機(jī)械加工表面質(zhì)量培訓(xùn)課件(一)

第七章機(jī)械加工表面質(zhì)量保證機(jī)器的使用性能和延長(zhǎng)使用壽命，需提高機(jī)器零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性、密封性、接觸剛度等性能，主要取決于零件的表面質(zhì)量。機(jī)械加工表面質(zhì)量是機(jī)械零件加工質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。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。旨在研究零件表面層在加工中的變化和機(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，控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。主要討論機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)理等。對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生的表面質(zhì)量問(wèn)題從理論上作出解釋，提出提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的途徑。本章提要表面質(zhì)量的含義表面質(zhì)量是指機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。有兩部分：⑴表面層的幾何形狀表面粗糙度：是指表面微觀幾何形狀誤差，其波高與波長(zhǎng)的比值在L1/H1＜40的范圍內(nèi)。表面波度：

是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差L3/H3＞1000）和表面粗糙度之間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波高與波長(zhǎng)的比值在40≤L2/H2≤1000的范圍。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量圖8.1表面幾何形狀⑵表面層的物理機(jī)械性能表面層冷作硬化（簡(jiǎn)稱冷硬）：零件在機(jī)械加工中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強(qiáng)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(guò)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(guò)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。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響對(duì)零件耐磨性的影響在摩擦副的材料、熱處理情況和潤(rùn)滑條件已經(jīng)確定的情況下，零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定性的作用。兩個(gè)表面粗糙度值很大的零件接觸，最初接觸的只是一些凸峰頂部，實(shí)際接觸面積比名義接觸面積小得多，這樣單位接觸面積上的壓力就很大，當(dāng)壓力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，凸峰部分產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)兩個(gè)零件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生剪切、凸峰斷裂或塑性滑移，初期磨損速度很快。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量圖8.2表面粗糙度與初期磨損量關(guān)系曲線存在最佳點(diǎn)，對(duì)應(yīng)零件最耐磨的粗糙度，此時(shí)零件的初期磨損量最小。若載荷加重或潤(rùn)滑條件惡化，磨損曲線將向上向右移動(dòng)，最佳粗糙度值也隨之右移。在表面粗糙度大于最佳值時(shí)，減小表面粗糙度值可減少初期磨損量。但當(dāng)表面粗糙度小于最佳值時(shí)，零件實(shí)際接觸面積就增大，接觸面積之間的潤(rùn)滑油被擠出，金屬表面直接接觸，因金屬分子間的親和力而發(fā)生粘結(jié)（稱為冷焊），隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，粘結(jié)處在剪切力的作用下發(fā)生撕裂破壞。有時(shí)還由于摩擦產(chǎn)生的高溫，使摩擦面局部熔化（稱為熱焊）等原因，使接觸表面遭到破壞，初期磨損量反而急劇增加。一對(duì)摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度值，在確定機(jī)器零件的技術(shù)條件時(shí)應(yīng)該根據(jù)零件工作的情況及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定合理的粗糙度。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量圖8.3表示兩個(gè)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)3~4倍。試驗(yàn)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(shí)際接觸面積，后者決定潤(rùn)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?。表面粗糙度?duì)耐磨性能的影響，還與粗糙度的輪廓形狀及紋路方向有關(guān)。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量表面層的冷硬可顯著地減少零件的磨損。原因：冷硬提高了表面接觸點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度，減少了進(jìn)一步塑性變形的可能性，并減少了摩擦表面金屬的冷焊現(xiàn)象。但如果表面硬化過(guò)度，零件心部和表面層硬度差過(guò)大，會(huì)發(fā)生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)，由于改變了基體材料原來(lái)的硬度，因而也直接影響其耐磨性。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量對(duì)零件件疲勞勞強(qiáng)度度的影影響在周期期性的的交變變載荷荷作用用下，，零件件表面面微觀觀不平平與表表面的的缺陷陷一樣樣都會(huì)會(huì)產(chǎn)生生應(yīng)力集集中現(xiàn)象，，而且且表面面粗糙糙度值值越大大，即即凹陷陷越深深和越越尖，，應(yīng)力力集中中越嚴(yán)嚴(yán)重，，越容容易形形成和和擴(kuò)展展疲勞勞裂紋紋而造造成零零件的的疲勞勞損壞壞。鋼件對(duì)對(duì)應(yīng)力力集中中敏感感，鋼鋼材的的強(qiáng)度度越高高，表表面粗粗糙度度對(duì)疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度的的影響響越大大。含含有石石墨的的鑄鐵鐵件相相當(dāng)于于存在在許多多微觀觀裂紋紋，與與有色色金屬屬件一一樣對(duì)對(duì)應(yīng)力力集中中不敏敏感，，表面面粗糙糙度對(duì)對(duì)疲勞勞強(qiáng)度度的影影響就就不明明顯。。加工紋紋路方方向?qū)ζ趧趶?qiáng)度度的影影響更更大，，如果果刀痕痕與受受力方方向垂垂直，，則疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度將將顯著著降低低。機(jī)械加加工后后的表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零件件疲勞勞強(qiáng)度度的影影響零件表表面的的冷硬硬層能能夠阻阻礙裂裂紋的的擴(kuò)大大和新新裂紋紋的出出現(xiàn)，因?yàn)闉橛赡δΣ翆W(xué)學(xué)可知知疲勞勞源的的位置置在冷冷硬層層的中中部，，因此此冷硬硬可以以提高高零件件的疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。。