問題也會(huì)變得突出和復(fù)雜。

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義研究表面質(zhì)量的目的，是要掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的作用及影響規(guī)律，以便應(yīng)用這些規(guī)律控制加工過程，最終提高零件的表面質(zhì)量和產(chǎn)品使用性能。機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究內(nèi)容包括加工表面幾何形狀特征和表面層物理、機(jī)械性能的變化。

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義吸附層

<8nm基體材料纖維層壓縮區(qū)

幾十~幾百微米熱影響區(qū)顯微硬度殘余應(yīng)力加工表面層沿深度變化示意圖

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義零件表面質(zhì)量表面粗糙度表面波度表面物理力學(xué)性能的變化表面微觀幾何形狀特征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

表面質(zhì)量的含義（內(nèi)容）

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義表面粗糙度：是指表面微觀幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在L1/H1＜40的范圍內(nèi)，波距<1mm。(Ra=0.012，0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，50)表面波度：是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差L3/H3=1000）和表面粗糙度間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波長與波高的比值在40＜L2/H2＜1000的范圍，波距=1~10mm紋理方向：紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。傷痕：是加工表面上一些個(gè)別位置上出現(xiàn)的缺陷。例如：砂眼、氣孔、裂痕等。1、表面層的幾何形狀

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義L1范圍內(nèi)的凹凸不平(表面粗糙度)H1L2范圍內(nèi)的凹凸不平(波度)H2平面度H3表面粗糙度和波度1、表面層的幾何形狀

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義參數(shù)及數(shù)值/um取樣長度/mm評(píng)定長度/mmRaRz、Ry≥0.008~0.02≥0.025~0.100.080.4>0.02~0.1>0.10~0.500.251.25>0.1~2.0>0.50~10.00.84.0>2.0~10.0>10.0~50.02.512.5>10.0~80.0>50~3208.040.01、表面層的幾何形狀

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概述5.1.1機(jī)械加工表面質(zhì)量含義1)表面層層冷作作硬化化(簡稱冷冷硬)：在機(jī)械械加工工中，，零件件表面面層產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)強(qiáng)烈的的冷態(tài)態(tài)塑性性變形形后，，引起起的強(qiáng)強(qiáng)度和和硬度度都有有所提提高的的現(xiàn)象象。一一般情情況下下表面面硬化化層的的深度度可達(dá)達(dá)0.05——0.30mm。2)表面層層金相相組織織的變變化：：機(jī)械加加工過過程中中，由由于切切削熱熱或磨磨削熱熱的作作用引引起工工件表表面溫溫升過過高，，表面面層金金屬的的金相相組織織發(fā)生生變化化的現(xiàn)現(xiàn)象。。3)表面層層殘余余應(yīng)力力：是由于于加工工過程程中切切削變變形和和切削削熱的的影響響，工工件表表面層層產(chǎn)生生殘余余應(yīng)力力。2、表面面層的的物理理機(jī)械械性能能

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概述5.1.1機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量含含義1、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)耐磨磨性的的影響響耐磨性性主要要取決決于摩摩擦副副的材材料及及潤滑滑條件件，還還與零零件的的表面面質(zhì)量量有關(guān)關(guān)。零件磨磨損三三個(gè)階階段：：初期磨磨損階階段；；正常常磨損損階段段；劇劇烈磨磨損階階段摩擦副副的磨磨損過過程

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（1）表面面粗糙糙度對(duì)對(duì)零件件耐磨磨性的的影響響表面粗粗糙度度太大大和太太小都都不耐耐磨表面粗粗糙度度太大大，接接觸表表面的的實(shí)際際壓強(qiáng)強(qiáng)增大大，粗粗糙不不平的的凸峰峰相互互咬合合、擠擠裂、、切斷斷，故故磨損損加劇劇；表面粗粗糙度度太小小，也也會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致磨磨損加加劇。。因?yàn)闉楸砻婷嫣夤饣?，，存不不住潤潤滑油油，接接觸面面間不不易形形成油油膜，，容易易發(fā)生生分子子粘結(jié)結(jié)而加加劇磨磨損。。1、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)耐磨磨性的的影響響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（1）表面面粗糙糙度對(duì)對(duì)零件件耐磨磨性的的影響響表面粗粗糙度度的最最佳值值與機(jī)機(jī)器零零件的的工作作情況況有關(guān)關(guān)，載荷荷加大大時(shí)，，磨損損曲線線向上上、向向右移移動(dòng)，，最佳佳表面面粗糙糙度值值也隨隨之右右移。。1、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)耐磨磨性的的影響響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（2）表面面層的的冷作作硬化化對(duì)零零件耐耐磨性性的影影響加工表表面的的冷作作硬化化，一一般能能提高高零件件的耐耐磨性性。因?yàn)樗鼓ツゲ粮备北砻婷鎸咏鸾饘俚牡娘@微微硬度度提高高，塑塑性降降低，，減少少了摩摩擦副副接觸觸部分分的彈彈性變變形和和塑性性變形形。并非冷冷作硬硬化程程度越越高，，耐磨磨性就就越高高。這是因因?yàn)檫^過分的的冷作作硬化化，將將引起起金屬屬組織織過度度“疏松”，在相相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)中中可能能會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生金金屬剝剝落，，在接接觸面面間形形成小小顆粒粒，使使零件件加速速磨損損。1、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)耐磨磨性的的影響響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（1）表面面粗糙糙度對(duì)對(duì)零件件疲勞勞強(qiáng)度度的影影響表面粗粗糙度度越大大，抗抗疲勞勞破壞壞的能能力越越差。。對(duì)承受受交變變載荷荷零件件的疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度影影響很很大。。在交交變載載荷作作用下下，表表面粗粗糙度度的凹凹谷部部位容容易引引起應(yīng)應(yīng)力集集中，，產(chǎn)生生疲勞勞裂紋紋。表面粗粗糙度度值越越小，，表面面缺陷陷越少少，工工件耐耐疲勞勞性越越好；；反之之，加加工表表面越越粗糙糙，表表面的的紋痕痕越深深，紋紋底半半徑越越小，，其抗抗疲勞勞破壞壞的能能力越越差。。2、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)零件件疲勞勞強(qiáng)度度的影影響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（2）表面面層冷冷作硬硬化與與殘余余應(yīng)力力對(duì)零零件疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度的的影響響適度的的表面面層冷冷作硬硬化能能提高高零件件的疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。。殘余應(yīng)應(yīng)力有有拉應(yīng)應(yīng)力和和壓應(yīng)應(yīng)力之之分:殘余拉拉應(yīng)力力容易使使已加加工表表面產(chǎn)產(chǎn)生裂裂紋并并使其其擴(kuò)展展而降低疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度殘余壓壓應(yīng)力力則能夠夠部分分地抵抵消工工作載載荷施施加的的拉應(yīng)應(yīng)力，，延緩緩疲勞勞裂紋紋的擴(kuò)擴(kuò)展，，從而而提高零零件的的疲勞勞強(qiáng)度度。2、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)零件件疲勞勞強(qiáng)度度的影影響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（1）表面面粗糙糙度對(duì)對(duì)零件件配合合精度度的影影響表面粗粗糙度度較大大，則則降低低了配配合精精度。。（2）表面面殘余余應(yīng)力力對(duì)零零件工工作精精度的的影響響表面層層有較較大的的殘余余應(yīng)力力，就就會(huì)影影響它它們精精度的的穩(wěn)定定性。。3、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)零件件工作作精度度的影影響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響（1）表面面粗糙糙度對(duì)對(duì)零件件耐腐腐蝕性性能的的影響響零件表表面越越粗糙糙，越越容易易積聚聚腐蝕蝕性物物質(zhì)，，凹谷谷越深深，滲滲透與與腐蝕蝕作用用越強(qiáng)強(qiáng)烈。。因此減小零零件表表面粗粗糙度度，可可以提提高零零件的的耐腐腐蝕性性能。（2）表面面殘余余應(yīng)力力對(duì)零零件耐耐腐蝕蝕性能能的影影響零件表表面殘余壓壓應(yīng)力力使零件件表面面緊密密，腐腐蝕性性物質(zhì)質(zhì)不易易進(jìn)入入，可增強(qiáng)強(qiáng)零件件的耐耐腐蝕蝕性，而表表面殘余拉拉應(yīng)力力則降降低零零件耐耐腐蝕蝕性。表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)零件件使用用性能能還有有其它它方面面的影影響：：如減小小表面面粗糙糙度可可提高高零件件的接接觸剛剛度、、密封封性和和測量量精度度；對(duì)對(duì)滑動(dòng)動(dòng)零件件，可可降低低其摩摩擦系系數(shù)，，從而而減少少發(fā)熱熱和功功率損損失。。4、表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)零件件耐腐腐蝕性性能的的影響響

