第七章機(jī)械加工表面質(zhì)量

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(mǎn)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?zhuān)岢鎏岣邫C(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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(chēng)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(chēng)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湍バ缘挠绊憽１砻娲植诙葘?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)零件疲勞強(qiáng)度的影響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(huì)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(kuò)展疲勞裂紋而造成零件的疲勞損壞。鋼件對(duì)應(yīng)力集中敏感，鋼材的強(qiáng)度越高，表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響越大。含有石墨的鑄鐵件相當(dāng)于存在許多微觀裂紋，與有色金屬件一樣對(duì)應(yīng)力集中不敏感，表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響就不明顯。

加工紋路方向?qū)ζ趶?qiáng)度的影響更大，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度將顯著降低。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞勞強(qiáng)度的影影響零件表面的的冷硬層能能夠阻礙裂裂紋的擴(kuò)大大和新裂紋紋的出現(xiàn)，因?yàn)橛赡δΣ翆W(xué)可知知疲勞源的的位置在冷冷硬層的中中部，因此此冷硬可以以提高零件件的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度。但冷冷硬層過(guò)深深或過(guò)硬則則容易產(chǎn)生生裂紋，反反而會(huì)降低低疲勞強(qiáng)度度。所以冷冷硬要適當(dāng)當(dāng)。表面層的內(nèi)內(nèi)應(yīng)力對(duì)疲疲勞強(qiáng)度的的影響很大大。表面層殘余余的壓應(yīng)力力能夠部分分地抵消工工作載荷施施加的拉壓壓力，延緩緩疲勞裂紋紋擴(kuò)展。而而殘余拉應(yīng)應(yīng)力容易使使已加工表表面產(chǎn)生裂裂紋而降低低疲勞強(qiáng)度度。帶有不不同殘余應(yīng)應(yīng)力表面層層的零件，，其疲勞壽壽命可相差差數(shù)倍至數(shù)數(shù)十倍。機(jī)械加工后后的表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零件抗腐腐蝕性能的的影響零件表面粗粗糙度值越越大，潮濕濕空氣和腐腐蝕介質(zhì)越越容易堆積積在零件表表面凹處而而發(fā)生化學(xué)腐蝕，或在凸峰峰間產(chǎn)生電電化學(xué)作用用而引起電化學(xué)腐蝕蝕，故抗腐蝕蝕性能越差差。表面冷硬和和金相組織織變化都會(huì)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)應(yīng)力。零件件在應(yīng)力狀狀態(tài)下工作作時(shí)，會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，若有裂紋紋，則更增增加了應(yīng)力力腐蝕的敏敏感性。因因此表面內(nèi)內(nèi)應(yīng)力會(huì)降降低零件的的抗腐蝕性性能。機(jī)械加工后后的表面質(zhì)質(zhì)量對(duì)零件的其其它影響表面質(zhì)量對(duì)對(duì)零件的配合質(zhì)量、、密封性能能及摩擦系系數(shù)都有很大的的影響。表表面粗糙度度值越大，，初期磨損損量越大，，對(duì)動(dòng)配合合來(lái)說(shuō)，使使用不久就就會(huì)使配合合性質(zhì)發(fā)生生變化；對(duì)對(duì)靜配合來(lái)來(lái)說(shuō)，壓裝裝時(shí)會(huì)減少少過(guò)盈量，，降低配合合強(qiáng)度。零件表面層層狀態(tài)對(duì)其其使用性能能有如此大大的影響是是因?yàn)椋撼谐惺茌d荷應(yīng)應(yīng)力最大的的表面層是是金屬的邊邊界，機(jī)械械加工后破破壞了晶粒粒的完整性性，從而降降低了表面面的某些機(jī)機(jī)械性能。。表面層有有裂紋、加加工痕跡等等各種缺陷陷，在動(dòng)載載荷的作用用下，可能能引起應(yīng)力力集中而導(dǎo)導(dǎo)致破壞。。零件表面面經(jīng)過(guò)加工工后，表面面層的物理理、機(jī)械、、冶金和化化學(xué)性能都都變得和基基體材料不不同了。機(jī)械加工后后的表面質(zhì)質(zhì)量切削加工后后的表面粗粗糙度切削加工時(shí)時(shí)表面粗糙糙度的形成成，大致可可歸納為三三方面的原原因：幾何因素物理因素工藝系統(tǒng)的的振動(dòng)機(jī)械加工后后的表面粗粗糙度幾何因素由刀具相對(duì)對(duì)于工件作作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)在加工工表面上遺遺留下來(lái)的的切削層殘殘留面積（（圖8.5）。理論上上的最大粗粗糙度Rmax可由刀具形形狀、進(jìn)給給量f，按按幾何關(guān)系系求得。當(dāng)當(dāng)不考慮刀刀尖圓弧半半徑時(shí)：當(dāng)背吃刀量量和進(jìn)給量量很小時(shí)，，粗糙度主主要由刀尖尖圓弧構(gòu)成成：機(jī)械加工后后的表面粗粗糙度圖8.5切切削層殘留留面積機(jī)械加工后后的表面粗粗糙度物理因素由圖知，實(shí)實(shí)際粗糙度度與理論粗粗糙度差別別較大。主要是與被被加工材料料的性能及及切削機(jī)理理有關(guān)的物物理因素的的影響。切切削過(guò)程中中刀具的刃刃口圓角及及后刀面對(duì)對(duì)工件擠壓壓與摩擦而而產(chǎn)生塑性性變形。韌韌性越好的的材料塑性性變形越大大，且容易易出現(xiàn)積屑屑瘤與鱗刺刺，使粗糙糙度嚴(yán)重惡惡化。