但冷冷硬層層過(guò)深深或過(guò)過(guò)硬則則容易易產(chǎn)生生裂紋紋，反反而會(huì)會(huì)降低低疲勞勞強(qiáng)度度。所所以冷冷硬要要適當(dāng)當(dāng)。表面層層的內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力對(duì)疲疲勞強(qiáng)強(qiáng)度的的影響響很大大。表面層層殘余余的壓壓應(yīng)力力能夠夠部分分地抵抵消工工作載載荷施施加的的拉壓壓力，，延緩緩疲勞勞裂紋紋擴(kuò)展展。而而殘余余拉應(yīng)應(yīng)力容容易使使已加加工表表面產(chǎn)產(chǎn)生裂裂紋而而降低低疲勞勞強(qiáng)度度。帶帶有不不同殘殘余應(yīng)應(yīng)力表表面層層的零零件，，其疲疲勞壽壽命可可相差差數(shù)倍倍至數(shù)數(shù)十倍倍。機(jī)械加加工后后的表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零件件抗腐腐蝕性性能的的影響響零件表表面粗粗糙度度值越越大，，潮濕濕空氣氣和腐腐蝕介介質(zhì)越越容易易堆積積在零零件表表面凹凹處而而發(fā)生生化學(xué)腐腐蝕，或在在凸峰峰間產(chǎn)產(chǎn)生電電化學(xué)學(xué)作用用而引引起電化學(xué)學(xué)腐蝕蝕，故抗抗腐蝕蝕性能能越差差。表面冷冷硬和和金相相組織織變化化都會(huì)會(huì)產(chǎn)生生內(nèi)應(yīng)應(yīng)力。。零件件在應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)下下工作作時(shí)，，會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)力腐腐蝕，若有有裂紋紋，則則更增增加了了應(yīng)力力腐蝕蝕的敏敏感性性。因因此表表面內(nèi)內(nèi)應(yīng)力力會(huì)降降低零零件的的抗腐腐蝕性性能。。機(jī)械加加工后后的表表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零件件的其其它影影響表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)對(duì)零件件的配合質(zhì)質(zhì)量、、密封封性能能及摩摩擦系系數(shù)都有很很大的的影響響。表表面粗粗糙度度值越越大，，初期期磨損損量越越大，，對(duì)動(dòng)動(dòng)配合合來(lái)說(shuō)說(shuō)，使使用不不久就就會(huì)使使配合合性質(zhì)質(zhì)發(fā)生生變化化；對(duì)對(duì)靜配配合來(lái)來(lái)說(shuō)，，壓裝裝時(shí)會(huì)會(huì)減少少過(guò)盈盈量，，降低低配合合強(qiáng)度度。零件表表面層層狀態(tài)態(tài)對(duì)其其使用用性能能有如如此大大的影影響是是因?yàn)闉椋撼谐惺茌d載荷應(yīng)應(yīng)力最最大的的表面面層是是金屬屬的邊邊界，，機(jī)械械加工工后破破壞了了晶粒粒的完完整性性，從從而降降低了了表面面的某某些機(jī)機(jī)械性性能。。表面面層有有裂紋紋、加加工痕痕跡等等各種種缺陷陷，在在動(dòng)載載荷的的作用用下，，可能能引起起應(yīng)力力集中中而導(dǎo)導(dǎo)致破破壞。。零件件表面面經(jīng)過(guò)過(guò)加工工后，，表面面層的的物理理、機(jī)機(jī)械、、冶金金和化化學(xué)性性能都都變得得和基基體材材料不不同了了。機(jī)械加加工后后的表表面質(zhì)質(zhì)量切削加加工后后的表表面粗粗糙度度切削加加工時(shí)時(shí)表面面粗糙糙度的的形成成，大大致可可歸納納為三三方面面的原原因：：幾何因因素物理因因素工藝系系統(tǒng)的的振動(dòng)動(dòng)機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度幾何因因素由刀具具相對(duì)對(duì)于工工件作作進(jìn)給給運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)在在加工工表面面上遺遺留下下來(lái)的的切削削層殘殘留面面積（（圖8.5）。理理論上上的最最大粗粗糙度度Rmax可由刀刀具形形狀、、進(jìn)給給量f，按按幾何何關(guān)系系求得得。當(dāng)當(dāng)不考考慮刀刀尖圓圓弧半半徑時(shí)時(shí)：當(dāng)背吃吃刀量量和進(jìn)進(jìn)給量量很小小時(shí)，，粗糙糙度主主要由由刀尖尖圓弧弧構(gòu)成成：機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度圖8.5切切削層層殘留留面積積機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度物理因因素由圖知知，實(shí)實(shí)際粗粗糙度度與理理論粗粗糙度度差別別較大大。主要是是與被被加工工材料料的性性能及及切削削機(jī)理理有關(guān)關(guān)的物物理因因素的的影響響。切切削過(guò)過(guò)程中中刀具具的刃刃口圓圓角及及后刀刀面對(duì)對(duì)工件件擠壓壓與摩摩擦而而產(chǎn)生生塑性性變形形。韌韌性越越好的的材料料塑性性變形形越大大，且且容易易出現(xiàn)現(xiàn)積屑屑瘤與與鱗刺刺，使使粗糙糙度嚴(yán)嚴(yán)重惡惡化。。還有切切削用用量、、冷卻卻潤(rùn)滑滑液和和刀具具材料料等因因素影影響。。圖8.6塑塑性材材料加加工后后表面面的實(shí)實(shí)際輪輪廓和和理論論輪廓廓機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度影響因因素可可歸納納為三三方面面：與磨削削過(guò)程程和砂砂輪結(jié)結(jié)構(gòu)有有關(guān)的的幾何何因素素與磨削削過(guò)程程和被被加工工材料料塑性性變形形有關(guān)關(guān)的物物理因因素工藝系系統(tǒng)的的振動(dòng)動(dòng)因素素機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度從幾何何因素素看，，砂輪輪上磨磨粒的的微刃刃形狀狀和分分布對(duì)對(duì)于磨磨削后后的表表面粗粗糙度度是有有影響響的。。磨削削表面面是由由砂輪輪上大大量的的磨粒粒刻劃劃出無(wú)無(wú)數(shù)極極細(xì)的的構(gòu)槽槽形成成的，，每單單位面面積上上刻痕痕越多多，即即通過(guò)過(guò)每單單位面面積的的磨粒粒數(shù)越越多，，以及及刻痕痕的等等高性性能好好，粗粗糙度度也就就越低低。從物理理因素素看，，大多多數(shù)磨磨粒只只有滑滑擦、、耕犁犁作用用。在在滑擦擦作用用下，，被加加工表表面只只有彈彈性變變形，，不產(chǎn)產(chǎn)生切切屑；；在耕耕犁作作用下下，磨磨粒在在工件件表面面上刻刻劃出出一條條溝痕痕，工工件材材料被被擠向向兩邊邊產(chǎn)生生隆起起，此此時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生塑塑性變變形但但仍不不產(chǎn)生生切屑屑。磨磨削量量是經(jīng)經(jīng)過(guò)很很多后后繼磨磨粒的的多次次擠壓壓因疲疲勞而而斷裂裂、脫脫落，，所以以加工工表面面的塑塑性變變形很很大，，表面面粗糙糙度值值越大大。機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度為了降降低表表面粗粗糙度度值，，應(yīng)考考慮以以下主主要影影響因因素：：①砂輪輪的粒粒度砂輪的的粒度度愈細(xì)細(xì)，則則砂輪輪單位位面積積上的的磨粒粒數(shù)愈愈多，，在工工件上上的刻刻痕也也愈密密而細(xì)細(xì)，所所以粗粗糙度度值愈愈低。。②砂輪輪的修修整砂輪的的修整整質(zhì)量量越高高，砂砂輪工工作表表面上上的等等高微微刃（圖8.7）就越多多，因因而磨磨出的的工件件表面面粗糙糙度值值也就就愈低低。