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響零件表表面質(zhì)質(zhì)量粗糙度度太大大、太太小都都不耐耐磨適度冷冷硬能能提高高耐磨磨性對(duì)疲勞勞強(qiáng)度度的影影響對(duì)耐磨磨性的的影響響對(duì)耐腐腐蝕性性能的的影響響對(duì)工作作精度度的影影響粗糙度度越大大，疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度越越差適度冷冷硬、、殘余余壓應(yīng)應(yīng)力能能提高高疲勞勞強(qiáng)度度粗糙度度越大大、工工作精精度降降低殘余應(yīng)應(yīng)力越越大，，工作作精度度降低低粗糙度度越大大，耐耐腐蝕蝕性越越差壓應(yīng)力力提高高耐腐腐蝕性性，拉拉應(yīng)力力反之之則降降低耐耐腐蝕蝕性

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概述5.1.2機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)機(jī)器器產(chǎn)品品使用用性能能和使使用壽壽命的的影響響

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概述5.1.3機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量的的研究究內(nèi)容容為保證證機(jī)器器產(chǎn)品品的使使用性性能和和使用用壽命命，機(jī)機(jī)械加加工表表面質(zhì)質(zhì)量的的研究究應(yīng)包包括如如下內(nèi)內(nèi)容：：（1）表面面粗糙糙度及及其降降低的的工藝藝措施施；（2）表面面層物物理、、力學(xué)學(xué)性能能及其其改善善的工工藝措措施；；（3）機(jī)械械加工工中的的振動(dòng)動(dòng)及其其控制制。機(jī)械加加工中中，表表面粗粗糙度度形成成的原原因大大致可可歸納納為幾何因因素和物理力力學(xué)因素兩兩個(gè)方方面。。1、切切削加加工表表面粗粗糙度度的形形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加加工表表面粗粗糙度度1、切切削加加工表表面粗粗糙度度的形形成及及影響響因素素(1)幾何因因素刀尖圓圓弧半半徑rε主偏角角kr、副偏偏角kr′進(jìn)給量量f

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加加工表表面粗粗糙度度(2)物理力力學(xué)因因素1、切切削加加工表表面粗粗糙度度的形形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加加工表表面粗粗糙度度切削加加工后后表面面的實(shí)實(shí)際輪輪廓與與純幾幾何因因素所所形成成的理理想輪輪廓往往往差差別較較大。。這主主要是是因?yàn)闉樵诩蛹庸み^過程中中還有有塑性性變形形等物物理因因素的的影響響。這些物物理因因素的的影響響一般般較復(fù)復(fù)雜，，它與與切削削原理理中所所敘述述的加加工表表面的的形成成過程程有關(guān)關(guān)，如如在加加工過過程中中產(chǎn)生生的積積屑瘤瘤、鱗鱗刺和和振動(dòng)動(dòng)等對(duì)對(duì)加工工表面面粗糙糙度的的形成成均有有很大大影響響。(2)物理力力學(xué)因因素1、切切削加加工表表面粗粗糙度度的形形成被加工工材料料的性性能——塑性變形形的影響切削過程程中刀具具的刃口口圓角及及后刀面面對(duì)工件件擠壓與與摩擦而而產(chǎn)生塑塑性變形形。與切削機(jī)機(jī)理有關(guān)關(guān)的物理理因素——刀瘤和鱗刺的影響切削用量量的影響響刀具材料料的影響響