還有切削用用量、冷卻卻潤(rùn)滑液和和刀具材料料等因素影影響。圖8.6塑塑性材材料加工后后表面的實(shí)實(shí)際輪廓和和理論輪廓廓機(jī)械加工后后的表面粗粗糙度磨削加工后后的表面粗粗糙度影響因素可可歸納為三三方面：與磨削過(guò)程程和砂輪結(jié)結(jié)構(gòu)有關(guān)的的幾何因素素與磨削過(guò)程程和被加工工材料塑性性變形有關(guān)關(guān)的物理因因素工藝系統(tǒng)的的振動(dòng)因素素機(jī)械加工后后的表面粗粗糙度磨削加工后后的表面粗粗糙度從幾何因素素看，砂輪輪上磨粒的的微刃形狀狀和分布對(duì)對(duì)于磨削后后的表面粗粗糙度是有有影響的。。磨削表面面是由砂輪輪上大量的的磨?？虅潉澇鰺o(wú)數(shù)極極細(xì)的構(gòu)槽槽形成的，，每單位面面積上刻痕痕越多，即即通過(guò)每單單位面積的的磨粒數(shù)越越多，以及及刻痕的等等高性能好好，粗糙度度也就越低低。從物理因素素看，大多多數(shù)磨粒只只有滑擦、、耕犁作用用。在滑擦擦作用下，，被加工表表面只有彈彈性變形，，不產(chǎn)生切切屑；在耕耕犁作用下下，磨粒在在工件表面面上刻劃出出一條溝痕痕，工件材材料被擠向向兩邊產(chǎn)生生隆起，此此時(shí)產(chǎn)生塑塑性變形但但仍不產(chǎn)生生切屑。磨磨削量是經(jīng)經(jīng)過(guò)很多后后繼磨粒的的多次擠壓壓因疲勞而而斷裂、脫脫落，所以以加工表面面的塑性變變形很大，，表面粗糙糙度值越大大。機(jī)械械加加工工后后的的表表面面粗粗糙糙度度磨削削加加工工后后的的表表面面粗粗糙糙度度為了了降降低低表表面面粗粗糙糙度度值值，，應(yīng)應(yīng)考考慮慮以以下下主主要要影影響響因因素素：：①砂砂輪輪的的粒粒度度砂輪輪的的粒粒度度愈愈細(xì)細(xì)，，則則砂砂輪輪單單位位面面積積上上的的磨磨粒粒數(shù)數(shù)愈愈多多，，在在工工件件上上的的刻刻痕痕也也愈愈密密而而細(xì)細(xì)，，所所以以粗粗糙糙度度值值愈愈低低。。②砂砂輪輪的的修修整整砂輪輪的的修修整整質(zhì)質(zhì)量量越越高高，，砂砂輪輪工工作作表表面面上上的的等等高高微微刃刃（圖圖8.7）就越越多多，，因因而而磨磨出出的的工工件件表表面面粗粗糙糙度度值值也也就就愈愈低低。。圖8.7磨磨粒粒上上的的微微刃刃機(jī)械械加加工工后后的的表表面面粗粗糙糙度度磨削削加加工工后后的的表表面面粗粗糙糙度度③砂砂輪輪速速度度提高高砂砂輪輪速速度度可可以以增增加加單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)工工件件單單位位面面積積上上的的刻刻痕痕數(shù)數(shù)，，同同時(shí)時(shí)塑塑性性變變形形造造成成的的隆隆起起量量隨隨著著砂砂輪輪速速度度的的增增大大而而下下降降，，原原因因是是高高速速下下塑塑性性變變形形的的傳傳播播速速度度小小于于磨磨削削速速度度，，材材料料來(lái)來(lái)不不及及變變形形，，因因而而粗粗糙糙度度可可以以顯顯著著降降低低。。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(kāi)開(kāi)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)來(lái)的顯顯微硬硬度。。冷作硬硬化產(chǎn)產(chǎn)生的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能圖8.8切切削加加工后后表面面層的的冷硬硬機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能表面層層冷作作硬化化的程程度決決定于于產(chǎn)生生塑性性變形形的力力、變變形速速度及及變形形時(shí)的的溫度度。力越大大，塑塑性變變形越越大，，則硬硬化程程度越越大；；速度越越大，，塑性性變形形越不不充分分，則則硬化化程度度越小?。蛔冃螘r(shí)時(shí)的溫溫度不不僅影影響塑塑性變變形程程度，，還會(huì)會(huì)影響響變形形后金金相組組織的的恢復(fù)復(fù)程度度。冷作硬硬化產(chǎn)產(chǎn)生的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能切削加加工時(shí)時(shí)表面面層的的硬化化可能能有兩兩種情情況：：完全強(qiáng)強(qiáng)化此時(shí)出出現(xiàn)晶晶格歪歪扭以以及纖纖維結(jié)結(jié)構(gòu)和和變形形層物物理機(jī)機(jī)械性性質(zhì)的的改變變；不完全全強(qiáng)化化若溫度度超過(guò)過(guò)（0.25~0.30）T熔（熔化化絕對(duì)對(duì)溫度度），，則除除了強(qiáng)強(qiáng)化現(xiàn)現(xiàn)象外外，同同時(shí)還還有回回復(fù)現(xiàn)現(xiàn)象，，此時(shí)時(shí)歪扭扭的晶晶格局局部得得到恢恢復(fù)，，減低低了冷冷硬作作用；；如果果溫度度超過(guò)過(guò)0.30T熔熔就會(huì)會(huì)發(fā)生生金屬屬再結(jié)結(jié)晶，，此時(shí)時(shí)由于于強(qiáng)化化而改改變了了的表表面層層物理理機(jī)械械性能能幾乎乎可以以完全全恢復(fù)復(fù)。冷作硬硬化產(chǎn)產(chǎn)生的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能機(jī)械加加工時(shí)時(shí)表面面層的的冷作作硬化化就是是強(qiáng)化作作用和和回復(fù)復(fù)作用用的綜綜合結(jié)結(jié)果。。切削溫溫度越越高、、高溫溫持續(xù)續(xù)時(shí)間間越長(zhǎng)長(zhǎng)、強(qiáng)強(qiáng)化程程度越越大，，則回回復(fù)作作用也也就越越強(qiáng)。。因此對(duì)對(duì)高溫溫下工工作的的零件件，能能保證證疲勞勞強(qiáng)度度的最最佳表表面層層是沒(méi)沒(méi)有冷冷硬層層或者者只有有極小?。?0~20μm）冷冷作硬硬化的的表面面層。。冷作硬硬化產(chǎn)產(chǎn)生的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能①刀具具刀具的的切削削刃口口圓角角和后后刀面面的磨磨損量量對(duì)于于冷硬硬層有有很大大的影影響，，此兩兩值增增大時(shí)時(shí)，冷冷硬層層深度度和硬硬度也也隨之之增大大。前前角減減少時(shí)時(shí)，冷冷硬也也增大大。②被加加工材材料被加工工材料料硬度度愈低低、塑塑性愈愈大，，切削削后的的冷硬硬現(xiàn)象象愈嚴(yán)嚴(yán)重。。