圖8.7磨磨粒上上的微微刃機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度③砂輪輪速度度提高砂砂輪速速度可可以增增加單單位時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)工件件單位位面積積上的的刻痕痕數(shù)，，同時(shí)時(shí)塑性性變形形造成成的隆隆起量量隨著著砂輪輪速度度的增增大而而下降降，原原因是是高速速下塑塑性變變形的的傳播播速度度小于于磨削削速度度，材材料來(lái)來(lái)不及及變形形，因因而粗粗糙度度可以以顯著著降低低。④工件件速度度工件速速度越越大，，單個(gè)個(gè)磨粒粒的磨磨削厚厚度就就越大大，單單位時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)磨削削工件件表面面的磨磨粒數(shù)數(shù)減少少，表表面粗粗糙度度值增增大。。機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度⑤徑向向進(jìn)給給量增大磨磨削徑徑向進(jìn)進(jìn)給量量將增增加塑塑性變變形的的程度度從而而增大大粗糙糙度。。通常常在磨磨削過(guò)過(guò)程開開始時(shí)時(shí)采用用較大大的徑徑向進(jìn)進(jìn)給量量，以以提高高生產(chǎn)產(chǎn)率，，而在在最后后采用用小徑徑向進(jìn)進(jìn)給量量或無(wú)無(wú)徑向向進(jìn)給給量磨磨削，，以降降低粗粗糙度度值。。⑥軸向向進(jìn)給給量磨削時(shí)時(shí)采用用較小小的軸軸向進(jìn)進(jìn)給量量，則則磨削削后表表面粗粗糙度度較低低。機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度磨削加加工后后的表表面粗粗糙度度另外，，引起起磨削削表面面粗糙糙度增增大的的主要要原因因還往往往是是工藝系系統(tǒng)的的振動(dòng)動(dòng)所致。。增加工工藝系系統(tǒng)剛剛度和和阻尼尼，做做好砂砂輪的的動(dòng)平平衡以以及合合理地地修整整砂輪輪可顯著著降低低粗糙糙度。。機(jī)械加加工后后的表表面粗粗糙度度機(jī)械加加工后后表面面層的的冷作作硬化化切削或或磨削削加工工時(shí)，，表面面層金金屬由由于塑塑性變變形使使晶體體間產(chǎn)產(chǎn)生剪剪切滑滑移，，晶格格發(fā)生生拉長(zhǎng)長(zhǎng)、扭扭曲和和破碎碎而得得到強(qiáng)強(qiáng)化。。冷作硬硬化的的特點(diǎn)點(diǎn)：變形抵抵抗力力提高高（屈屈服點(diǎn)點(diǎn)提高高），，塑性性降低低（相相對(duì)延延伸率率降低低）。。冷硬的的指標(biāo)標(biāo):通常用用冷硬硬層的的深度度h、、表面面層的的顯微微硬度度H以以及硬硬化程程度N來(lái)表表示（（圖8.8），其其中N=H/H0，H0為原來(lái)的的顯微硬硬度。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能圖8.8切切削加工工后表面面層的冷冷硬機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能表面層冷冷作硬化化的程度度決定于于產(chǎn)生塑塑性變形形的力、、變形速速度及變變形時(shí)的的溫度。。力越大，，塑性變變形越大大，則硬硬化程度度越大；；速度越大大，塑性性變形越越不充分分，則硬硬化程度度越小；；變形時(shí)的的溫度不不僅影響響塑性變變形程度度，還會(huì)會(huì)影響變變形后金金相組織織的恢復(fù)復(fù)程度。。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能切削加工工時(shí)表面面層的硬硬化可能能有兩種種情況：：完全強(qiáng)化化此時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)晶格歪歪扭以及及纖維結(jié)結(jié)構(gòu)和變變形層物物理機(jī)械械性質(zhì)的的改變；；不完全強(qiáng)強(qiáng)化若溫度超超過(guò)（0.25~0.30））T熔（熔化絕絕對(duì)溫度度），則則除了強(qiáng)強(qiáng)化現(xiàn)象象外，同同時(shí)還有有回復(fù)現(xiàn)現(xiàn)象，此此時(shí)歪扭扭的晶格格局部得得到恢復(fù)復(fù)，減低低了冷硬硬作用；；如果溫溫度超過(guò)過(guò)0.30T熔熔就會(huì)發(fā)發(fā)生金屬屬再結(jié)晶晶，此時(shí)時(shí)由于強(qiáng)強(qiáng)化而改改變了的的表面層層物理機(jī)機(jī)械性能能幾乎可可以完全全恢復(fù)。。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工時(shí)表面面層的冷冷作硬化化就是強(qiáng)化作用用和回復(fù)復(fù)作用的的綜合結(jié)結(jié)果。切削溫度度越高、、高溫持持續(xù)時(shí)間間越長(zhǎng)、、強(qiáng)化程程度越大大，則回回復(fù)作用用也就越越強(qiáng)。因此對(duì)高高溫下工工作的零零件，能能保證疲疲勞強(qiáng)度度的最佳佳表面層層是沒(méi)有有冷硬層層或者只只有極小小（10~20μm））冷作硬硬化的表表面層。。冷作硬化化產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能①刀具刀具的切切削刃口口圓角和和后刀面面的磨損損量對(duì)于于冷硬層層有很大大的影響響，此兩兩值增大大時(shí)，冷冷硬層深深度和硬硬度也隨隨之增大大。前角角減少時(shí)時(shí)，冷硬硬也增大大。②被加工工材料被加工材材料硬度度愈低、、塑性愈愈大，切切削后的的冷硬現(xiàn)現(xiàn)象愈嚴(yán)嚴(yán)重。影響冷作作硬化的的主要因因素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能③切削用用量切削速度度增大時(shí)時(shí)，刀具具與工件件接觸時(shí)時(shí)間短，，塑性變變形程度度減少，，同時(shí)會(huì)會(huì)使溫度度增高，，有助于于冷硬的的回復(fù)，，所以硬硬化層深深度和硬硬度都有有所減少少。進(jìn)給量增增大時(shí)，，切削力力增大，，塑性變變形程度度也增大大，因此此硬化現(xiàn)現(xiàn)象增大大。但在在進(jìn)給量量較小時(shí)時(shí)，由于于刀具的的刃口圓圓角在加加工表面面單位長(zhǎng)長(zhǎng)度上的的擠壓次次數(shù)增多多，因此此硬化傾傾向也會(huì)會(huì)增大。。徑向進(jìn)進(jìn)給量增增大時(shí)，，冷硬層層深度也也有所增增大，但但其影響響程度不不顯著。。影響冷作作硬化的的主要因因素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工后表面面層金相相組織的的變化磨削加工工時(shí)切削削力比其其它加工工方法大大數(shù)十倍倍，切削削速度也也非常高高，所以以功率消消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其其它切削削方法。。由于砂輪輪導(dǎo)熱性性差、切切屑數(shù)量量少，磨磨削過(guò)程程中能量量轉(zhuǎn)化的的熱大部部分都傳傳給了工工件。磨磨削時(shí)，，在很短短的時(shí)間間內(nèi)磨削削區(qū)溫度度可上升升到400~1000oC，甚至至更高。。這樣大的的加熱速速度，促促使加工工表面局局部形成成瞬時(shí)熱熱聚集現(xiàn)現(xiàn)象，有有很高溫溫升和很很大的溫溫度梯度度，出現(xiàn)現(xiàn)金相組組織的變變化，強(qiáng)強(qiáng)度和硬硬度下降降，產(chǎn)生生殘余應(yīng)應(yīng)力，甚甚至引起起裂紋，，這就是是磨削燒傷傷現(xiàn)象。金相組織織變化的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能磨削淬火火鋼時(shí)，，由于磨磨削燒傷傷，工件件表面產(chǎn)產(chǎn)生氧化化膜并呈呈現(xiàn)出黃黃、褐、、紫、青青、灰等等不同顏顏色，相相當(dāng)于鋼鋼的回火火色。不同的燒燒傷色表表示受到到不同溫溫度的作作用與產(chǎn)產(chǎn)生不同同的燒傷傷深度。。有時(shí)表表面雖看看不出變變色，但但并不等等于表面面未受熱熱損傷。。例如在磨磨削過(guò)程程中由于于采用過(guò)過(guò)大的磨磨削用量量，造成成了很深深的燒傷傷層，以以后的無(wú)無(wú)進(jìn)給磨磨削中磨磨去了表表面的燒燒傷色，，而未能能除去燒燒傷層，，則留在在工件上上的燒傷傷層就會(huì)會(huì)成為使使用中的的隱患。。