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工工表面粗粗糙度刀瘤對(duì)工工件表面面質(zhì)量的的影響切削過程程中切屑屑底層和和前刀面面發(fā)生冷冷焊的結(jié)結(jié)果。(2)物理力學(xué)學(xué)因素1、切削削加工表表面粗糙糙度的形形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工工表面粗粗糙度鱗刺的產(chǎn)產(chǎn)生：切屑在前前刀面上上的摩擦擦和冷焊焊作用造造成周期期性的停停留，代代替刀具具推擠切切削層，，造成切切削層和和工件之之間出現(xiàn)現(xiàn)撕裂現(xiàn)現(xiàn)象。鱗刺的形形成：抹抹試階段段、導(dǎo)裂裂階段、、層積階階段、刮刮成階段段(2)物理力學(xué)學(xué)因素1、切削削加工表表面粗糙糙度的形形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工工表面粗粗糙度①工件材料料的影響響韌性材料料：工件材料料韌性愈愈好，金金屬塑性性變形愈愈大，加加工表面面愈粗糙糙。故對(duì)對(duì)中碳鋼鋼和低碳碳鋼材料料的工件件，為改改善切削削性能，，減小表表面粗糙糙度，常常在粗加加工或精精加工前前安排正正火或調(diào)調(diào)質(zhì)處理理。脆性材料料：加工粗糙糙度接近近理論值值。加工脆性性材料時(shí)時(shí)，其切切削呈碎碎粒狀，，由于切切屑的崩崩碎而在在加工表表面留下下許多麻麻點(diǎn)，使使表面粗粗糙。(2)物理力學(xué)學(xué)因素1、切削削加工表表面粗糙糙度的形形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工工表面粗粗糙度②切削速度度的影響響加工塑性性材料時(shí)時(shí)，切削速度度對(duì)表面粗粗糙度的的影響如如圖所示示。積屑屑瘤和鱗鱗刺僅在在低速時(shí)時(shí)產(chǎn)生。。切削速速度越高高，塑性性變形越越不充分分，表面面粗糙度度值越小??；選擇擇低速寬寬刀精切切和高速速精切，，可以得得到較小小的表面面粗糙度度。加工塑性性材料時(shí)時(shí)切削速速度對(duì)表表面粗糙糙度的影影響實(shí)線——只考慮塑性變變形的影響虛線——考慮刀瘤和鱗鱗刺的影響(2)物理力學(xué)因素素1、切削加工工表面粗糙度度的形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面面粗糙度④其它因素的影影響合理使用冷卻潤滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)質(zhì)量等，均能有效效地減小表面面粗糙度值。。③進(jìn)給量的影響響減小進(jìn)給量f固然可以減小小表面粗糙度度值，但進(jìn)給給量過小，表表面粗糙度會(huì)會(huì)有增大的趨趨勢。(2)物理力學(xué)因素素1、切削加工工表面粗糙度度的形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面面粗糙度(3)工藝系統(tǒng)振動(dòng)動(dòng)1、切削加工工表面粗糙度度的形成

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面面粗糙度工藝系統(tǒng)的低低頻振動(dòng)，一一般在工件的的已加工表面面上產(chǎn)生表面面波度，而工工藝系統(tǒng)的高高頻振動(dòng)將對(duì)對(duì)已加工表面面的粗糙度產(chǎn)產(chǎn)生影響。為為降低加工表表面的粗糙度度，則必須采采取相應(yīng)措施施防止加工過過程中產(chǎn)生高高頻振動(dòng)。影響切削加工表面粗糙度的因素刀具幾何形狀刀具材料、刃磨質(zhì)量切削用量工件材料殘留面積↓→Ra↓前角↑→Ra↓后角↑→摩擦↓→Ra↓刃傾角會(huì)影響實(shí)際工作前角v↑→Ra↓f↑→Ra↑ap對(duì)Ra影響不大，太小會(huì)打滑，劃傷已加工表面材料塑性↑→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(qiáng)度↑→Ra↓刃磨質(zhì)量↑→Ra↓冷卻、潤滑↑→Ra↓

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.1切削加工表面面粗糙度工件的磨削表表面是由砂輪輪上大量磨粒?？虅澇鰺o數(shù)數(shù)極細(xì)的刻痕痕形成的，工工件單位面積積上通過的砂砂粒數(shù)越多，，則刻痕越多多，刻痕的等等高性越好，，表面粗糙度度值越小。1、磨削加工工后表面粗糙糙度的形成磨削速度比一一般切削速度度高得多，且且磨粒大多數(shù)數(shù)是負(fù)前角，，切削刃又不不銳利，大多多數(shù)磨粒在磨磨削過程中只只是對(duì)被加工工表面擠壓，，沒有切削作作用。加工表表面在多次擠擠壓下出現(xiàn)溝溝槽與隆起，，又由于磨削削時(shí)的高溫更更加劇了塑性性變形，故表表面粗糙度值值增大。

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面面粗糙度1、磨削加工工后表面粗糙糙度磨粒在工件上上的刻痕

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面面粗糙度磨粒在砂輪上的分分布越均勻、、磨粒越細(xì)，，刃口的等高高性越好。則則砂輪單位面面積上參加磨磨削的磨粒越越多，磨削表表面上的刻痕痕就越細(xì)密均均勻，表面粗粗糙度值就越越小。2、磨削中影影響粗糙度的的因素砂輪修整除了使砂輪具具有正確的幾幾何形狀外，，更重要的是是使砂輪工作作表面形成排排列整齊而又又銳利的微刃刃。因此，砂砂輪修整的質(zhì)質(zhì)量對(duì)磨削表表面的粗糙度度影響很大。。

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面面粗糙度(1)砂輪的磨粒(2)砂輪修整砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)時(shí)間內(nèi)通過被被磨表面的磨磨粒數(shù)越多，，表面粗糙度度值就越小。。工件速度對(duì)表面粗糙度度值的影響剛剛好與砂輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的影響相相反。工件的的速度增大，，通過加工表表面的磨粒數(shù)數(shù)減少，因此此表面粗糙度度值增大。砂輪的縱向進(jìn)進(jìn)給量小于砂輪的寬寬度時(shí)，工件件表面將被重重疊切削，而而被磨次數(shù)越越多，工件表表面粗糙度值值就越小。為提高磨削效效率，通常在在開始磨削時(shí)時(shí)采用較大的的徑向進(jìn)給量量，而在磨削削后期采用較較小的徑向進(jìn)進(jìn)給量或無進(jìn)進(jìn)給量磨削，，以減小表面面粗糙度值。。2、磨削中影影響粗糙度的的因素(3)磨削用量

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表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面面粗糙度太硬易使磨粒粒磨鈍→Ra↑；太軟容易堵塞塞砂輪→Ra↑；韌性太大，熱熱導(dǎo)率差會(huì)使使磨粒早期崩崩落→Ra↑。2、磨削中影影響粗糙度的的因素(4)工件材料

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面面粗糙度影響磨削加工表面粗糙度的因素

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(lì)性好↑→Ra↓太硬、太軟、韌性、導(dǎo)熱性差↑→Ra↓砂輪粒度工件材料性質(zhì)砂輪修正磨削用量砂輪硬度砂輪V↑→Ra↓ap、工件V↑→塑變↑→Ra↑粗磨ap↑→生產(chǎn)率↑精磨ap↓→Ra↓(ap=0光磨)