影響冷冷作硬硬化的的主要要因素素機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能③切削削用量量切削速速度增增大時(shí)時(shí)，刀刀具與與工件件接觸觸時(shí)間間短，，塑性性變形形程度度減少少，同同時(shí)會(huì)會(huì)使溫溫度增增高，，有助助于冷冷硬的的回復(fù)復(fù)，所所以硬硬化層層深度度和硬硬度都都有所所減少少。進(jìn)給量量增大大時(shí)，，切削削力增增大，，塑性性變形形程度度也增增大，，因此此硬化化現(xiàn)象象增大大。但但在進(jìn)進(jìn)給量量較小小時(shí)，，由于于刀具具的刃刃口圓圓角在在加工工表面面單位位長(zhǎng)度度上的的擠壓壓次數(shù)數(shù)增多多，因因此硬硬化傾傾向也也會(huì)增增大。。徑向向進(jìn)給給量增增大時(shí)時(shí)，冷冷硬層層深度度也有有所增增大，，但其其影響響程度度不顯顯著。。影響冷冷作硬硬化的的主要要因素素機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能機(jī)械加加工后后表面面層金金相組組織的的變化化磨削加加工時(shí)時(shí)切削削力比比其它它加工工方法法大數(shù)數(shù)十倍倍，切切削速速度也也非常常高，，所以以功率率消耗耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于其它它切削削方法法。由于砂砂輪導(dǎo)導(dǎo)熱性性差、、切屑屑數(shù)量量少，，磨削削過(guò)程程中能能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化的的熱大大部分分都傳傳給了了工件件。磨磨削時(shí)時(shí)，在在很短短的時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)磨削削區(qū)溫溫度可可上升升到400~1000oC，甚甚至更更高。。這樣大大的加加熱速速度，，促使使加工工表面面局部部形成成瞬時(shí)時(shí)熱聚聚集現(xiàn)現(xiàn)象，，有很很高溫溫升和和很大大的溫溫度梯梯度，，出現(xiàn)現(xiàn)金相相組織織的變變化，，強(qiáng)度度和硬硬度下下降，，產(chǎn)生生殘余余應(yīng)力力，甚甚至引引起裂裂紋，，這就就是磨削燒燒傷現(xiàn)現(xiàn)象。金相組組織變變化的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能磨削淬淬火鋼鋼時(shí)，，由于于磨削削燒傷傷，工工件表表面產(chǎn)產(chǎn)生氧氧化膜膜并呈呈現(xiàn)出出黃、、褐、、紫、、青、、灰等等不同同顏色色，相相當(dāng)于于鋼的的回火火色。。不同的的燒傷傷色表表示受受到不不同溫溫度的的作用用與產(chǎn)產(chǎn)生不不同的的燒傷傷深度度。有有時(shí)表表面雖雖看不不出變變色，，但并并不等等于表表面未未受熱熱損傷傷。例如在在磨削削過(guò)程程中由由于采采用過(guò)過(guò)大的的磨削削用量量，造造成了了很深深的燒燒傷層層，以以后的的無(wú)進(jìn)進(jìn)給磨磨削中中磨去去了表表面的的燒傷傷色，，而未未能除除去燒燒傷層層，則則留在在工件件上的的燒傷傷層就就會(huì)成成為使使用中中的隱隱患。。金相組組織變變化的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能磨削淬淬火鋼鋼時(shí)表表面層層產(chǎn)生生的燒燒傷有有以下下三種種：①回火火燒傷傷磨削區(qū)區(qū)溫度度超過(guò)過(guò)馬氏氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫溫度而而未超超過(guò)相相變溫溫度，，則工工件表表面原原來(lái)的的馬氏氏體組組織將將產(chǎn)生生回火火現(xiàn)象象，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成成硬度度降低低的回回火組組織———索索氏體體或屈屈氏體體；②淬火火燒傷傷磨削區(qū)區(qū)溫度度超過(guò)過(guò)相變變溫度度，馬馬氏體體轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W奧氏體體，由由于冷冷卻液液的急急冷作作用，，表層層會(huì)出出現(xiàn)二二次淬淬火馬馬氏體體，硬硬度較較原來(lái)來(lái)的回回火馬馬氏體體高，，而它它的下下層則則因?yàn)闉槔鋮s卻緩慢慢成為為硬度度降低低的回回火組組織。。③退火火燒傷傷不同冷冷卻液液進(jìn)行行干磨磨削時(shí)時(shí)，磨磨削區(qū)區(qū)溫度度超過(guò)過(guò)相變變溫度度，馬馬氏體體轉(zhuǎn)變變?yōu)閵W奧氏體體，因因工件件冷卻卻緩慢慢，則則表層層硬度度急劇劇下降降，這這時(shí)工工件表表層被被退火火。金相組組織變變化的的原因因機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能影響磨磨削加加工時(shí)時(shí)金相相組織織變化化的因因素有有:工件材材料磨削溫溫度溫度梯梯度冷卻速速度等等。影響磨磨削加加工時(shí)時(shí)金相相組織織變化化的因因素機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能工件材材料為為低碳鋼鋼時(shí)不會(huì)會(huì)發(fā)生生相變變；高合金金鋼如軸承承鋼、、高速速鋼、、鎳鉻鉻鋼等等傳熱熱性特特別差差，在在冷卻卻不充充分時(shí)時(shí)易出出現(xiàn)磨磨削燒燒傷。。未淬火火鋼為擴(kuò)散散度低低的珠珠光體體，磨磨削時(shí)時(shí)間短短時(shí)不不會(huì)發(fā)發(fā)生金金相組組織的的變化化；淬火鋼鋼極易相相變。。影響磨磨削加加工時(shí)時(shí)金相相組織織變化化的因因素機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能圖8.9磨磨削高高碳淬淬火鋼鋼時(shí)表表面的的硬度度分布布機(jī)械加加工后后的表表面層層物理理機(jī)械械性能能當(dāng)磨削削深度度小于于10μm時(shí)，，由于于溫度度的影影響使使表面面層的的回火火馬氏氏體產(chǎn)產(chǎn)生弱弱化，，并與與塑性性變形形產(chǎn)生生的冷冷作硬硬化現(xiàn)現(xiàn)象綜綜合而而產(chǎn)生生了比比基體體硬度度低的的部分分，而而表面面的里里層由由于磨磨削加加工中中的冷冷作硬硬化起起了主主導(dǎo)作作用而而又產(chǎn)產(chǎn)生了了比基基體硬硬度高高的部部分。。