金相組織織變化的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能磨削淬火火鋼時(shí)表表面層產(chǎn)產(chǎn)生的燒燒傷有以以下三種種：①回火燒燒傷磨削區(qū)溫溫度超過(guò)過(guò)馬氏體體轉(zhuǎn)變溫溫度而未未超過(guò)相相變溫度度，則工工件表面面原來(lái)的的馬氏體體組織將將產(chǎn)生回回火現(xiàn)象象，轉(zhuǎn)化化成硬度度降低的的回火組組織———索氏體體或屈氏氏體；②淬火燒燒傷磨削區(qū)溫溫度超過(guò)過(guò)相變溫溫度，馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體，，由于冷冷卻液的的急冷作作用，表表層會(huì)出出現(xiàn)二次次淬火馬馬氏體，，硬度較較原來(lái)的的回火馬馬氏體高高，而它它的下層層則因?yàn)闉槔鋮s緩緩慢成為為硬度降降低的回回火組織織。③退火燒燒傷不同冷卻卻液進(jìn)行行干磨削削時(shí)，磨磨削區(qū)溫溫度超過(guò)過(guò)相變溫溫度，馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閵W奧氏體，，因工件件冷卻緩緩慢，則則表層硬硬度急劇劇下降，，這時(shí)工工件表層層被退火火。金相組織織變化的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能影響磨削削加工時(shí)時(shí)金相組組織變化化的因素素有:工件材料料磨削溫度度溫度梯度度冷卻速度度等。影響磨削削加工時(shí)時(shí)金相組組織變化化的因素素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能工件材料料為低碳鋼時(shí)不會(huì)發(fā)發(fā)生相變變；高合金鋼鋼如軸承鋼鋼、高速速鋼、鎳鎳鉻鋼等等傳熱性性特別差差，在冷冷卻不充充分時(shí)易易出現(xiàn)磨磨削燒傷傷。未淬火鋼鋼為擴(kuò)散度度低的珠珠光體，，磨削時(shí)時(shí)間短時(shí)時(shí)不會(huì)發(fā)發(fā)生金相相組織的的變化；；淬火鋼極易相變變。影響磨削削加工時(shí)時(shí)金相組組織變化化的因素素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能圖8.9磨磨削高碳碳淬火鋼鋼時(shí)表面面的硬度度分布機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能當(dāng)磨削深深度小于于10μμm時(shí)，，由于溫溫度的影影響使表表面層的的回火馬馬氏體產(chǎn)產(chǎn)生弱化化，并與與塑性變變形產(chǎn)生生的冷作作硬化現(xiàn)現(xiàn)象綜合合而產(chǎn)生生了比基基體硬度度低的部部分，而而表面的的里層由由于磨削削加工中中的冷作作硬化起起了主導(dǎo)導(dǎo)作用而而又產(chǎn)生生了比基基體硬度度高的部部分。當(dāng)磨削深深度為20~30μm時(shí)，冷冷作硬化化的影響響減少，，磨削溫溫度起了了主導(dǎo)作作用。由由于磨削削區(qū)溫度度高于馬馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度度，低于于相變溫溫度而使使表面層層馬氏體體回火產(chǎn)產(chǎn)生回火火燒傷。。當(dāng)磨削深深度增大大至50μm時(shí)時(shí)，磨削削區(qū)最高高溫度超超過(guò)了相相變臨界界溫度，，急冷時(shí)時(shí)產(chǎn)生淬淬火燒傷傷，而再再往里層層則硬度度又逐漸漸升高直直至未受受熱影響響的基體體組織。。影響磨削削加工時(shí)時(shí)金相組組織變化化的因素素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工后表面面層的殘殘余應(yīng)力力在機(jī)械加加工中，，工件表表面層金金屬相對(duì)對(duì)基體金金屬發(fā)生生形狀、、體積的的變化或或金相組組織變化化時(shí)，工工件表面面層中將將殘留相相互平衡衡的殘余余應(yīng)力。。產(chǎn)生表表面層殘殘余應(yīng)力力的原因因：⑴冷態(tài)塑塑性變形形機(jī)械加工工時(shí)，表表層金屬屬產(chǎn)生強(qiáng)強(qiáng)烈的塑塑性變形形。沿切切削速度度方向表表面產(chǎn)生生拉伸變變形，晶晶粒被拉拉長(zhǎng)，金金屬密度度會(huì)下降降，即比比容增大大，而里里層材料料則阻礙礙這種變變形，因因而在表表面層產(chǎn)產(chǎn)生殘余余壓應(yīng)力力，在里里層則產(chǎn)產(chǎn)生殘余余拉應(yīng)力力。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能⑵熱態(tài)塑塑性變形形機(jī)械加工工時(shí)，切切削或磨磨削熱使使工件表表面局部部溫升過(guò)過(guò)高，引引起高溫溫塑性變變形。圖圖8.10為因因加工溫溫度而引引起殘余余應(yīng)力的的示意圖圖。第1層溫溫度在塑塑性溫度度以上，，產(chǎn)生熱熱塑變形形，故沒(méi)沒(méi)有應(yīng)力力；第2層溫度度在塑性性溫度與與室溫之之間，只只產(chǎn)生彈彈性熱膨膨脹，膨膨脹受到到第3層層的阻礙礙，產(chǎn)生生壓應(yīng)力力；第3層處在在室溫的的冷態(tài)層層不產(chǎn)生生熱變形形，產(chǎn)生生拉應(yīng)力力。開始始冷卻時(shí)時(shí)，當(dāng)?shù)诘?層冷冷到塑性性溫度以以下，體體積收縮縮，但第第2層阻阻礙其收收縮，第第1層中中產(chǎn)生拉拉應(yīng)力，，第2層層中的壓壓應(yīng)力增增加。而而由于第第2層的的冷卻收收縮，第第3層中中的拉應(yīng)應(yīng)力有所所減小。。最后冷冷卻時(shí)，，第1層層繼續(xù)收收縮，拉拉應(yīng)力進(jìn)進(jìn)一步增增大，而而第2層層熱膨脹脹全部消消失，完完全由第第1層的的收縮而而形成一一個(gè)不大大的壓應(yīng)應(yīng)力，第第3層拉拉應(yīng)力消消失，而而與第2層一起起受第1層的影影響，也也形成一一個(gè)不大大的壓應(yīng)應(yīng)力。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能⑶金相組組織變化化切削時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生的高高溫會(huì)引引起表面面的相變變。由于不同同的金相相組織有有不同的的比容，，表面層層金相變變化的結(jié)結(jié)果將造造成體積積的變化化。表面層體體積膨脹脹時(shí)，因因?yàn)槭艿降交w的的限制，，產(chǎn)生了了壓應(yīng)力力；反之之產(chǎn)生拉拉應(yīng)力。。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能實(shí)際機(jī)械械加工后后的表面面層殘余余應(yīng)力及及其分布布，是上上述三方方面因素素綜合作作用的結(jié)結(jié)果，在在一定條條件下，，其中某某一或二二種因素素可能起起主導(dǎo)作作用。例如：切切削時(shí)切切削熱不不多則以以冷態(tài)塑塑性變形形為主，，若切削削熱多則則以熱態(tài)態(tài)塑性變變形為主主。磨削削時(shí)表面面層殘余余應(yīng)力歲歲磨削條條件不同同而不同同，圖8.11所示為為三類磨磨削條件件下產(chǎn)生生的表面面層殘余余應(yīng)力。。輕磨削削條件產(chǎn)產(chǎn)生淺而而小的殘殘余壓應(yīng)應(yīng)力，因因?yàn)榇藭r(shí)時(shí)沒(méi)有金金相組織織變化，，溫度影影響也很很小，主主要是塑塑性變形形的影響響在起作作用。中中等磨削削條件產(chǎn)產(chǎn)生淺而而大的拉拉應(yīng)力。。淬火鋼鋼重磨削削條件則則產(chǎn)生深深而大的的拉應(yīng)力力（最外外表面可可能出現(xiàn)現(xiàn)小而淺淺的壓應(yīng)應(yīng)力），，這里顯顯然是由由于熱態(tài)態(tài)塑性變變形和金金相組織織變化的的影響在在起主導(dǎo)導(dǎo)作用的的緣故。。