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.2磨削加工表面面粗糙度

5.2

表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施5.2.3超精研、研磨磨、珩磨和拋拋光加工的表表面粗糙度超精研、研磨磨、珩磨和拋拋光加工，一一般只規(guī)定加加工時(shí)的壓強(qiáng)強(qiáng)。加工時(shí)所所用的工具由由加工面本身身導(dǎo)向而相對(duì)對(duì)于工件的定定位基準(zhǔn)沒有有確定的位置置，所使用的的機(jī)床也不需需要具有非常常精確的成型型運(yùn)動(dòng)。這些加工方法法的主要作用用是降低表面面粗糙度，而而加工精度則則主要由前面面工序保證。。采用這些方法法加工時(shí)，其其加工余量都都不可能太大大，一般只是是前道工序公公差的幾分之之一。因此，，這些加工方方法均被稱為為零件表面的的光整加工技技術(shù)。在切削加工中中，工件由于于受到切削力力和切削熱的的作用，使表表面層金屬的的物理機(jī)械性性能產(chǎn)生變化化，最主要的的變化是表面層冷作硬硬化、金相組織的變變化和殘余應(yīng)力的產(chǎn)產(chǎn)生。由于磨削加工工時(shí)所產(chǎn)生的的塑性變形和和切削熱比刀刀刃切削時(shí)更更嚴(yán)重，因而而磨削加工后后加工表面層層上述三項(xiàng)物物理機(jī)械性能能的變化會(huì)很很大。

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施影響表面層物物理力學(xué)性能能的主要因素素表面物理力學(xué)學(xué)性能影響金相組織變化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冷硬金相組織變化化引起的硬度度變化冷塑性變形熱塑性變形金相組織變化化切削熱冷作硬化金相組織變化化殘余應(yīng)力表現(xiàn)形式

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施切削或磨削加加工中，表面面層金屬由于于塑性變形使使晶格扭曲、、畸變，晶粒粒間產(chǎn)生剪切切滑移,晶粒被拉長和和纖維化，甚甚至破碎，引引起材料的強(qiáng)強(qiáng)化（使表面面層金屬的硬硬度和強(qiáng)度提提高），這種種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化或強(qiáng)化。1、冷作硬化化的概念

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的的冷作硬化弱化：被冷作硬化的的金屬處于高高能位的不穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)，只只要一有可能能，金屬的不不穩(wěn)定狀態(tài)就就要向比較穩(wěn)穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為弱化化。弱化作用用的大小取決決于溫度的高高低、熱作用用時(shí)間的長短短和表層金屬屬的強(qiáng)化程度度。由于在加工過過程中表層金金屬同時(shí)受到到變形和熱的的作用，加工工后表層金屬屬的最后性質(zhì)質(zhì)取決于強(qiáng)化化和弱化綜合合作用的結(jié)果果。1、冷作硬化化的概念

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的的冷作硬化衡量表面層加工硬化程度度的指標(biāo)有下列列三項(xiàng)：1）表面層的顯顯微硬度H；2）硬化層深度度h；3）硬化程度NN=(H-H0)/H0×100％式中H0——工件原表面層層的顯微硬度度。2、冷作硬化的的評(píng)定

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的的冷作硬化表面層冷作硬硬化的程度決決定于產(chǎn)生塑性變形形的力、變形速度及變形時(shí)的溫度度。力越大，塑塑性變形越大大，則硬化程程度越大；速速度越大，塑塑性變形越不不充分，則硬硬化程度越小?。蛔冃螘r(shí)的的溫度不僅影影響塑性變形形程度，還會(huì)會(huì)影響變形后后金相組織的的恢復(fù)程度。。3、影響冷作作硬化的主要要因素

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的的冷作硬化⑴刀具幾何形狀狀的影響切削刃rε↑、前角↓、后后面磨損量VB↑→表層金屬的塑塑變加劇→冷冷硬↑⑵切削用量的影影響切削速度v↑→溫度升高，冷冷硬恢復(fù)；刀具、工件接接觸時(shí)間短，，塑變↓→冷冷硬↓f↑→切削力↑→塑塑變↑→冷硬硬↑f較小→刀具刃口圓圓角在加工表表面單位長度度上的擠壓次數(shù)數(shù)增多↑→冷冷硬↑⑶工件材料性能能的影響材料塑性↑→→冷硬↑3、影響冷作作硬化的主要要因素

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.1加工表面層的的冷作硬化切削加工中，，由于切削熱熱的作用，在在工件的加工工區(qū)及其鄰近近區(qū)域產(chǎn)生了了一定的溫升升。定義：磨削加工時(shí)，，表面層有很很高的溫度，，當(dāng)溫度達(dá)到到相變臨界點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，表層金金屬就發(fā)生金金相組織變化化，強(qiáng)度和硬硬度降低、產(chǎn)產(chǎn)生殘余應(yīng)力力、甚至出現(xiàn)現(xiàn)微觀裂紋，，這種現(xiàn)象稱稱為磨削燒傷。淬火鋼在磨削削時(shí)，由于磨磨削條件不同同，產(chǎn)生的磨磨削燒傷有三三種形式。1.機(jī)械加工表面面層金相組織織的變化

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬的的金相組織變變化淬火燒傷回火燒傷退火燒傷2.磨削燒傷的的三種形式式磨削時(shí)，當(dāng)當(dāng)工件表面面層溫度超超過相變臨臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闉閵W氏體。。若此時(shí)無無冷卻液，，表層金屬屬空冷冷卻卻比較緩慢慢而形成退退火組織。。硬度和強(qiáng)強(qiáng)度均大幅幅度下降。。這種現(xiàn)象象稱為退火燒傷。磨削時(shí)，如如果工件表表面層溫度度只是超過過原來的回回火溫度，，則表層原原來的回火火馬氏體組組織將產(chǎn)生生回火現(xiàn)象象而轉(zhuǎn)變?yōu)闉橛捕容^低低的回火組組織（索氏氏體或屈氏氏體），這這種現(xiàn)象稱稱為回火燒傷。磨削時(shí)工件件表面溫度度超過相變變臨界溫度度Ac3時(shí)，則馬氏氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闉閵W氏體。。在冷卻液液作用下，，工件最外外層金屬會(huì)會(huì)出現(xiàn)二次次淬火馬氏氏體組織。。其硬度比比原來的回回火馬氏體體高，但很很薄，其下下為硬度較較低的回火火索氏體和和屈氏體。。由于二次次淬火層極極薄，表面面層總的硬硬度是降低低的，這種種現(xiàn)象稱為為淬火燒傷。

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬屬的金相組組織變化距表層距離Ⅰ：二次淬火層Ⅱ：高溫回火層Ⅲ：低溫回火層Ⅳ：正常組織2.磨削燒傷的的三種形式式

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影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬屬的金相組組織變化3.評(píng)定燒傷的的方法