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(kāi)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(lèi)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)。磨削裂紋的的產(chǎn)生機(jī)械加工后后的表面層層物理機(jī)械械性能圖8.12磨削削裂紋機(jī)械加工后后的表面層層物理機(jī)械械性能磨削裂紋的的產(chǎn)生與材材料性質(zhì)及及熱處理工工序有很大大關(guān)系。磨削硬質(zhì)合合金時(shí)，由由于其脆性性大，抗拉拉強(qiáng)度低以以及導(dǎo)熱性性差，所以以特別容易易產(chǎn)生磨削削裂紋。磨磨削含碳量量高的淬火火鋼時(shí)，由由于其晶界界脆弱，也也容易產(chǎn)生生磨削裂紋紋。工件在在淬火后如如果存在殘殘余應(yīng)力，，則即使在在正常的磨磨削條件下下也可能出出現(xiàn)裂紋，，故在磨削削前進(jìn)行去去除應(yīng)力的的工序能收收到很好的的效果。滲滲碳、滲氮氮時(shí)如果工工藝不當(dāng)，，就會(huì)在表表面層晶界界面上析出出脆性的碳碳化物、氮氮化物，當(dāng)當(dāng)磨削時(shí)在在熱應(yīng)力作作用下，就就容易沿著著這些組織織發(fā)生脆性性破壞，而而出現(xiàn)網(wǎng)狀狀裂紋。磨削裂紋的的產(chǎn)生機(jī)械加工后后的表面層層物理機(jī)械械性能例題8.1在外圓磨床床上磨削一一根淬火鋼鋼軸，其強(qiáng)強(qiáng)度極限b=2000MPa，，工件表面面溫度升至至8000C，因使用用冷卻液而而產(chǎn)生回火火。表面層層金屬由馬馬氏體轉(zhuǎn)變變?yōu)橹楣怏w體，其密度度從7.75×103kg/m3增至7.78×103kg/m3。問(wèn)工件表表面層將產(chǎn)產(chǎn)生多大的的殘余應(yīng)力力？是壓應(yīng)應(yīng)力還是拉拉應(yīng)力？是是否會(huì)產(chǎn)生生磨削裂紋紋？⑴由于表面面層熱作用用引起高溫溫塑性變形形，冷卻后后表面層產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)力力。已知：T1=8000C，T0=200C，=12×10-6/0C，E=2×1011N/mm，，由式（7.16））得表面層層的熱伸長(zhǎng)長(zhǎng)量：所以線(xiàn)膨脹脹系數(shù)殘1⑵由于表層層金相組織織的變化引引起的應(yīng)力力：表面層層回火，表表層組織由由馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣夤怏w，其密密度增加，，由馬增大到珠，比容積由由V減小到到V-△V，因此表表面層產(chǎn)生生的收縮受受到基體組組織的阻礙礙，就產(chǎn)生生了殘余拉拉應(yīng)力。已已知：馬=7.75×103kg/m3，珠=7.78×103kg/m3，由容積與與密度的關(guān)關(guān)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(xiàn)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選擇擇合合理理的的磨磨削削參參數(shù)數(shù)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為了了直直接接減減少少磨磨削削熱熱的的發(fā)發(fā)生生，，降降低低磨磨削削區(qū)區(qū)的的溫溫度度，，應(yīng)應(yīng)合合理理選選擇擇磨磨削削參參數(shù)數(shù)：：減減少少砂砂輪輪速速度度和和背背吃吃刀刀量量；；適適當(dāng)當(dāng)提提高高進(jìn)進(jìn)給給量量和和工工件件速速度度。。但但這這會(huì)會(huì)使使粗粗糙糙度度值值增增大大而而造造成成矛矛盾盾。。生生產(chǎn)產(chǎn)中中比比較較可可行行的的辦辦法法是是通通過(guò)過(guò)試試驗(yàn)驗(yàn)來(lái)來(lái)確確定定磨磨削削參參數(shù)數(shù)：：先先按按初初步步選選定定的的磨磨削削參參數(shù)數(shù)試試磨磨，，檢檢查查工工件件表表面面熱熱損損傷傷情情況況，，根根據(jù)據(jù)此此調(diào)調(diào)整整磨磨削削參參數(shù)數(shù)直直至至最最后后確確定定下下來(lái)來(lái)。。另另一一種種方方法法是是在在磨磨削削過(guò)過(guò)程程中中連連續(xù)續(xù)測(cè)測(cè)量量磨磨削削區(qū)區(qū)溫溫度度，，然然后后控控制制磨磨削削參參數(shù)數(shù)。。國(guó)國(guó)外外研研究究通通過(guò)過(guò)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)進(jìn)進(jìn)行行過(guò)過(guò)程程控控制制磨磨削削和和自自適適應(yīng)應(yīng)磨磨削削等等方方法法來(lái)來(lái)減減少少磨磨削削熱熱。。8.4.1.2選擇擇有效的冷卻卻方法8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑選擇適宜的磨磨削液和有效效的冷卻方法法。如采用高高壓達(dá)流量冷冷卻、內(nèi)冷卻卻或減輕旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的砂輪表面面的高壓附著著氣流的作用用，加裝空氣氣擋板，以使使冷卻液能順順利地噴注到到磨削區(qū)。8.4.2采采用冷壓強(qiáng)強(qiáng)化工藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑對(duì)于承受高應(yīng)應(yīng)力、交變載載荷的零件可可以采用噴丸丸、液壓、擠擠壓、等表面面強(qiáng)化工藝使使表面層產(chǎn)生生殘余壓應(yīng)力力和冷硬層并并降低表面粗粗糙度值，從從而提高耐疲疲勞強(qiáng)度及抗抗應(yīng)力腐蝕性性能。但是采采用強(qiáng)化工藝藝時(shí)應(yīng)很好控控制工藝參數(shù)數(shù)，不要造成成過(guò)度硬化，，否則會(huì)使表表面完全失去去塑性性質(zhì)，，甚至引起顯顯微裂紋和材材料剝落，帶帶來(lái)不良的后后果。8.4.2.1噴丸8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑噴丸是一種用用壓縮空氣或或離心力將大大量直徑細(xì)小?。?０.４４～２mm））的丸粒（鋼鋼丸、玻璃丸丸）以３０～～５０m/s的速度向零零件表面噴射射的方法。