第四章 表面質(zhì)量

第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述機(jī)器的產(chǎn)品使用壽命短，主要是由于工藝水平不高所致，其中的關(guān)鍵問(wèn)題之一是機(jī)器零件的表面質(zhì)量。一、表面質(zhì)量的含義表面層的狀態(tài)1.表面的幾何性質(zhì)：1)表面粗糙度(Ra、Rz)：是表面紋理的微觀不平度，即微觀幾何形狀誤差。主要是由機(jī)械加工中切削刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡所形成，其波長(zhǎng)與波高的比值一般L/H<50。2)表面波度：介于宏觀形狀精度與微觀粗糙度間的周期性幾何形狀誤差，是表面紋理中一種寬間距的不平度，即中間幾何形狀。主要是由刀具的振動(dòng)和偏移所造成，其波長(zhǎng)與波高的比值一般為(L/H=50~1000)。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述一、表面質(zhì)量的含義二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響1.對(duì)耐磨性的影響：1)粗糙度：對(duì)半液體潤(rùn)滑或干摩擦在一定的條件下，有一個(gè)最佳表面粗糙度，在這個(gè)表面粗糙度下，初期磨損量最小。對(duì)于完全液體潤(rùn)滑，表面粗糙度越小越好。2)刀痕紋路方向：紋路方向?qū)δ湍バ缘挠绊懪c載荷大小有關(guān)紋路方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向一致時(shí)磨損最小紋路方向相互垂直且運(yùn)動(dòng)方向平行于下表面的紋路方向時(shí)磨損最小重載輕載存在一個(gè)最佳的加工硬化程度，低于或超過(guò)這個(gè)最佳值，磨損量會(huì)增加。磨損過(guò)程中，摩擦副的顯微硬度在變化。3)冷作硬化：一般都能使耐磨性提高。4)殘余應(yīng)力：本身對(duì)耐磨性影響不大。內(nèi)應(yīng)力和晶格畸變引起的顯微硬度變化，對(duì)耐磨性有影響。5)金相組織：淬硬表面的耐磨性顯然比不淬硬的要好。磨削燒傷將顯著地降低零件的耐磨性。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述一、表面質(zhì)量的含義二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

1.對(duì)耐磨性的影響：

2.對(duì)耐疲勞性的影響：§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑2.對(duì)耐疲勞性的影響：在交變載荷作用下，工件表面由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋，造成零件的疲勞損壞。1)表面粗糙度表面粗糙度值越大，耐疲勞強(qiáng)度也越低。越是優(yōu)質(zhì)鋼，表面粗糙度對(duì)耐疲勞強(qiáng)度的影響也越大。加工方法

鋼的強(qiáng)度極限δ(兆帕)4709501420相對(duì)耐疲勞強(qiáng)度(%)精細(xì)拋光或精研磨拋光或研磨精磨或精車(chē)粗磨或粗車(chē)軋制鋼材直接使用

1009593907010093908050100908570352)冷作硬化表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。但若冷硬過(guò)度表面出現(xiàn)了裂紋，將降低疲勞強(qiáng)度。鋼的含碳越高，提高的程度也越大。鑄鐵和有色金屬，提高的程度就較小。3)殘余應(yīng)力：殘余壓應(yīng)力可顯著的提高疲勞強(qiáng)度；殘余拉應(yīng)力則顯著地降低耐疲勞強(qiáng)度。4)金相組織：金相組織的改變使表面硬度增加，產(chǎn)生壓應(yīng)力時(shí)，可提高疲勞強(qiáng)度。3.對(duì)配合精度的影響：1)表面粗糙度粗糙度越小，配合精度高。表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響，也就是對(duì)動(dòng)配合的影響。對(duì)于靜配合，表面粗糙度太大將影響實(shí)際過(guò)盈量。

有效過(guò)盈量Δ實(shí)際=Δ理論-1.2(Rz1+Rz2)2)殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力引起的變形，使幾何形狀和尺寸改變，從而影響配合精度及配合性質(zhì)的穩(wěn)定。4.對(duì)耐腐蝕性的影響：1)表面粗糙度表面粗糙度越小，耐腐蝕性越好。2)殘余應(yīng)力：殘余壓應(yīng)力增強(qiáng)了耐腐蝕性，拉應(yīng)力則降低耐腐蝕性。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述一、表面質(zhì)量的含義二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響