殘余應(yīng)力力產(chǎn)生的的原因機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能影響殘余余應(yīng)力的的主要工工藝因素素：刀具的前前角切削速度度工件材料料的性質(zhì)質(zhì)和冷卻卻潤(rùn)滑液液。具體的情情況則看看其對(duì)切切削時(shí)的的塑性變變形、切切削溫度度和金相相組織變變化的影影響程度度而定。。影響殘余余應(yīng)力的的工藝因因素機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能總的來(lái)說(shuō)說(shuō)，磨削削加工中中熱態(tài)塑塑性變形形和金相相組織變變化的影影響較大大，故大大多數(shù)磨磨削零件件的表面面層往往往有殘余余拉應(yīng)力力。當(dāng)殘余拉拉應(yīng)力超超過(guò)材料料的強(qiáng)度度極限時(shí)時(shí)，零件件表面就就會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)裂紋。。有的磨磨削裂紋紋也可能能不在工工件的外外表面，，而是在在表面層層下成為為肉眼難難以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的缺陷陷。磨削裂紋紋一般很很淺（0.25~.050mm），，大多數(shù)數(shù)垂直于于磨削方方向或成成網(wǎng)狀（（磨螺紋紋時(shí)有時(shí)時(shí)也有平平行于磨磨削方向向的裂紋紋），如如圖8.12所所示。裂裂紋總是是拉應(yīng)力力引起的的，且常常與燒傷傷同時(shí)出出現(xiàn)。磨削裂紋紋的產(chǎn)生生機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能圖8.12磨磨削裂裂紋機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能磨削裂紋紋的產(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。。磨削含含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。。工件在在淬火后后如果存存在殘余余應(yīng)力，，則即使使在正常常的磨削削條件下下也可能能出現(xiàn)裂裂紋，故故在磨削削前進(jìn)行行去除應(yīng)應(yīng)力的工工序能收收到很好好的效果果。滲碳碳、滲氮氮時(shí)如果果工藝不不當(dāng)，就就會(huì)在表表面層晶晶界面上上析出脆脆性的碳碳化物、、氮化物物，當(dāng)磨磨削時(shí)在在熱應(yīng)力力作用下下，就容容易沿著著這些組組織發(fā)生生脆性破破壞，而而出現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)狀裂紋紋。磨削裂紋紋的產(chǎn)生生機(jī)械加工工后的表表面層物物理機(jī)械械性能例題8.1在外圓磨磨床上磨磨削一根根淬火鋼鋼軸，其其強(qiáng)度極極限b=2000MPa，工工件表面面溫度升升至8000C，因使使用冷卻卻液而產(chǎn)產(chǎn)生回火火。表面面層金屬屬由馬氏氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)橹楣夤怏w，其其密度從從7.75×103kg/m3增至7.78××103kg/m3。問(wèn)工件件表面層層將產(chǎn)生生多大的的殘余應(yīng)應(yīng)力？是是壓應(yīng)力力還是拉拉應(yīng)力？？是否會(huì)會(huì)產(chǎn)生磨磨削裂紋紋？⑴由于表表面層熱熱作用引引起高溫溫塑性變變形，冷冷卻后表表面層產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力。已知：T1=8000C，T0=200C，=12××10-6/0C，E=2×1011N/mm，由式式（7.16））得表面面層的熱熱伸長(zhǎng)量量：所以線膨膨脹系數(shù)數(shù)殘1⑵由于表表層金相相組織的的變化引引起的應(yīng)應(yīng)力：表表面層回回火，表表層組織織由馬氏氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)橹楣夤怏w，其其密度增增加，由由馬增大到珠，比容積積由V減減小到V-△V，因此此表面層層產(chǎn)生的的收縮受受到基體體組織的的阻礙，，就產(chǎn)生生了殘余余拉應(yīng)力力。已已知：馬=7.75×103kg/m3，珠=7.78×103kg/m3，由容積積與密度度的關(guān)系系得：V-△V/V=馬/珠即：1-△△V/V=馬/珠=7.75/7.78=1-0.03/7.78

得體體膨脹系數(shù)數(shù)：△V/V=0.03/7.78由由于體膨膨脹系數(shù)是是線膨脹系系數(shù)的三倍倍,故殘2⑶綜合上面面兩個(gè)情況況,工件表表面總的殘殘余拉應(yīng)力力為：殘=殘1+殘2=1872+257=2129Mpa

因?yàn)闅垰堄嗬瓚?yīng)力力殘=2129Mpa>工件強(qiáng)度度極限b=2000MPa，，所以加工工中產(chǎn)生磨磨削裂紋，，裂紋方向向與磨削方方向垂直。。8.4.1減小殘余拉拉應(yīng)力、防防止磨削燒燒傷和磨削削裂紋的工工藝途徑8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑對(duì)零件使用用性能危害害甚大的殘殘余拉應(yīng)力力、磨削燒燒傷和磨削削裂紋均起起因于磨削削熱，所以以如何降低低磨削熱并并減少其影影響是生產(chǎn)產(chǎn)上的一項(xiàng)項(xiàng)重要問(wèn)題題。解決的的原則：一一是減少磨磨削熱的發(fā)發(fā)生，二是是加速磨削削熱的傳出出。8.4.1.1選擇合理的的磨削參數(shù)數(shù)8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑為了直接減減少磨削熱熱的發(fā)生，，降低磨削削區(qū)的溫度度，應(yīng)合理理選擇磨削削參數(shù)：減減少砂輪速速度和背吃吃刀量；適適當(dāng)提高進(jìn)進(jìn)給量和工工件速度。。但這會(huì)使使粗糙度值值增大而造造成矛盾。。生產(chǎn)中比比較可行的的辦法是通通過(guò)試驗(yàn)來(lái)來(lái)確定磨削削參數(shù)：先先按初步選選定的磨削削參數(shù)試磨磨，檢查工工件表面熱熱損傷情況況，根據(jù)此此調(diào)整磨削削參數(shù)直至至最后確定定下來(lái)。另另一種方法法是在磨削削過(guò)程中連連續(xù)測(cè)量磨磨削區(qū)溫度度，然后控控制磨削參參數(shù)。國(guó)外外研究通過(guò)過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)進(jìn)行過(guò)程控控制磨削和和自適應(yīng)磨磨削等方法法來(lái)減少磨磨削熱。8.4.1.2選選擇有效效的冷卻方方法8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑選擇適宜的的磨削液和和有效的冷冷卻方法。。如采用高高壓達(dá)流量量冷卻、內(nèi)內(nèi)冷卻或減減輕旋轉(zhuǎn)的的砂輪表面面的高壓附附著氣流的的作用，加加裝空氣擋擋板，以使使冷卻液能能順利地噴噴注到磨削削區(qū)。8.4.2采用冷冷壓強(qiáng)化工工藝8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑對(duì)于承受高高應(yīng)力、交交變載荷的的零件可以以采用噴丸丸、液壓、、擠壓、等等表面強(qiáng)化化工藝使表表面層產(chǎn)生生殘余壓應(yīng)應(yīng)力和冷硬硬層并降低低表面粗糙糙度值，從從而提高耐耐疲勞強(qiáng)度度及抗應(yīng)力力腐蝕性能能。但是采采用強(qiáng)化工工藝時(shí)應(yīng)很很好控制工工藝參數(shù)，，不要造成成過(guò)度硬化化，否則會(huì)會(huì)使表面完完全失去塑塑性性質(zhì)，，甚至引起起顯微裂紋紋和材料剝剝落，帶來(lái)來(lái)不良的后后果。8.4.2.1噴丸8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑噴丸是一種種用壓縮空空氣或離心心力將大量量直徑細(xì)小?。?０.４～２mm）的丸丸粒（鋼丸丸、玻璃丸丸）以３００～５０m/s的速速度向零件件表面噴射射的方法。。可以用于于任何復(fù)雜雜形狀的零零件。