可可以用于任何何復(fù)雜形狀的的零件。噴丸丸的結(jié)果在表表面層產(chǎn)生很很大的塑性變變形，造成表表面的冷作硬硬化和殘余壓壓應(yīng)力。硬化化深度可達(dá)００.７mm,表面粗糙度度可自３.２２降到０.４４。噴丸后零零件的使用壽壽命可提高數(shù)數(shù)倍至數(shù)十倍倍。例如，齒齒輪可提高４４倍，螺旋彈彈簧可提高５５５倍以上。。8.4.2.2滾壓8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑用工具鋼淬硬硬自稱(chēng)的鋼滾滾輪或鋼珠在在零件上進(jìn)行行滾壓，使表表層材料產(chǎn)生生塑性流動(dòng)，，形成新的光光潔表面。表表面粗糙度可可自１.６降降至０.１，，表面硬化深深度達(dá)０.２２～１.５mm硬化程度度１０％～４４０％。8.4.3采用精密和光光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑精密和光整加加工工藝是指指經(jīng)濟(jì)加工精精度在ＩＴ５５～ＩＴ７級(jí)級(jí)以上，表面面粗糙度小于于０.１６，，表面物理機(jī)機(jī)械性能也處處于十分良好好狀態(tài)的各種種加工工藝方方法。采用精精密加工工藝藝能全面地提提高加工精度度和表面質(zhì)量量，而光整加加工工藝主要要是為了獲得得較高的表面面質(zhì)量。8.4.3.1精密加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑精密加工工藝藝的加工精度度主要由高精精度的機(jī)床保保證。精密加加工的切削深深度和進(jìn)給量量一般極小，，切削速度則則很高或極低低，加工時(shí)盡盡可能進(jìn)行充充分的冷卻和和潤(rùn)滑，以有有利于最大限限度地排除切切削力，切削削熱對(duì)加工質(zhì)質(zhì)量的影響，，并有利于降降低表面粗糙糙度。精密加加工切削效率率不高，故加加工余量不能能太大，所以以對(duì)前道工序序有較高的要要求。8.4.3.1精密加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑精密加工工藝藝方法有高速速精膛、高速速精車(chē)、寬刃刃精刨和細(xì)密密磨削等。下下面介紹細(xì)密密磨削。8.4.3.1精密加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑使工件表面獲獲得粗糙度小小于０.１６６、圓度誤差差小于０.５５在、直線(xiàn)度度誤差小于１１／３００mm，同軸度度誤差小于１１的磨削工藝藝，通常稱(chēng)為為細(xì)密磨削。。一般以能獲獲得的稱(chēng)為精精密磨削，能能獲得的稱(chēng)為為超精密磨削削，能獲得的的稱(chēng)為鏡面磨磨削。細(xì)密磨磨削是依靠砂砂輪工作面上上修整出大量量等高微刃進(jìn)進(jìn)行精密加工工的，這些等等高微刃能從從尚具有微量量缺陷和尺寸寸、形狀誤差差的工件表面面切除極微薄薄的余量，故故可獲得很高高的加工精度度。又由于大大量等高微刃刃在加工表面面留下極微細(xì)細(xì)的切削痕跡跡，加上無(wú)火火花磨削的滑滑擦、擠壓、、拋光作用，，所以可以得得到很低的表表面粗糙度。。8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑光整加工是用用粒度很細(xì)的的磨料對(duì)工件件表面進(jìn)行微微量切削和擠擠壓的過(guò)程.光整加工是是按照隨機(jī)創(chuàng)創(chuàng)知成形原理理,加工中磨磨具與工件的的相對(duì)運(yùn)動(dòng)盡盡可能復(fù)雜,盡可能使磨磨料不走重復(fù)復(fù)的軌跡,讓讓工件加工表表面各點(diǎn)都受受到具有很大大隨機(jī)性的接接觸條件,以以突出它們間間的高點(diǎn),進(jìn)進(jìn)行相互修整整,使誤差逐逐步均化而得得到消除,從從而獲得極光光的表面和高高于磨具原始始精度的加工工精度.8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑光整加工是用用粒度很細(xì)的的磨料對(duì)工件件表面進(jìn)行微微量切削和擠擠壓的過(guò)程.光整加工是是按照隨機(jī)創(chuàng)創(chuàng)知成形原理理,加工中磨磨具與工件的的相對(duì)運(yùn)動(dòng)盡盡可能復(fù)雜,盡可能使磨磨料不走重復(fù)復(fù)的軌跡,讓讓工件加工表表面各點(diǎn)都受受到具有很大大隨機(jī)性的接接觸條件,以以突出它們間間的高點(diǎn),進(jìn)進(jìn)行相互修整整,使誤差逐逐步均化而得得到消除,從從而獲得極光光的表面和高高于磨具原始始精度的加工工精度.8.4.3.2光整加工工藝藝8.4控制制加工表面質(zhì)質(zhì)量的工藝途途徑光整加工工藝藝的共同特點(diǎn)點(diǎn)是沒(méi)有與磨磨削深度相對(duì)對(duì)應(yīng)的磨削用用量參數(shù),一一般只規(guī)定加加工時(shí)的很低低的單位切削削壓力,因此此加工過(guò)程中中的切削力和和切削熱都很很小,從而能能獲得很低的的表面粗糙度度.表面層不不會(huì)產(chǎn)生熱損損傷,并具有有殘余壓應(yīng)力力.所使用的的工具都是浮浮動(dòng)連接.由由加工面自身身導(dǎo)向,而相相對(duì)于工件的的定位基準(zhǔn)沒(méi)沒(méi)有確定的位位置,所使用用的機(jī)床也不不需要具有非非常精確的成成形運(yùn)動(dòng).這這些加工方法法的主要作用用是降低表面面粗糙度,一一般不能糾正正形狀和位置置誤差,加工工精度主要由由前面工序保保證.對(duì)上道道工序的表面面粗糙度要求求高,一般要要求達(dá)到,表表面不得有較較深得加工痕痕跡.加工余余量都很小，，一般不超過(guò)過(guò)０．０２mm，以免使使加工時(shí)間過(guò)過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生切切削熱，降低低生產(chǎn)效率，，甚至破壞上上一道工序已已達(dá)到得精度度．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珩磨珩珩磨磨是利利用珩珩磨頭頭上得得細(xì)粒粒砂條條對(duì)孔孔進(jìn)行行加工工得方方法，，在大大批生生產(chǎn)中中應(yīng)用用很普普遍．．其工工作原原理如如圖所所示，，珩磨磨頭上上裝有有４～～８條條砂石石，砂砂條由由張開(kāi)開(kāi)機(jī)構(gòu)構(gòu)作用用沿徑徑向張張開(kāi)在在孔壁壁上產(chǎn)產(chǎn)生一一定得得壓力力對(duì)工工件進(jìn)進(jìn)行微微量切切削\擠壓壓和擦擦光.