1.對(duì)耐磨性的影響：

2.對(duì)耐疲勞性的影響：

3.對(duì)配合精度的影響：

4.對(duì)耐腐蝕性的影響：§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—2影響表面粗糙度的工藝因素一、表面粗糙度及波度的產(chǎn)生原因1.幾何因素：1)殘留面高度Rz：2)刀具表面的粗糙度及寬刀平直度理論實(shí)際幾何原因影響進(jìn)給方向的粗糙度2.物理因素：塑性變形及碎裂主要影響切削速度方向的粗糙度積屑瘤：生成、長(zhǎng)大和脫落將嚴(yán)重影響表面粗糙度。積屑瘤產(chǎn)生與切速平行的犁溝和在犁溝中鑲?cè)敕e屑瘤，在加工表面上造成硬點(diǎn)鱗刺：鱗刺是已加工表面上產(chǎn)生的周期性的鱗片狀毛刺，它往往使表面粗糙度等級(jí)降低2~4級(jí)。薄層切削時(shí)的打滑：當(dāng)切深或進(jìn)給量很小，而刀刃又不夠鋒利時(shí)，切削產(chǎn)生打滑，刀具后刀面的摩擦、擠壓和加工表面的回彈，使粗糙度增大。脆性材料的碎裂：對(duì)于脆性材料因其塑性變形較小，主要是碎裂，造成崩裂切屑而影響表面粗糙度。3.切削加工時(shí)的振動(dòng)：

引起表面波度，它不論是在進(jìn)給方向或是切削速度方向都會(huì)出現(xiàn)，但主要影響切削速度方向粗糙度，即速度方向的波紋主要是振動(dòng)引起的。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素一、表面粗糙度及波度的產(chǎn)生原因二、影響加工表面粗糙度的因素：§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑二、影響加工表面粗糙度的因素：切削刀具或砂輪；工件材質(zhì)；加工條件。(一)切削加工的粗糙度1)刀具刀具的幾何角度：在中、低速切削時(shí)，適當(dāng)增大前角，可以使表面粗糙度得到一定的改善。當(dāng)U>50m/min時(shí)，前角基本不起作用。前角γ0：刀尖圓弧半徑rε：rε增加使殘留面積減小，但使切削力增加。主偏角Kr：減小主偏角可降低殘留面積高度，但將會(huì)增大切削力的徑向分力。后角α0：刀具刃磨質(zhì)量：前刀面、后刀面、刃口刀具材料：不同的刀具材料，刃磨后，刃口的鋒利程度不同。不同的刀具材料其摩擦系數(shù)不同，與工件材料的親合能力也不同。

副偏角Kr′2)切削用量：切削速度：加工塑性材料時(shí)，若切削速度處在產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺的范圍內(nèi)，加工表面將很粗糙。脆性材料塑性材料耐熱鋼不銹鋼低熔點(diǎn)材料進(jìn)給量、背吃刀量減小，表面粗糙度減小。過(guò)小的背吃刀量或進(jìn)給量，將使刀具在被加工表面上擠壓和打滑，形成附加的塑性變形，會(huì)增大表面粗糙度值。切削深度精密加工進(jìn)給量HB185HB190HB200HB500HB2283)工件材料的性能與金相組織：工件材料的塑性越大，加工表面粗糙度越大。高速切削時(shí)，工件材料性能對(duì)表面粗糙度的影響很小。被加工材料的金相組織均勻細(xì)密，加工后表面粗糙度一般也較小。加工脆性材料時(shí)，其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。4)冷卻潤(rùn)滑的條件：切削液的作用：冷卻與潤(rùn)滑避免表面軟化，減小材料的塑性變形，抑制積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素一、表面粗糙度及波度的產(chǎn)生原因二、影響加工表面粗糙度的因素：