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面層金屬屬的金相組組織變化（1）觀色法：此法立足足于不同性性質(zhì)的燒傷傷組織具有有不同的光光學(xué)性質(zhì)（（反射、干干涉等），，因而會(huì)在在工件表面面上呈現(xiàn)出出不同的色色彩。人們們根據(jù)燒傷傷表面上看看到的黃、、褐、紫、、青等燒傷傷顏色，便便可鑒別它它屬于哪一一類燒傷。。用觀色法法所能鑒別別的燒傷，，其溫度多多在500℃℃以上上。。（2）酸酸洗洗法法：：將已已加加工工完完的的工工件件表表面面在在3%～5%的硝硝酸酸溶溶液液中中浸浸洗洗30～40s后取取出出，，在在燈燈光光下下觀觀察察，，如如果果表表面面呈呈暗暗灰灰色色則則可可判判斷斷工工件件表表面面上上無無燒燒傷傷，，如如果果表表面面呈呈黑黑色色則則說說明明工工件件已已經(jīng)經(jīng)燒燒傷傷。。（3）金金相相組組織織法法：：通過過一一定定的的方方法法觀觀察察和和檢檢查查表表層層金金屬屬金金相相組組織織的的變變化化來來評(píng)評(píng)定定燒燒傷傷的的情情況況。。（4）顯顯微微硬硬度度法法：：不同同性性質(zhì)質(zhì)的的燒燒傷傷具具有有不不同同性性質(zhì)質(zhì)的的顯顯微微硬硬度度分分布布。。金相相組組織織法法磨削削燒燒傷傷檢檢測測儀儀磁彈彈儀儀利利用用巴巴克克豪豪森森效效應(yīng)應(yīng)檢檢測測表表面面磨磨削削缺缺陷陷和和熱熱處處理理燒燒傷傷1)砂輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速↑↑→→磨削削燒燒傷傷↑↑2)徑向向進(jìn)進(jìn)給給量量fp↑→→磨削削燒燒傷傷↑↑3)軸向向進(jìn)進(jìn)給給量量fa↑→→磨削削燒燒傷傷↓↓4)工件件速速度度vw↑→→磨磨削削燒燒傷傷↓↓1)磨削削時(shí)時(shí)，，砂砂輪輪表表面面上上磨磨粒粒的的切切削削刃刃口口鋒鋒利利↑↑→→磨磨削削力力↓↓→→磨磨削削區(qū)區(qū)的的溫溫度度↓↓2)磨削削導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性差差的的材材料料(耐熱熱鋼鋼、、軸軸承承鋼鋼、、不不銹銹鋼鋼)↓↓→→磨削削燒燒傷傷↑↑3)應(yīng)合合理理選選擇擇砂砂輪輪的的硬硬度度、、結(jié)結(jié)合合劑劑和和組組織織→→磨磨削削燒燒傷傷↓↓磨削削用用量量砂輪輪與與工件件材材料料4.改善善加加工工表表面面金金相相組組織織的的工工藝藝途途徑徑

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面面層層金金屬屬的的金金相相組組織織變變化化采用用內(nèi)內(nèi)冷冷卻卻法法→→磨磨削削燒燒傷傷↓↓改善善冷冷卻卻條條件件內(nèi)冷冷卻卻裝裝置置1－錐錐形形蓋蓋2－通通道道孔孔3－砂砂輪輪中中心心孔孔4－有有徑徑向向小小孔孔的的薄薄壁壁套套4.改善善加加工工表表面面金金相相組組織織的的工工藝藝途途徑徑

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影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面面層層金金屬屬的的金金相相組組織織變變化化間斷斷磨磨削削→→受受熱熱↓↓→→磨磨削削燒燒傷傷↓↓采用用開開槽槽砂砂輪輪開槽槽砂砂輪輪4.改善善加加工工表表面面金金相相組組織織的的工工藝藝途途徑徑

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.2表面面層層金金屬屬的的金金相相組組織織變變化化1.殘余余應(yīng)應(yīng)力力的的定定義義定義：機(jī)機(jī)械加加工中工工件表面面層組織織發(fā)生變變化時(shí)，，在表面面層及其其與基體體材料的的交界處處會(huì)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應(yīng)力力。

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影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金金屬的殘殘余應(yīng)力力冷塑性變變形工件表面面受到擠擠壓與摩摩擦，表表層產(chǎn)生生伸長塑塑變，基基體仍處于于彈性變變形狀態(tài)態(tài)。切削削后，表表層產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力，而而在里層層產(chǎn)生殘殘余拉伸伸應(yīng)力。。熱塑性變變形表層產(chǎn)生生殘余拉拉應(yīng)力，，里層產(chǎn)產(chǎn)生產(chǎn)生生殘余壓壓應(yīng)力金相組織織變化切削過程程產(chǎn)生的的高溫會(huì)會(huì)引起表表面層的的相變，，表面層層金相變化化的結(jié)果果會(huì)造成成體積的的變化。。表面層層體積膨膨脹時(shí)因受到到基體的的限制產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力；反反之，產(chǎn)產(chǎn)生壓應(yīng)應(yīng)力。2.表面層殘殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因

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影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金金屬的殘殘余應(yīng)力力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

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金金屬的殘殘余應(yīng)力力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。。在磨削過過程中，，當(dāng)工件件表面層層產(chǎn)生的的殘余應(yīng)應(yīng)力超過過工件材材料的強(qiáng)強(qiáng)度極限限時(shí)，工工件表面面就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生裂紋紋。磨削裂紋紋常與燒燒傷同時(shí)時(shí)出現(xiàn)。。磨削裂紋紋的產(chǎn)生生與材料料性質(zhì)及及熱處理理工序有有很大關(guān)關(guān)系。磨磨削硬質(zhì)質(zhì)合金時(shí)時(shí)，由于于其脆性性大，抗抗拉強(qiáng)度度低以及及導(dǎo)熱性性差，所所以特別別容易產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋。。磨削合合碳量高高的淬火火鋼時(shí)，，由于其其晶界脆脆弱，也也容易產(chǎn)產(chǎn)生磨削削裂紋。。3.磨削裂紋紋

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金金屬的殘殘余應(yīng)力力機(jī)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。切切削加工工時(shí)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。。磨削加加工時(shí)起起主要作作用的通通常是熱熱態(tài)塑性性變形或或金相組組織變化化引起的的體積變變化，表表面層常常產(chǎn)生殘殘余拉伸伸應(yīng)力。。4.影響表面面殘余應(yīng)應(yīng)力的主主要因素素

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.3表面層金金屬的殘殘余應(yīng)力力

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.4表面層強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝這里所說說的表面面強(qiáng)化工工藝是指指通過冷壓壓加工方方法使表表面層金金屬發(fā)生生冷態(tài)塑塑性變形形，以降降低表面面粗糙度度，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。。至于表面面鍍鉻，，以及其其他表面面化學(xué)熱熱處理等等強(qiáng)化工工藝，不不屬于本本課程的的研究范范圍，這這里不做做介紹。。

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.4表面層強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝常用的冷冷壓強(qiáng)化化工藝方方法