珩磨磨時(shí),珩磨磨頭作作旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)和往往復(fù)運(yùn)運(yùn)動(dòng),由于于珩磨磨頭的的轉(zhuǎn)速速與每每分鐘鐘往復(fù)復(fù)次數(shù)數(shù)不通通約,故被被加工工表面面上呈呈現(xiàn)交交叉而而互不不重復(fù)復(fù)的網(wǎng)網(wǎng)狀痕痕跡,造成成了儲(chǔ)儲(chǔ)存潤(rùn)潤(rùn)滑油油的良良好條條件.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珩磨壓壓力低低,切切深小小,故故珩磨磨功率率小,工件件表面面層的的變形形小,切削削能力力弱.而切切削軌軌跡不不重復(fù)復(fù),切切削過(guò)過(guò)程平平穩(wěn),且使使用大大量的的切削削液沖沖走脫脫落的的砂粒粒并對(duì)對(duì)工件件表面面進(jìn)行行充分分冷卻卻，使使珩磨磨的表表面質(zhì)質(zhì)量很很高，，表面面粗糙糙度達(dá)達(dá)．珩珩磨還還能對(duì)對(duì)前工工序遺遺留下下來(lái)的的幾何何形狀狀誤差差進(jìn)行行一定定程度度的修修正，，因?yàn)闉楸砻婷娴耐煌怀霾坎糠挚偪偸窍认扰c砂砂條接接觸而而被磨磨去，，直至至砂條條與工工件表表面完完全接接觸．．為了了補(bǔ)償償機(jī)床床＼珩珩磨頭頭＼夾夾具間間的同同軸度度誤差差，珩珩磨頭頭與機(jī)機(jī)床主主軸之之間的的連接接是浮浮動(dòng)的的，因因此珩珩磨加加工不不能修修正孔孔間的的相對(duì)對(duì)誤差差．8.4.3.2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（2）超精加工超超精加工工是用細(xì)粒粒度的砂條條以一定的的壓力壓在在作低速旋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的的工件表面面上，并在在軸向作往往復(fù)運(yùn)動(dòng)，，工件或砂砂條還作軸軸向進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行行微量切削削（圖８．．１5）的的加工方法法，超精加加工后的表表面粗超度度低（０.0012~0.08），留留有網(wǎng)狀的的痕跡,造造成了良好好的儲(chǔ)油條條件，故表表面耐磨性性好．超精精加工常用用于加工內(nèi)內(nèi)外圓柱＼＼圓錐面和和滾動(dòng)軸承承套圈的溝溝道．8.4.3.2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2超精精加工一般般可劃分為為四個(gè)加工工階段：強(qiáng)烈切削階階段：加工工初期砂條條主要起切切削作用，，砂條同同比較粗糙糙的工件表表面接觸，，實(shí)際的接接觸面積小小，單位面面積壓力較較大，工件件與砂條之之間不能形形成完整的的潤(rùn)滑油膜膜，且砂條條作往復(fù)振振動(dòng)，切削削力方向經(jīng)經(jīng)常變化，，磨粒破碎碎的機(jī)會(huì)多多，自礪性性好，故切切削作用強(qiáng)強(qiáng)烈．正常切削階階段：工件件表面逐漸漸被磨平后后，接觸面面積逐步增增大，單位位面積上的的壓力減少少，切削作作用減弱進(jìn)進(jìn)入正常切切削階段．．微弱切削階階段：隨著著工件表面面接觸面積積進(jìn)一步增增大，單位位面積上的的壓力更小小，切削作作用微弱，，砂條表面面液因有極極細(xì)的切屑屑氧化物嵌嵌入空隙而而變得光滑滑，產(chǎn)生拋拋光作用．．自動(dòng)停止切切削階段：：工件表面面被磨平，，單位面積積上得壓力力極低，工工件和砂條條間潤(rùn)滑油油膜逐漸形形成，不再再接觸，故故自動(dòng)停止止切削．8.4.3.2光整加工工工藝8.4控控制加工表表面質(zhì)量的的工藝途徑徑研磨研磨是用研研具（圖８８．１6））以一定得得相對(duì)滑動(dòng)動(dòng)速度（粗粗研時(shí)０．．６７～００．８３m/s,精精研時(shí)0.1~0.2m/s）再０．．１２～００．４ＭＰＰa壓力下下與被加工工面作復(fù)雜雜相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的一種光光整加工方方法．研具具與工件之之間的磨粒粒能從工件件表面上切切去極微薄薄的一層材材料，得到到尺寸誤差差和表面粗粗糙度極低低的表面．．研磨后工工件的尺寸寸誤差可以以在0.001~0.003mm內(nèi)，，表面粗糙糙度．8.4.3.2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4拋光拋光是在布布輪＼布盤(pán)盤(pán)或砂帶等等軟的磨具具上涂拋光光膏來(lái)加工工工件的．．拋光器具具高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，由拋光光膏的機(jī)械械刮擦和化化學(xué)作用將將粗糙表面面的峰頂去去掉，從而而使表面獲獲得光澤鏡鏡面．拋光光時(shí)一般不不去掉余量量，所以不不能提高工工件的精度度甚至還會(huì)會(huì)損壞原有有精度，經(jīng)經(jīng)拋光的表表面能減小小殘余拉應(yīng)應(yīng)力．8．5．1振動(dòng)的的概念與類(lèi)類(lèi)型8．5機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中的振振動(dòng)問(wèn)題金屬切削過(guò)過(guò)程中，工工件和刀具具之間常常常會(huì)發(fā)生強(qiáng)強(qiáng)烈的振動(dòng)動(dòng)，這是一一種破壞正正常切削過(guò)過(guò)程的極其其有害的現(xiàn)現(xiàn)象。當(dāng)切切削振動(dòng)發(fā)發(fā)生時(shí)，工工件表面質(zhì)質(zhì)量嚴(yán)重惡惡化，粗糙糙度增大。。產(chǎn)生明顯顯的表面痕痕跡，這時(shí)時(shí)不得不降降低切學(xué)用用量，使生生產(chǎn)率的提提高受到限限制。振動(dòng)動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，，會(huì)產(chǎn)生崩崩刃現(xiàn)象，，使加工過(guò)過(guò)程無(wú)法進(jìn)進(jìn)行下去。。此外，振振動(dòng)將加速速刀具和機(jī)機(jī)床的磨損損。從而縮縮短刀具和和機(jī)床的使使用壽命；；振動(dòng)噪聲聲危害工人人的健康。。