噴丸丸的結(jié)果在在表面層產(chǎn)產(chǎn)生很大的的塑性變形形，造成表表面的冷作作硬化和殘殘余壓應(yīng)力力。硬化深深度可達(dá)００.７mm,表面粗粗糙度可自自３.２降降到０.４４。噴丸后后零件的使使用壽命可可提高數(shù)倍倍至數(shù)十倍倍。例如，，齒輪可提提高４倍，，螺旋彈簧簧可提高５５５倍以上上。8.4.2.2滾壓8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑用工具鋼淬淬硬自稱的的鋼滾輪或或鋼珠在零零件上進(jìn)行行滾壓，使使表層材料料產(chǎn)生塑性性流動(dòng)，形形成新的光光潔表面。。表面粗糙糙度可自１１.６降至至０.１，，表面硬化化深度達(dá)００.２～１１.５mm硬化程度度１０％～～４０％。。8.4.3采用精密和和光整加工工工藝8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑精密和光整整加工工藝藝是指經(jīng)濟(jì)濟(jì)加工精度度在ＩＴ５５～ＩＴ７７級(jí)以上，，表面粗糙糙度小于００.１６，，表面物理理機(jī)械性能能也處于十十分良好狀狀態(tài)的各種種加工工藝藝方法。采采用精密加加工工藝能能全面地提提高加工精精度和表面面質(zhì)量，而而光整加工工工藝主要要是為了獲獲得較高的的表面質(zhì)量量。8.4.3.1精密加工工工藝8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑精密加工工工藝的加工工精度主要要由高精度度的機(jī)床保保證。精密密加工的切切削深度和和進(jìn)給量一一般極小，，切削速度度則很高或或極低，加加工時(shí)盡可可能進(jìn)行充充分的冷卻卻和潤(rùn)滑，，以有利于于最大限度度地排除切切削力，切切削熱對(duì)加加工質(zhì)量的的影響，并并有利于降降低表面粗粗糙度。精精密加工切切削效率不不高，故加加工余量不不能太大，，所以對(duì)前前道工序有有較高的要要求。8.4.3.1精密加工工工藝8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑精密加工工工藝方法有有高速精膛膛、高速精精車、寬刃刃精刨和細(xì)細(xì)密磨削等等。下面介介紹細(xì)密磨磨削。8.4.3.1精密加工工工藝8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑使工件表面面獲得粗糙糙度小于００.１６、、圓度誤差差小于０.５在、直直線度誤差差小于１／／３００mm，同軸軸度誤差小小于１的磨磨削工藝，，通常稱為為細(xì)密磨削削。一般以以能獲得的的稱為精密密磨削，能能獲得的稱稱為超精密密磨削，能能獲得的稱稱為鏡面磨磨削。細(xì)密密磨削是依依靠砂輪工工作面上修修整出大量量等高微刃刃進(jìn)行精密密加工的，，這些等高高微刃能從從尚具有微微量缺陷和和尺寸、形形狀誤差的的工件表面面切除極微微薄的余量量，故可獲獲得很高的的加工精度度。又由于于大量等高高微刃在加加工表面留留下極微細(xì)細(xì)的切削痕痕跡，加上上無(wú)火花磨磨削的滑擦擦、擠壓、、拋光作用用，所以可可以得到很很低的表面面粗糙度。。8.4.3.2光整整加加工工工工藝藝8.4控控制制加加工工表表面面質(zhì)質(zhì)量量的的工工藝藝途途徑徑光整整加加工工是是用用粒粒度度很很細(xì)細(xì)的的磨磨料料對(duì)對(duì)工工件件表表面面進(jìn)進(jìn)行行微微量量切切削削和和擠擠壓壓的的過(guò)過(guò)程程.光光整整加加工工是是按按照照隨隨機(jī)機(jī)創(chuàng)創(chuàng)知知成成形形原原理理,加加工工中中磨磨具具與與工工件件的的相相對(duì)對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)盡盡可可能能復(fù)復(fù)雜雜,盡盡可可能能使使磨磨料料不不走走重重復(fù)復(fù)的的軌軌跡跡,讓讓工工件件加加工工表表面面各各點(diǎn)點(diǎn)都都受受到到具具有有很很大大隨隨機(jī)機(jī)性性的的接接觸觸條條件件,以以突突出出它它們們間間的的高高點(diǎn)點(diǎn),進(jìn)進(jìn)行行相相互互修修整整,使使誤誤差差逐逐步步均均化化而而得得到到消消除除,從從而而獲獲得得極極光光的的表表面面和和高高于于磨磨具具原原始始精精度度的的加加工工精精度度.8.4.3.2光整整加加工工工工藝藝8.4控控制制加加工工表表面面質(zhì)質(zhì)量量的的工工藝藝途途徑徑光整整加加工工是是用用粒粒度度很很細(xì)細(xì)的的磨磨料料對(duì)對(duì)工工件件表表面面進(jìn)進(jìn)行行微微量量切切削削和和擠擠壓壓的的過(guò)過(guò)程程.光光整整加加工工是是按按照照隨隨機(jī)機(jī)創(chuàng)創(chuàng)知知成成形形原原理理,加加工工中中磨磨具具與與工工件件的的相相對(duì)對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)盡盡可可能能復(fù)復(fù)雜雜,盡盡可可能能使使磨磨料料不不走走重重復(fù)復(fù)的的軌軌跡跡,讓讓工工件件加加工工表表面面各各點(diǎn)點(diǎn)都都受受到到具具有有很很大大隨隨機(jī)機(jī)性性的的接接觸觸條條件件,以以突突出出它它們們間間的的高高點(diǎn)點(diǎn),進(jìn)進(jìn)行行相相互互修修整整,使使誤誤差差逐逐步步均均化化而而得得到到消消除除,從從而而獲獲得得極極光光的的表表面面和和高高于于磨磨具具原原始始精精度度的的加加工工精精度度.8.4.3.2光整整加加工工工工藝藝8.4控控制制加加工工表表面面質(zhì)質(zhì)量量的的工工藝藝途途徑徑光整整加加工工工工藝藝的的共共同同特特點(diǎn)點(diǎn)是是沒(méi)沒(méi)有有與與磨磨削削深深度度相相對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的磨磨削削用用量量參參數(shù)數(shù),一一般般只只規(guī)規(guī)定定加加工工時(shí)時(shí)的的很很低低的的單單位位切切削削壓壓力力,因因此此加加工工過(guò)過(guò)程程中中的的切切削削力力和和切切削削熱熱都都很很小小,從從而而能能獲獲得得很很低低的的表表面面粗粗糙糙度度.表表面面層層不不會(huì)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生生熱熱損損傷傷,并并具具有有殘殘余余壓壓應(yīng)應(yīng)力力.所所使使用用的的工工具具都都是是浮浮動(dòng)動(dòng)連連接接.由由加加工工面面自自身身導(dǎo)導(dǎo)向向,而而相相對(duì)對(duì)于于工工件件的的定定位位基基準(zhǔn)準(zhǔn)沒(méi)沒(méi)有有確確定定的的位位置置,所所使使用用的的機(jī)機(jī)床床也也不不需需要要具具有有非非常常精精確確的的成成形形運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng).這這些些加加工工方方法法的的主主要要作作用用是是降降低低表表面面粗粗糙糙度度,一一般般不不能能糾糾正正形形狀狀和和位位置置誤誤差差,加加工工精精度度主主要要由由前前面面工工序序保保證證.對(duì)對(duì)上上道道工工序序的的表表面面粗粗糙糙度度要要求求高高,一一般般要要求求達(dá)達(dá)到到,表表面面不不得得有有較較深深得得加加工工痕痕跡跡.加加工工余余量量都都很很小小，，一一般般不不超超過(guò)過(guò)００．．００２２mm，，以以免免使使加加工工時(shí)時(shí)間間過(guò)過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)，，產(chǎn)產(chǎn)生生切切削削熱熱，，降降低低生生產(chǎn)產(chǎn)效效率率，，甚甚至至破破壞壞上上一一道道工工序序已已達(dá)達(dá)到到得得精精度度．．8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑珩磨珩磨是是利用珩磨頭頭上得細(xì)粒砂砂條對(duì)孔進(jìn)行行加工得方法法，在大批生生產(chǎn)中應(yīng)用很很普遍．其工工作原理如圖圖所示，珩磨磨頭上裝有４４～８條砂石石，砂條由張張開機(jī)構(gòu)作用用沿徑向張開開在孔壁上產(chǎn)產(chǎn)生一定得壓壓力對(duì)工件進(jìn)進(jìn)行微量切削削\擠壓和擦擦光.