5.3

影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施5.3.4表面層強(qiáng)強(qiáng)化工藝藝典型的滾滾柱滾壓壓加工對(duì)零件使使用性能能危害甚甚大的殘殘余拉應(yīng)應(yīng)力、磨磨削燒傷傷和磨削削裂紋均均起因于于磨削熱熱，所以以如何降降低磨削削熱并減減少其影影響是生生產(chǎn)上的的一項(xiàng)重重要問題題。解決決的原則：一是減少少磨削熱熱的發(fā)生生，二是是加速磨磨削熱的的傳出。。提高表面面質(zhì)量的的工藝途途徑大致致可以分分為兩類類：一類類是用低低效率、、高成本本的加工工方法，，尋求各各工藝參參數(shù)的優(yōu)優(yōu)化組合合，以減小表面面粗糙度度；另一類類是著重重改善工工件表面面的物理理力學(xué)性性能，以以提高其表表面質(zhì)量量。

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑為了獲得得要求的的表面質(zhì)質(zhì)量，就就必須對(duì)對(duì)加工方方法、切切削參數(shù)數(shù)進(jìn)行適適當(dāng)?shù)目乜刂?。控控制表面面質(zhì)量常常會(huì)增加加加工成成本，影影響加工工效率，，所以對(duì)對(duì)于一般般零件宜宜采用正正常的加加工工藝藝保證表表面質(zhì)量量，就不不必再提提出過高高要求。。而對(duì)于于一些直直接影響響產(chǎn)品性性能、壽壽命和安安全工作作的重要要零件的的重要表表面，就就有必要要加以控控制了。。以磨削削為例例，生生產(chǎn)中中比較較可行行的辦辦法是是通過過試驗(yàn)驗(yàn)來確確定磨磨削參參數(shù)：：先按按初步步選定定的磨磨削參參數(shù)試試磨，，檢查查工件件表面面熱損損傷情情況，，據(jù)此此調(diào)整整磨削削參數(shù)數(shù)直至至最后后確定定下來來。另另一種種方法法是在在磨削削過程程中連連續(xù)測測量磨磨削區(qū)區(qū)溫度度，然然后控控制磨磨削參參數(shù)。。5.4.1控制加加工工工藝參參數(shù)

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑超精加加工、、珩磨磨等都都是利利用磨磨條以以一定定的壓壓力壓壓在工工件的的被加加工表表面上上，并并做相相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)以以降低低工件件表面面粗糙糙度和和提高高精度度的工工藝方方法，，一般般用于于粗糙糙度為為Ra<0.1μμm表表面的的加工工。由由于切切削速速度低低、磨磨削壓壓強(qiáng)小小，所所以加加工時(shí)時(shí)產(chǎn)生生很少少熱量量，不不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生熱熱損傷傷，并并在工工件表表面層層產(chǎn)生生殘余余壓應(yīng)應(yīng)力。。如果果加工工余量量合適適，還還可以以去除除磨削削加工工的變變質(zhì)層層。采用超超精加加工、、珩磨磨工藝藝雖然然比直直接采采用精精磨達(dá)達(dá)到要要求的的粗糙糙度要要多增增加一一道工工序，，但由由于這這些加加工方方法都都是靠靠加工工表面面自身身定位位進(jìn)行行加工工的，，所以以機(jī)床床結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單單，精精度要要求不不高，，而且且大多多設(shè)計(jì)計(jì)成多多工位位機(jī)床床，并并能進(jìn)進(jìn)行多多機(jī)操操作，，所以以生產(chǎn)產(chǎn)效率率較高高，加加工成成本較較低。。5.4.2采用適適當(dāng)?shù)牡木蛹庸づc與光整整加工工方法法作為為終加加工工工序

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑對(duì)于承承受高高應(yīng)力力、交交變載載荷的的零件件，可可以采采用噴噴丸、、滾壓壓、輾輾光等等表面面強(qiáng)化化工藝藝使表表面層層產(chǎn)生生殘余余壓應(yīng)應(yīng)力和和冷作作硬化化并降降低表表面粗粗糙度度，同同時(shí)消消除磨磨削等等工序序的殘殘余拉拉應(yīng)力力，因因此可可大大大提高高疲勞勞強(qiáng)度度及抗抗應(yīng)力力腐蝕蝕性能能。借借助強(qiáng)強(qiáng)化工工藝還還可以以用次次等材材料替替代優(yōu)優(yōu)質(zhì)材材料，，以節(jié)節(jié)約貴貴重材材料。。但是采采用強(qiáng)強(qiáng)化工工藝時(shí)時(shí)應(yīng)注注意不不要造造成過過度硬硬化，，過度度硬化化會(huì)使使表面面層完完全失失去塑塑性性性質(zhì)甚甚至引引起顯顯微裂裂紋和和材料料剝落落，帶帶來不不良的的后果果。因因此，，采用用強(qiáng)化化工藝藝必須須控制制好工工藝參參數(shù)以以獲得得要求求的強(qiáng)強(qiáng)化表表面。。5.4.3采用表表面強(qiáng)強(qiáng)化工工藝