(一)切削加工的粗糙度

(二)磨削加工§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑(二)磨削加工被磨表面單位面積上通過(guò)的砂粒數(shù)愈多，則該面積上的刻痕愈多，刻痕的等高性愈好，表面粗糙度值愈小。從塑性變形的角度分析，磨削過(guò)程溫度高，磨削加工時(shí)產(chǎn)生的塑性變形要比刀刃切削時(shí)大得多。磨削時(shí)，金屬沿著磨粒的兩側(cè)流動(dòng)，形成溝槽兩側(cè)的隆起，使表面粗糙度值增大。1)砂輪磨料：磨料的選擇應(yīng)與被加工材料的性能相適應(yīng)。氧化物系磨料的硬度比碳化物系磨料低，但韌性好。氧化物系磨料用于磨削抗拉強(qiáng)度高的材料易于得到較小的表面粗糙度。碳化物系磨料用于磨削強(qiáng)度低和硬而脆的材料易于得到較小的表面粗糙度。粒度：砂輪磨粒越細(xì)，加工表面粗糙度也就越??；磨粒過(guò)細(xì)的砂輪，反而會(huì)增大工件的表面粗糙度。砂輪粒度的選擇，主要取決于加工表面粗糙度和生產(chǎn)率。粗磨時(shí)余量大，應(yīng)選擇較粗磨粒的砂輪；精磨時(shí)，應(yīng)選用較細(xì)的磨粒。硬度：反映磨粒在磨削力作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度，稱(chēng)為自礪性。砂輪硬度的選擇與工件所需的精度、粗糙度有關(guān)。硬度適當(dāng)，砂輪表面粗糙度小，加工表面質(zhì)量高。加工硬金屬時(shí)，應(yīng)選較軟的砂輪；加工軟金屬，應(yīng)選擇較硬的砂輪；精磨時(shí)，為了保證磨削精度和表面粗糙度，應(yīng)選稍硬的砂輪。結(jié)合劑與組織：陶瓷結(jié)合劑，粘結(jié)性能差，抗振性也差，只能用于砂輪切削速度US<35m/s的場(chǎng)合，砂輪氣孔大，磨削生產(chǎn)率高。樹(shù)脂結(jié)合劑，結(jié)合強(qiáng)度高，砂輪的彈性和韌性好，切削可達(dá)US>50m/s，但耐熱、耐腐蝕能力差，氣孔小，易被磨屑堵塞。砂輪的組織：指磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者體積的比例關(guān)系。磨粒在砂輪總體積中所占的比例越大，則砂輪的組織越緊密，氣孔越小。組織緊密的砂輪用于成型磨削和精密磨削；組織中等的砂輪用于磨削淬火鋼，刀具刃磨；組織疏松的砂輪用于磨削韌性大而硬度不高的材料及大面積磨削。2)砂輪的修整：修整工具：?jiǎn)晤w粒金剛石筆修整的質(zhì)量為最好。3)磨削用量：工件線速度U工：砂輪切削速度U砂：工件軸向進(jìn)給量faU工的影響大于fa

光磨次數(shù)光磨，也稱(chēng)為無(wú)進(jìn)給磨削。光磨次數(shù)：5~10次

粒度越細(xì)，光磨效果好。

4)工件材料：太硬、太軟、太韌、導(dǎo)熱性差的材料都不易磨光。磨削深度ap5)冷卻液：磨削液的作用：主要是減少那些不起切削而起拋光作用的磨粒與工件表面的摩擦；沖掉碎落的磨粒和結(jié)合劑顆粒，減少它們對(duì)工件表面的擦傷機(jī)會(huì)；冷卻加工區(qū)，以降低加工中的塑性變形。一般的冷卻方法，對(duì)切削區(qū)的溫度實(shí)際上沒(méi)有大的作用，但是傳到工件上的熱卻大量地被磨削液帶走，使工件的溫度不致太高，有利于提高工件的精度。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：1.加工硬化的產(chǎn)生機(jī)械加工過(guò)程中，金屬表面層受切削力的作用產(chǎn)生塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生滑移剪切，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，這些都使得表面層的硬度增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)冷作硬化和強(qiáng)化。金屬在加工時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生切削熱。使金屬的塑性變形恢復(fù)及再結(jié)晶，失去加工硬化中所得到的物理機(jī)械性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為軟化。金屬在機(jī)械加工過(guò)程中，同時(shí)受到力、熱的作用，其最后的加工硬化取決于強(qiáng)化速度和軟化速度的比率。衡量加工硬化的指標(biāo)有下列三項(xiàng)：(1)表面層的顯微硬度HV(2)硬化層深度hy=0.05~0.2mm(3)硬化程度

2.各種機(jī)械加工方法的表面層加工硬化及其影響因素各種機(jī)械加工方法在加工鋼件時(shí)表面層加工硬化情況加工方法

材料

硬化層深度h(μm)