珩磨時(shí)時(shí),珩磨頭作作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和和往復(fù)運(yùn)動(dòng),由于珩磨頭頭的轉(zhuǎn)速與每每分鐘往復(fù)次次數(shù)不通約,故被加工表表面上呈現(xiàn)交交叉而互不重重復(fù)的網(wǎng)狀痕痕跡,造成了了儲(chǔ)存潤(rùn)滑油油的良好條件件.8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑珩磨壓力低,切深小,故故珩磨功率小小,工件表面面層的變形小小,切削能力力弱.而切削削軌跡不重復(fù)復(fù),切削過(guò)程程平穩(wěn),且使使用大量的切切削液沖走脫脫落的砂粒并并對(duì)工件表面面進(jìn)行充分冷冷卻，使珩磨磨的表面質(zhì)量量很高，表面面粗糙度達(dá)．．珩磨還能對(duì)對(duì)前工序遺留留下來(lái)的幾何何形狀誤差進(jìn)進(jìn)行一定程度度的修正，因因?yàn)楸砻娴耐煌怀霾糠挚偸鞘窍扰c砂條接接觸而被磨去去，直至砂條條與工件表面面完全接觸．．為了補(bǔ)償機(jī)機(jī)床＼珩磨頭頭＼夾具間的的同軸度誤差差，珩磨頭與與機(jī)床主軸之之間的連接是是浮動(dòng)的，因因此珩磨加工工不能修正孔孔間的相對(duì)誤誤差．8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑（2）超精加工超超精加工是用用細(xì)粒度的砂砂條以一定的的壓力壓在作作低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的工件表表面上，并在在軸向作往復(fù)復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件件或砂條還作作軸向進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行微微量切削（圖圖８．１5））的加工方法法，超精加工工后的表面粗粗超度低（００.0012~0.08），留有網(wǎng)網(wǎng)狀的痕跡,造成了良好好的儲(chǔ)油條件件，故表面耐耐磨性好．超超精加工常用用于加工內(nèi)外外圓柱＼圓錐錐面和滾動(dòng)軸軸承套圈的溝溝道．8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑2超精加加工一般可劃劃分為四個(gè)加加工階段：強(qiáng)烈切削階段段：加工初期期砂條主要起起切削作用，，砂條同比比較粗糙的工工件表面接觸觸，實(shí)際的接接觸面積小，，單位面積壓壓力較大，工工件與砂條之之間不能形成成完整的潤(rùn)滑滑油膜，且砂砂條作往復(fù)振振動(dòng)，切削力力方向經(jīng)常變變化，磨粒破破碎的機(jī)會(huì)多多，自礪性好好，故切削作作用強(qiáng)烈．正常切削階段段：工件表面面逐漸被磨平平后，接觸面面積逐步增大大，單位面積積上的壓力減減少，切削作作用減弱進(jìn)入入正常切削階階段．微弱切削階段段：隨著工件件表面接觸面面積進(jìn)一步增增大，單位面面積上的壓力力更小，切削削作用微弱，，砂條表面液液因有極細(xì)的的切屑氧化物物嵌入空隙而而變得光滑，，產(chǎn)生拋光作作用．自動(dòng)停止切削削階段：工件件表面被磨平平，單位面積積上得壓力極極低，工件和和砂條間潤(rùn)滑滑油膜逐漸形形成，不再接接觸，故自動(dòng)動(dòng)停止切削．．8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑研磨研磨是用研具具（圖８．１１6）以一定定得相對(duì)滑動(dòng)動(dòng)速度（粗研研時(shí)０．６７７～０．８３３m/s,精精研時(shí)0.1~0.2m/s）再００．１２～００．４ＭＰa壓力下與被被加工面作復(fù)復(fù)雜相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的一種光整整加工方法．．研具與工件件之間的磨粒粒能從工件表表面上切去極極微薄的一層層材料，得到到尺寸誤差和和表面粗糙度度極低的表面面．研磨后工工件的尺寸誤誤差可以在0.001~0.003mm內(nèi)，表表面粗糙度．．8.4.3.2光整加加工工工藝8.4控控制加加工表表面質(zhì)質(zhì)量的的工藝藝途徑徑4拋光光拋光是是在布布輪＼＼布盤盤或砂砂帶等等軟的的磨具具上涂涂拋光光膏來(lái)來(lái)加工工工件件的．．拋光光器具具高速速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，由由拋光光膏的的機(jī)械械刮擦擦和化化學(xué)作作用將將粗糙糙表面面的峰峰頂去去掉，，從而而使表表面獲獲得光光澤鏡鏡面．．拋光光時(shí)一一般不不去掉掉余量量，所所以不不能提提高工工件的的精度度甚至至還會(huì)會(huì)損壞壞原有有精度度，經(jīng)經(jīng)拋光光的表表面能能減小小殘余余拉應(yīng)應(yīng)力．．8．5．1振振動(dòng)的的概念念與類類型8．5機(jī)機(jī)械加加工過(guò)過(guò)程中中的振振動(dòng)問(wèn)問(wèn)題金屬切切削過(guò)過(guò)程中中，工工件和和刀具具之間間常常常會(huì)發(fā)發(fā)生強(qiáng)強(qiáng)烈的的振動(dòng)動(dòng)，這這是一一種破破壞正正常切切削過(guò)過(guò)程的的極其其有害害的現(xiàn)現(xiàn)象。。當(dāng)切切削振振動(dòng)發(fā)發(fā)生時(shí)時(shí)，工工件表表面質(zhì)質(zhì)量嚴(yán)嚴(yán)重惡惡化，，粗糙糙度增增大。。產(chǎn)生生明顯顯的表表面痕痕跡，，這時(shí)時(shí)不得得不降降低切切學(xué)用用量，，使生生產(chǎn)率率的提提高受受到限限制。。振動(dòng)動(dòng)嚴(yán)重重時(shí)，，會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生崩崩刃現(xiàn)現(xiàn)象，，使加加工過(guò)過(guò)程無(wú)無(wú)法進(jìn)進(jìn)行下下去。。此外外，振振動(dòng)將將加速速刀具具和機(jī)機(jī)床的的磨損損。從從而縮縮短刀刀具和和機(jī)床床的使使用壽壽命；；振動(dòng)動(dòng)噪聲聲危害害工人人的健健康。。弄清清機(jī)械械加工工過(guò)程程中產(chǎn)產(chǎn)生震震動(dòng)的的原因因，掌掌握它它的發(fā)發(fā)生、、發(fā)展展的規(guī)規(guī)律，，使機(jī)機(jī)械加加工過(guò)過(guò)程既既保持持高的的生產(chǎn)產(chǎn)率，，又保保證零零件表表面的的加工工質(zhì)量量，是是機(jī)械械加工工中應(yīng)應(yīng)予研研究的的一個(gè)個(gè)重要要內(nèi)容容。機(jī)械加加工過(guò)過(guò)程中中產(chǎn)生生的振振動(dòng)，，也和和其他他的機(jī)機(jī)械振振動(dòng)一一樣，，按其其產(chǎn)生生的原原因可可分為為自由由震動(dòng)動(dòng)、強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)和和自激激振動(dòng)動(dòng)三大大類。。其中中自由由振動(dòng)動(dòng)往往往是由由于切切削力力的突突然變變化或或其他他外界界力的的沖擊擊等原原因引引起，，一般般可迅迅速衰衰減，，對(duì)加加工過(guò)過(guò)程影影響較較小，，這里里不予予討論論。8.5.2機(jī)械加加工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題強(qiáng)迫振動(dòng)是是工藝系統(tǒng)統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)穩(wěn)定的外界界周期性干干擾力(激激振力)作作用下引起起的振動(dòng).除了力之之外,凡是是隨時(shí)間變變化的位移移、速度和和加速度，，也可以激激起系統(tǒng)的的振動(dòng)。8．5．2．