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑1.表面粗粗糙度度的測測定（（比較較法，，光切切法，，干涉涉法，，針描描法））2.冷作硬硬化的的測定定1）金相相法將試件件的側(cè)側(cè)面制制成金金相磨磨片，，腐蝕蝕后放放大200—1000倍，即即可從從其金金相組組織判判斷硬硬化深深度及及程度度。2）X光法將一束束X光線照照射在在金屬屬上,射線將將在晶晶胞中中反射射出來來，在在光譜譜上得得出許許多成成虛線線的干干涉圈圈。如如果晶晶粒破破碎或或晶格格扭曲曲變形形時(shí)，，則干干涉圈圈變成成實(shí)線線；如如果晶晶格參參數(shù)有有變化化，則則干干涉圈圈將產(chǎn)產(chǎn)生位位移，，同時(shí)時(shí)強(qiáng)度度減弱弱，可可用膠膠片記記錄其其結(jié)果果。利利用這這一原原理，，先照照出試試件基基體X光譜，，與加加工層層的X光譜比比較，，用機(jī)機(jī)械拋拋光或或電拋拋光逐逐次去去掉加加工層層，將將所照照X光譜比比較之之，直直至與與基體體一致致，即即可從從機(jī)械械拋光光等去去掉的的厚度度得到到硬化化深度度。5.4.4表面質(zhì)質(zhì)量的的檢查查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑2.冷作硬硬化的的測定定3）測量量顯微微硬度度法a、HV值法：：用機(jī)機(jī)械拋拋光或或電拋拋光逐逐層去去除冷冷硬層層，測測量其其顯微微硬度度，直直至與與基體體相同同為止止，從從去除除的厚厚度可可得到到硬化化深度度。b、硬硬化化層深深度h：在試試件的的側(cè)面面磨出出金相相磨片片，從從外向向內(nèi)打打顯微微硬度度，從從其硬硬度變變化得得知硬硬化深深度，，如果果硬化化層很很薄，，則這這種方方法不不行。。c、當(dāng)當(dāng)硬硬化層層很薄薄時(shí)，，可在在斜切切面上上測量量顯微微硬度度。一一般斜斜切角角ε=0o30’’～2o30’’，h=Isinεε，要注注意斜斜切方方向應(yīng)應(yīng)在縱縱向粗粗糙度度上，，即與與主運(yùn)運(yùn)動(dòng)方方向平平行，，斜切切加工工要用用研磨磨、電電加工工等方方法，，避免免在斜斜切面面上產(chǎn)產(chǎn)生加加工硬硬化而而影響響測量量效果果。5.4.4表面質(zhì)質(zhì)量的的檢查查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑2.冷作硬硬化的的測定定4）脆性性涂料料法5）激光全息息法6）再結(jié)晶法法5.4.4表面質(zhì)量的的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑3.金相組織變變化的測定定(1)氧化膜法磨削燒傷時(shí)時(shí)，表面形形成氧化膜膜，隨著燒燒傷時(shí)的溫溫不同，呈呈現(xiàn)不同顏顏色，從而而可看出其其燒程度。。(2)顯微硬度法法由于磨削燒燒傷時(shí)表層層的顯微硬硬度有變化化，故可從從顯微硬度度來測定燒燒傷的程度度和深度。。具體方法法同上。(3)金相組織法法同上(4)酸洗法將工件加工工面浸泡在在硝酸溶液液（3～5%HNO3）中30～45s后，如表面面呈黑色則則有燒傷，，呈暗灰色色則無燒傷傷。5.4.4表面質(zhì)量的的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑4.殘余應(yīng)力的的測定（1）物理化學(xué)學(xué)法將有殘余應(yīng)應(yīng)力的試件件放人相應(yīng)應(yīng)的腐蝕劑劑中，表面面就會(huì)產(chǎn)生生裂紋。從從裂紋的方方向可以判判斷殘余應(yīng)應(yīng)力的性質(zhì)質(zhì)，縱向裂裂紋是由切切向應(yīng)力引引起的，橫橫向裂紋是是由軸向拉拉應(yīng)力引起起的。從裂裂紋出現(xiàn)的的時(shí)間，可可定性的估估計(jì)殘余應(yīng)應(yīng)力的大小小。裂紋出出現(xiàn)愈快，，殘余應(yīng)力力愈大。所用腐蝕劑劑，對(duì)鋼來來說是弱堿堿溶液，對(duì)對(duì)黃銅、錫錫青銅來說說是銨、汞汞鹽。5.4.4表面質(zhì)量的的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑4.殘余應(yīng)力的的測定（2）光譜法在試件上放放一張銀箔箔并照下X光譜圖，得得到一系列列虛線的干干涉圈，并并將它作為為比較干涉涉線位移、、亮度、粗粗細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。在試件件上照下光光譜圖，與與銀箔X光譜圖進(jìn)行行比較：1）干涉線由由虛線變?yōu)闉閷?shí)線；工工件由于受受力、熱作作用產(chǎn)生塑塑性變形的的整體內(nèi)應(yīng)應(yīng)力。2）干涉線沖沖散，線條條好象變粗粗；由于多多晶體金屬屬晶粒變形形產(chǎn)生的殘殘余應(yīng)力。。3）干涉線變變暗；由于于工件冷作作硬化產(chǎn)生生的殘余應(yīng)應(yīng)力。4）干涉線變變暗變寬而而旁有麻點(diǎn)點(diǎn)，上述三三種應(yīng)力都都存在。5.4.4表面質(zhì)量的的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑4.殘余應(yīng)力的的測定（3）機(jī)械法這種方法的的原理是根根據(jù)變形量量來計(jì)算殘殘余應(yīng)力的的大小，只只能測量第第一類殘余余應(yīng)力，是是實(shí)驗(yàn)室常常用的定量量測試方法法。具體實(shí)實(shí)驗(yàn)原理見見材料力學(xué)學(xué)有關(guān)知識(shí)識(shí)。5.4.4表面質(zhì)量的的檢查

5.4

控制加工表面質(zhì)量的途徑5.裂紋的測定定如果表面經(jīng)經(jīng)過精加工工，可能用用肉眼就能能發(fā)現(xiàn)，也也可用滲透透法看出。。內(nèi)在的裂裂紋可以用用磁力探傷傷、超聲波波探傷或發(fā)發(fā)聲裝置等等來檢查。。（1）磷粉探探傷（2）超聲波探探傷（3）渦流探傷傷法（4）聲發(fā)射檢檢測（5）顯微分析析法5.4.4表面質(zhì)量的的檢查5.4控制加工表表面質(zhì)量的的途徑機(jī)械加工過過程中產(chǎn)生生的振動(dòng)，，也和其它它的機(jī)械振振動(dòng)一樣，，按其產(chǎn)生生的原因可可分為自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)三大類。振動(dòng)會(huì)在工工件加工表表面出現(xiàn)振振紋，降低低了工件的的加工精度度和表面質(zhì)質(zhì)量；振動(dòng)會(huì)引起起刀具崩刃刃打刀現(xiàn)象象并加速刀刀具或砂輪輪的磨損；；振動(dòng)使機(jī)床床連接部分分松動(dòng)，影影響運(yùn)動(dòng)副副的工作性性能，并導(dǎo)導(dǎo)致機(jī)床喪喪失精度；；強(qiáng)烈的振動(dòng)動(dòng)及伴隨而而來的噪聲聲，還會(huì)污污染環(huán)境，，危害操作作者的身心心健康。為為減小加工工過程中的的振動(dòng)，有有時(shí)不得不不降低切削削用量，使使機(jī)械加工工生產(chǎn)率降降低。5.5.1機(jī)械加工中中的振動(dòng)及及其分類5.5機(jī)械加工中中的振動(dòng)及及其控制措措施機(jī)械加工振振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到到初始干擾擾力激勵(lì)破破壞了其平衡狀態(tài)后后，系統(tǒng)僅僅靠彈性恢恢復(fù)力來維持的振動(dòng)動(dòng)稱為自由由振動(dòng)。由由于總存在阻尼，自自由振動(dòng)將將逐漸衰減減。(占5%)系統(tǒng)在周期期性激振力力(干擾力)持續(xù)作用下產(chǎn)生的振振動(dòng)，稱為為強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)態(tài)過程是諧諧振動(dòng)，只只要有激振力存在振振動(dòng)系統(tǒng)就就不會(huì)被阻阻尼衰減掉。(占30%)在沒有周期期性干擾力力作用的情情況下，由振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)本身產(chǎn)生生的交變力力所激發(fā)和維持的振振動(dòng)，稱為為自激振動(dòng)動(dòng)。切削過程中產(chǎn)生生的自激振振動(dòng)也稱為為顫振。(占65%)