弄清機(jī)械械加工過(guò)程程中產(chǎn)生震震動(dòng)的原因因，掌握它它的發(fā)生、、發(fā)展的規(guī)規(guī)律，使機(jī)機(jī)械加工過(guò)過(guò)程既保持持高的生產(chǎn)產(chǎn)率，又保保證零件表表面的加工工質(zhì)量，是是機(jī)械加工工中應(yīng)予研研究的一個(gè)個(gè)重要內(nèi)容容。機(jī)械加工過(guò)過(guò)程中產(chǎn)生生的振動(dòng)，，也和其他他的機(jī)械振振動(dòng)一樣，，按其產(chǎn)生生的原因可可分為自由由震動(dòng)、強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)和和自激振動(dòng)動(dòng)三大類(lèi)。。其中自由由振動(dòng)往往往是由于切切削力的突突然變化或或其他外界界力的沖擊擊等原因引引起，一般般可迅速衰衰減，對(duì)加加工過(guò)程影影響較小，，這里不予予討論。8.5.2機(jī)機(jī)械加工工中的強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)8．5機(jī)機(jī)械加加工過(guò)程程中的振振動(dòng)問(wèn)題題強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)是工藝藝系統(tǒng)在在一個(gè)穩(wěn)穩(wěn)定的外外界周期期性干擾擾力(激激振力)作用下下引起的的振動(dòng).除了力力之外,凡是隨隨時(shí)間變變化的位位移、速速度和加加速度，，也可以以激起系系統(tǒng)的振振動(dòng)。8．5．．2．1強(qiáng)迫迫振動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的原原因8．5機(jī)機(jī)械加加工過(guò)程程中的振振動(dòng)問(wèn)題題強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生的的原因分分工藝系系統(tǒng)內(nèi)部部和外部部?jī)煞矫婷?。?nèi)部振源源：各個(gè)個(gè)電動(dòng)機(jī)機(jī)的振動(dòng)動(dòng)，包括括電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子旋旋轉(zhuǎn)不平平衡引起起的振動(dòng)動(dòng)；機(jī)床床回轉(zhuǎn)零零件的不不平衡，，例如砂砂輪、皮皮帶輪和和旋轉(zhuǎn)軸軸的不平平衡引起起的振動(dòng)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)動(dòng)傳遞過(guò)過(guò)程中中引起的的振動(dòng)，，如齒輪輪嚙合時(shí)時(shí)的沖擊擊、皮帶帶輪圓度度誤差及及皮帶厚厚度不均均引起的的張力變變化，滾滾動(dòng)軸承承的套圈圈和滾子子尺寸及及形狀誤誤差，使使運(yùn)動(dòng)在在傳遞過(guò)過(guò)程中產(chǎn)產(chǎn)生了振振動(dòng)；往往復(fù)部件件的沖擊擊；液壓壓傳動(dòng)系系統(tǒng)的壓壓力脈動(dòng)動(dòng)；切削削時(shí)的沖沖擊振動(dòng)動(dòng)，切削削負(fù)荷不不均引起起切削力力的變化化而導(dǎo)致致的振動(dòng)動(dòng)。外部振源源：其他他機(jī)床、、鍛錘、、火車(chē)、、卡車(chē)等等通過(guò)機(jī)機(jī)床地基基傳給機(jī)機(jī)床的振振動(dòng)。8．5．．2．2強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的運(yùn)動(dòng)方方程8．5機(jī)機(jī)械加加工過(guò)程程中的振振動(dòng)問(wèn)題題工藝系統(tǒng)統(tǒng)是個(gè)多多自由度度的振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)，，其振動(dòng)動(dòng)形態(tài)很很復(fù)雜，，但就某某一特定定情況而而言，其其振動(dòng)特特性與相相應(yīng)頻率率的單自自由度系系統(tǒng)有相相似之處處，因此此可以簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為單單自由度度系統(tǒng)來(lái)來(lái)分析，，例如，，內(nèi)圓磨磨削時(shí)工工件系統(tǒng)統(tǒng)的剛度度比磨頭頭系統(tǒng)剛剛度大很很多，此此時(shí)磨削削系統(tǒng)可可簡(jiǎn)化為為磨桿和和砂輪的的單自由由度振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)，，將磨桿桿簡(jiǎn)化為為“無(wú)質(zhì)質(zhì)量“的的彈簧K，砂輪輪簡(jiǎn)化為為”無(wú)彈彈性“的的質(zhì)量m，組成成一個(gè)彈彈簧質(zhì)量量系統(tǒng)模模型。由質(zhì)量塊塊受力分分析得:8．5．．2．2強(qiáng)迫迫振動(dòng)的的運(yùn)動(dòng)方方程8．5機(jī)機(jī)械加加工過(guò)程程中的振振動(dòng)問(wèn)題題這是一個(gè)個(gè)非齊次次線(xiàn)性微微分方程程,它的的解由該該式齊次次方程的的通解和和非齊次次方程的的一個(gè)特特解疊加加而成。。齊次方方程的通通解為有有阻尼的的自由振振動(dòng)過(guò)程程。經(jīng)過(guò)過(guò)一段時(shí)時(shí)間后這這部分振振動(dòng)會(huì)衰衰減為零零，特解解是園頻頻率等于于激振力力園頻率率的強(qiáng)迫迫振動(dòng)，，它純粹粹由激振振力引起起。響應(yīng)應(yīng)過(guò)程如如圖，經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)渡渡過(guò)程以以后，強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)起主要要作用，，只要交交變激振振力存在在，強(qiáng)迫迫振動(dòng)就就不會(huì)被被阻尼衰衰減掉。。根據(jù)以以上所述述，我們們就不考考慮很快快衰減為為零的自自由阻尼尼振動(dòng)部部分，而而只研究究經(jīng)歷了了過(guò)渡過(guò)過(guò)程而進(jìn)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)態(tài)后的諧諧振運(yùn)動(dòng)動(dòng)。8．5．2．．