1強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的原因因8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的原因因分工藝系系統(tǒng)內(nèi)部和和外部?jī)煞椒矫?。?nèi)部振源：：各個(gè)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)動(dòng)，包括電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子子旋轉(zhuǎn)不平平衡引起的的振動(dòng)；機(jī)機(jī)床回轉(zhuǎn)零零件的不平平衡，例如如砂輪、皮皮帶輪和旋旋轉(zhuǎn)軸的不不平衡引起起的振動(dòng)，，運(yùn)動(dòng)傳遞遞過(guò)程中中引起的振振動(dòng)，如齒齒輪嚙合時(shí)時(shí)的沖擊、、皮帶輪圓圓度誤差及及皮帶厚度度不均引起起的張力變變化，滾動(dòng)動(dòng)軸承的套套圈和滾子子尺寸及形形狀誤差，，使運(yùn)動(dòng)在在傳遞過(guò)程程中產(chǎn)生了了振動(dòng)；往往復(fù)部件的的沖擊；液液壓傳動(dòng)系系統(tǒng)的壓力力脈動(dòng)；切切削時(shí)的沖沖擊振動(dòng)，，切削負(fù)荷荷不均引起起切削力的的變化而導(dǎo)導(dǎo)致的振動(dòng)動(dòng)。外部振源：：其他機(jī)床床、鍛錘、、火車、卡卡車等通過(guò)過(guò)機(jī)床地基基傳給機(jī)床床的振動(dòng)。。8．5．2．2強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的運(yùn)動(dòng)方程程8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題工藝系統(tǒng)是是個(gè)多自由由度的振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)，其其振動(dòng)形態(tài)態(tài)很復(fù)雜，，但就某一一特定情況況而言，其其振動(dòng)特性性與相應(yīng)頻頻率的單自自由度系統(tǒng)統(tǒng)有相似之之處，因此此可以簡(jiǎn)化化為單自由由度系統(tǒng)來(lái)來(lái)分析，例例如，內(nèi)圓圓磨削時(shí)工工件系統(tǒng)的的剛度比磨磨頭系統(tǒng)剛剛度大很多多，此時(shí)磨磨削系統(tǒng)可可簡(jiǎn)化為磨磨桿和砂輪輪的單自由由度振動(dòng)系系統(tǒng)，將磨磨桿簡(jiǎn)化為為“無(wú)質(zhì)量量“的彈簧簧K，砂輪輪簡(jiǎn)化為””無(wú)彈性““的質(zhì)量m，組成一一個(gè)彈簧質(zhì)質(zhì)量系統(tǒng)模模型。由質(zhì)量塊受受力分析得得:8．5．2．2強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的運(yùn)動(dòng)方程程8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題這是一個(gè)非非齊次線性性微分方程程,它的解解由該式齊齊次方程的的通解和非非齊次方程程的一個(gè)特特解疊加而而成。齊次次方程的通通解為有阻阻尼的自由由振動(dòng)過(guò)程程。經(jīng)過(guò)一一段時(shí)間后后這部分振振動(dòng)會(huì)衰減減為零，特特解是園頻頻率等于激激振力園頻頻率的強(qiáng)迫迫振動(dòng)，它它純粹由激激振力引起起。響應(yīng)過(guò)過(guò)程如圖，，經(jīng)過(guò)過(guò)渡渡過(guò)程以后后，強(qiáng)迫振振動(dòng)起主要要作用，只只要交變激激振力存在在，強(qiáng)迫振振動(dòng)就不會(huì)會(huì)被阻尼衰衰減掉。根根據(jù)以上所所述，我們們就不考慮慮很快衰減減為零的自自由阻尼振振動(dòng)部分，，而只研究究經(jīng)歷了過(guò)過(guò)渡過(guò)程而而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)態(tài)后的諧振振運(yùn)動(dòng)。8．5．2．2強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的運(yùn)動(dòng)方程程8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題即其特解為為（8.4））其中（8.5））（8.6））其中：A強(qiáng)迫振振動(dòng)的振幅幅，mm振幅相對(duì)于于力幅的相相位角，radK系統(tǒng)剛剛度，N/mm系統(tǒng)在靜力力作用下產(chǎn)產(chǎn)生的靜位位移，mm頻率比振動(dòng)頻率，，rad/s振動(dòng)系統(tǒng)無(wú)無(wú)阻尼時(shí)的的固有頻率率，rad/sV動(dòng)態(tài)態(tài)放大系數(shù)數(shù)。8．5．2．2強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的運(yùn)動(dòng)方程程8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題式（8.5）表示了了單自由度度強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)振幅與干干擾頻率的的依從關(guān)系系，稱為單單自由度強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的幅頻特性性。式（8.6）表示了了強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)中位移與與干擾力之之間的相位位與干擾頻頻率的依從從關(guān)系，稱稱為單自由由度強(qiáng)迫振振動(dòng)相頻特特性。8．5．2．3強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的特性8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題幅頻特性曲曲線和相頻頻特性曲線線依據(jù)式（8.5）和和（8.6）并以阻阻尼比為參參數(shù)畫成曲曲線圖，從從圖可以看看出當(dāng)時(shí)，，，這時(shí)激激振力的頻頻率極低，，近似于靜靜載荷，振振幅接近于于靜位移，，這種現(xiàn)象象發(fā)生在區(qū)區(qū)域內(nèi)，稱稱此范圍為為準(zhǔn)靜態(tài)范范圍。當(dāng)且阻尼比比較小時(shí)，，激振力使使系統(tǒng)的振振幅形成了了一個(gè)凸峰峰，其峰值值比靜態(tài)響響應(yīng)大許多多倍，這種種現(xiàn)象稱為為“共振””。工程上把系系統(tǒng)的固有有頻率作為為共振頻率率，把固有有頻率前后后20%~30%區(qū)區(qū)域作為共共振區(qū)，為為避免系統(tǒng)統(tǒng)共振，應(yīng)應(yīng)避免進(jìn)入入這個(gè)區(qū)域域，由圖還還可看出，，阻尼在共共振區(qū)對(duì)降降低振幅的的作用很大大，在其他他區(qū)域作用用較小。當(dāng)時(shí)，這是是由于激振振力的變化化頻率太高高，而振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)因本本身的慣性性來(lái)不及響響應(yīng)，故系系統(tǒng)反而不不振，這種種現(xiàn)象稱為為慣性區(qū)。。由相頻曲線線可以看出出，無(wú)論系系統(tǒng)的阻尼尼比為何值值，當(dāng)相相位滯后后90度8．5．2．3強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的的特性8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題綜上所述，，強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的主要特特性如下：：強(qiáng)迫振動(dòng)是是在外界周周期性干擾擾力的作用用下產(chǎn)生的的，但振動(dòng)動(dòng)本身并不不能引起干干擾力的變變化，不管管振動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)本身的固固有頻率如如何，強(qiáng)迫迫振動(dòng)的固固有頻率總總是與外界界干擾力的的頻率相同同，強(qiáng)迫