5.5

機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施5.5.1機(jī)械加工中中的振動(dòng)及及其分類按工藝系統(tǒng)統(tǒng)的自由度度數(shù)量分：：單自由度系系統(tǒng)振動(dòng)：：用一個(gè)獨(dú)獨(dú)立坐標(biāo)就就可以確定定的振動(dòng)；；多自由度系系統(tǒng)振動(dòng)：：用多個(gè)獨(dú)獨(dú)立坐標(biāo)才才能確定的的振動(dòng)；5.5.1機(jī)械加工中的的振動(dòng)及其分分類

5.5

機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施強(qiáng)迫振動(dòng)的振振源有來自機(jī)機(jī)床內(nèi)部的機(jī)內(nèi)振源和來自機(jī)床外外部的機(jī)外振源兩大類。機(jī)外外振源甚多，，但它們都是是通過地基傳傳給機(jī)床的，，可通過加設(shè)設(shè)隔振地基來來隔離。強(qiáng)迫振動(dòng)的振源系統(tǒng)外部的周周期性干擾力力旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)質(zhì)量偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺缺陷切削過程的間間隙特性機(jī)床電機(jī)的振振動(dòng)機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件不平衡引引起的振動(dòng)機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)缺陷引起的的振動(dòng)，如齒齒輪的側(cè)隙、、皮帶張緊力力的變化等切削過程中的的沖擊引起的的振動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件件的慣性力引引起的振動(dòng)5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

5.5

機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施內(nèi)圓磨削振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)a)模型示意圖b）動(dòng)力學(xué)模型型c）受力圖1、動(dòng)力學(xué)模型型的建立5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施1、動(dòng)力學(xué)模型型的建立幾點(diǎn)假設(shè)：1）（a）只有質(zhì)量、、沒有彈性的的集中質(zhì)量，，（b）只有彈性、、沒有質(zhì)量的的集中彈簧；；2）阻尼力在線線性范圍內(nèi)，，即：3）系統(tǒng)在平衡衡位置附近作作微小的振動(dòng)動(dòng)。5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)動(dòng)規(guī)律建立微微分方程：式中α—衰減系數(shù)，ω0—系統(tǒng)無阻尼振振動(dòng)時(shí)的固有有頻率，ω—激振力頻率該式是一個(gè)二二階常系數(shù)線線性非齊次微微分方程。根根據(jù)微分方程理論，當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)為小阻阻尼時(shí)，它的的解由令而得到的齊次方程的通通解和非齊次次方程的一個(gè)個(gè)特解組成：：1、動(dòng)力學(xué)模型型的建立5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施(a)(b)(c)等式右邊第一一項(xiàng)表示具有有粘性阻尼的的自由振動(dòng)，，如(a)所示；第二項(xiàng)項(xiàng)表示有阻尼尼的強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)，如(b)所示；二者疊疊加后的振動(dòng)動(dòng)過程如圖(c)所示。經(jīng)過一一段時(shí)間后，，衰減振動(dòng)會(huì)會(huì)很快衰減掉掉了，而強(qiáng)迫迫振動(dòng)則持續(xù)續(xù)下去，形成成振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)態(tài)過程。5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后的的振動(dòng)方程(即特解)為：式中A—強(qiáng)迫振動(dòng)的幅幅值；φ—振動(dòng)體位移相相對(duì)于激振力力的相位角；；t—時(shí)間其中強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的振幅為：：相位角為：1、動(dòng)力學(xué)模型型的建立5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施式中f—f=F0/m；A0—系統(tǒng)在靜力F0作用下的靜位位移(m)k—系統(tǒng)的靜剛度度(N/m)；λ—頻率比，λ＝ω/ω0ζ—阻尼比，δc—臨界阻尼系數(shù)數(shù)，1、動(dòng)力學(xué)模型型的建立5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施1）強(qiáng)迫振動(dòng)是是由周期性激激振力引起的的，不會(huì)被阻阻尼衰減掉，，振動(dòng)本身也也不能使激振振力變化。2）強(qiáng)迫振動(dòng)的的振動(dòng)頻率與與外界激振力力的頻率相同同，而與系統(tǒng)統(tǒng)的固有頻率率無關(guān)。3）強(qiáng)迫振動(dòng)的的幅值既與激激振力的幅值值有關(guān)，又與與工藝系統(tǒng)的的特性有關(guān)。。①激振力的的影響：A0=F0/k2、強(qiáng)迫振動(dòng)的的特征5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施Ⅰ）當(dāng)λ→0時(shí)，η→1，λ<0.6~0.7，準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，，在該區(qū)增加加系統(tǒng)靜剛度度，可減小振振動(dòng)。Ⅱ）當(dāng)λ→1時(shí)，η會(huì)急劇增大，，此現(xiàn)象稱為為共振，0.7<λ<1.4的區(qū)域稱為共共振區(qū)，在該該區(qū)增大阻尼尼→共振↓Ⅲ）當(dāng)λ>>1時(shí)，η→0，λ>1.4區(qū)域稱為慣性性區(qū)，在該區(qū)區(qū)增加振動(dòng)體體的質(zhì)量，可可減小振動(dòng)振振幅。②頻率比λ的影響動(dòng)態(tài)放大系數(shù)數(shù)：2、強(qiáng)迫振動(dòng)的的特征5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施幅—頻曲線2、強(qiáng)迫振動(dòng)的的特征5.5.2機(jī)械加工中的的強(qiáng)迫振動(dòng)及及其控制措施施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施靜剛度度k=F0/A0是工藝藝系統(tǒng)統(tǒng)本身身的屬屬性，，在線線性范范圍內(nèi)內(nèi)，可可以認(rèn)認(rèn)為它它與外外載荷荷無關(guān)關(guān)，動(dòng)動(dòng)剛度度kd除與k成正比比外，，還與與系統(tǒng)統(tǒng)阻尼尼、頻頻率比比λ和阻尼尼比ζ有關(guān)。。靜剛剛度影影響工工件的的幾何何形狀狀及尺尺寸精精度，，動(dòng)剛剛度影影響工工件的的表面面粗糙糙度。。3、振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)剛度度當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)在周周期性性動(dòng)載載荷作作用下下，交交變力力的幅幅值與與振幅幅（動(dòng)動(dòng)態(tài)位位移））之比比稱為為系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)動(dòng)剛度度。即即：5.5.2機(jī)械加加工中中的強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)及及其控控制措措施

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機(jī)械加工中的振動(dòng)及其控制措施5.5.2機(jī)械加加工中中的強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)及及其控控制措措施減小強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)的的措施施減小激激振力力調(diào)整振振源頻頻率提高工工藝系系統(tǒng)的的剛度度和阻阻尼采取隔隔振措措施采用減減振裝裝置。。

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機(jī)械加工中