2強(qiáng)迫振振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方方程8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題即其特解為（8.4）其中（8.5）（8.6）其中：A強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的振幅，mm振幅相對(duì)于力力幅的相位角角，radK系統(tǒng)剛度度，N/mm系統(tǒng)在靜力作作用下產(chǎn)生的的靜位移，mm頻率比振動(dòng)頻率，rad/s振動(dòng)系統(tǒng)無(wú)阻阻尼時(shí)的固有有頻率，rad/sV動(dòng)態(tài)放放大系數(shù)。8．5．2．．2強(qiáng)迫振振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方方程8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題式（8.5））表示了單自自由度強(qiáng)迫振振動(dòng)振幅與干干擾頻率的依依從關(guān)系，稱(chēng)稱(chēng)為單自由度度強(qiáng)迫振動(dòng)的的幅頻特性。。式（8.6））表示了強(qiáng)迫迫振動(dòng)中位移移與干擾力之之間的相位與與干擾頻率的的依從關(guān)系，，稱(chēng)為單自由由度強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)相頻特性。。8．5．2．．3強(qiáng)迫振振動(dòng)的特性8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題幅頻特性曲線(xiàn)線(xiàn)和相頻特性性曲線(xiàn)依據(jù)式（8.5）和（8.6）并以以阻尼比為參參數(shù)畫(huà)成曲線(xiàn)線(xiàn)圖，從圖可可以看出當(dāng)時(shí)時(shí)，，這時(shí)激激振力的頻率率極低，近似似于靜載荷，，振幅接近于于靜位移，這這種現(xiàn)象發(fā)生生在區(qū)域內(nèi)，，稱(chēng)此范圍為為準(zhǔn)靜態(tài)范圍圍。當(dāng)且阻尼比較較小時(shí)，激振振力使系統(tǒng)的的振幅形成了了一個(gè)凸峰，，其峰值比靜靜態(tài)響應(yīng)大許許多倍，這種種現(xiàn)象稱(chēng)為““共振”。工程上把系統(tǒng)統(tǒng)的固有頻率率作為共振頻頻率，把固有有頻率前后20%~30%區(qū)域作為為共振區(qū)，為為避免系統(tǒng)共共振，應(yīng)避免免進(jìn)入這個(gè)區(qū)區(qū)域，由圖還還可看出，阻阻尼在共振區(qū)區(qū)對(duì)降低振幅幅的作用很大大，在其他區(qū)區(qū)域作用較小小。當(dāng)時(shí)，這是由由于激振力的的變化頻率太太高，而振動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)因本身身的慣性來(lái)不不及響應(yīng)，故故系統(tǒng)反而不不振，這種現(xiàn)現(xiàn)象稱(chēng)為慣性性區(qū)。由相頻曲線(xiàn)可可以看出，無(wú)無(wú)論系統(tǒng)的阻阻尼比為何值值，當(dāng)相相位滯滯后90度8．5．2．．3強(qiáng)迫振振動(dòng)的特性8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題綜上所述，強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的主主要特性如下下：強(qiáng)迫振動(dòng)是在在外界周期性性干擾力的作作用下產(chǎn)生的的，但振動(dòng)本本身并不能引引起干擾力的的變化，不管管振動(dòng)系統(tǒng)本本身的固有頻頻率如何，強(qiáng)強(qiáng)迫振動(dòng)的固固有頻率總是是與外界干擾擾力的頻率相相同，強(qiáng)迫振振動(dòng)的振幅大大小在很大程程度上取決于于干擾力的頻頻率與系統(tǒng)固固有頻率的比比值，當(dāng)這個(gè)個(gè)頻率比等于于或接近1時(shí)時(shí)，振幅達(dá)到到最大值，出出現(xiàn)“共振””現(xiàn)象，干擾擾力越大，系系統(tǒng)剛度及阻阻尼系數(shù)越小小，強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)的振幅就越越大。8．5．2．．3強(qiáng)迫振振動(dòng)的特性8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題例題8.2把把一臺(tái)質(zhì)量量M=2000Kg的機(jī)機(jī)床安裝在無(wú)無(wú)質(zhì)量的彈性性地板上（圖圖8。23）），當(dāng)將一個(gè)個(gè)總質(zhì)量，并并帶有兩個(gè)偏偏心為e的不不平衡質(zhì)量m/2的激振振器放在機(jī)床床上，以產(chǎn)生生一個(gè)垂直的的簡(jiǎn)諧激振力力，今測(cè)得共共振時(shí)的頻率率，，求機(jī)床的的固有頻率。。由題意，激振振時(shí)的共振頻頻率則則，，故故機(jī)床固有頻率率:機(jī)床固有頻率率8.5.3機(jī)機(jī)械加工中中的自激振動(dòng)動(dòng)8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題自激振動(dòng)時(shí)由由振動(dòng)過(guò)程本本身引起切削削力周期性變變化,又由這這個(gè)周期性變變化的切削力力反過(guò)來(lái)加強(qiáng)強(qiáng)和維持振動(dòng)動(dòng),使振動(dòng)系系統(tǒng)補(bǔ)充了由由阻尼作用消消耗的能量,讓振動(dòng)維持持下去。切削削過(guò)程中產(chǎn)生生的自激震動(dòng)動(dòng)是頻率較高高的不衰減振振動(dòng)，通常又又稱(chēng)顫振，約約占振動(dòng)的65%，它往往往是影響加加工表面質(zhì)量量和限制機(jī)床床生產(chǎn)率提高高的主要障礙礙，故應(yīng)對(duì)其其十分重視。。8.5.3機(jī)機(jī)械加工中中的自激振動(dòng)動(dòng)8．5機(jī)械械加工過(guò)程中中的振動(dòng)問(wèn)題題切削過(guò)程中的的自激振動(dòng)可可舉日常生活活中常見(jiàn)的的電鈴為例。。如圖,以以電池1為能能源，當(dāng)按下下按鈕2后，，電流通過(guò)7-3-5及及電池構(gòu)成的的通路，電磁磁鐵5產(chǎn)生磁磁力吸引銜鐵