硬化程度N(%)

平均值最大值

平均值

最大值

車(chē)削

精細(xì)車(chē)削

端銑

圓周銑

鉆孔，擴(kuò)孔

拉孔

滾齒，插齒

外圓磨

平面磨

研磨

低碳鋼

未淬硬中碳鋼

30-50

20-60

40-100

40-80

180-200

20-75

120-150

30-6030-6016-35

3-7

200

200110

250

20-50

40-80

40-60

20-40

60-70

50-100

60-100

60-100

40-60

50

12-17

100

120

100

80

150

100

影響因素：(1)切削力愈大，塑性變形愈大，硬化程度愈大，硬化層深度也愈大普通磨削高速磨削(2)變形速度愈快，塑性變形可能跟不上，這樣塑性變形將不充分，因此硬化深度和程度都減小。(3)切削溫度高，軟化作用增大，使得冷硬作用減小。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素

一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷(一)磨削燒傷的產(chǎn)生和實(shí)質(zhì)磨削燒傷—磨削表層溫升過(guò)高引起金相組織的改變，使表層的硬度、強(qiáng)度比加工前顯著降低，且產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力甚至引起顯微裂紋，影響零件使用性能。磨削燒傷的實(shí)質(zhì)：是材料表面層的金相組織發(fā)生變化。產(chǎn)生的原因：是溫度高。對(duì)中碳鋼來(lái)說(shuō)：溫度在300℃以下，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體當(dāng)溫度在350~450℃范圍時(shí)，馬氏體就轉(zhuǎn)化為回火(屈)托氏體

當(dāng)加熱到500~650℃范圍時(shí)，馬氏體就轉(zhuǎn)化為回火索氏體

溫度高于650℃，則馬氏體將反轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體燒傷分類(lèi)：磨削淬火鋼1.淬火燒傷—表面二次淬火、內(nèi)部回火磨削時(shí)，工件表面層溫度超過(guò)相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。這時(shí)有充分的冷卻，則表層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，但很薄，只有幾個(gè)微米厚，其下為硬度較低的回火索氏體和托氏體。2.回火燒傷：超過(guò)回火溫度，表層硬度比心部低磨削時(shí)，如果工件表面溫度未超過(guò)相變溫度，但超過(guò)馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度(一般中碳鋼為300℃)，這時(shí)馬氏體將轉(zhuǎn)化為硬度較低的回火托氏體或索氏體。3.退火燒傷：干磨在磨削時(shí)，如果工件表面層溫度超過(guò)相變溫度，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果這時(shí)無(wú)冷卻液，則表層硬度急劇下降，這時(shí)工件表層被退火。這三種燒傷中，以退火燒傷最為嚴(yán)重。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷

(一)磨削燒傷的產(chǎn)生和實(shí)質(zhì)

(二)防止燒傷措施：§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑0.01mm0.06mm0.02mm0.04mm(二)防止燒傷措施：磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故改善磨削燒傷有兩個(gè)途徑：1.盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生；(1)控制磨削用量：磨削深度ap：磨削深度增大時(shí)，磨削力、磨削熱也急劇增加。6mm/單行程2412橫向進(jìn)給量橫向進(jìn)給量f(內(nèi)、外圓磨削時(shí)，相當(dāng)于軸向每轉(zhuǎn)進(jìn)給量)：橫向進(jìn)給量越大磨削燒傷越少；

加工表面粗糙度增加；砂輪的磨耗也增加。f不宜選得過(guò)大。

0.5m/s3m/s2-1m/s3-2m/s工件線速度工件線速度UW：工件線速度增加，磨削區(qū)加工表面溫度上升，但其上升的速度沒(méi)有增加切削深度時(shí)那么大。為了減少燒傷而同時(shí)又能保持高的生產(chǎn)率，在選擇磨削用量時(shí)，應(yīng)選擇較大的工件線速度和較小的切削深度。UW越大，表層附近的溫度梯度越大，也就是UW越大，高溫層越薄。磨削燒傷層如果很薄，通過(guò)幾次光磨或下工序精磨能把燒傷層去掉。問(wèn)題不僅在于有無(wú)燒傷，還在于燒傷層的厚度不能大。提高UW是減輕磨削燒傷的有效途徑，但加工表面粗糙度惡化，還應(yīng)提高砂輪線速度US。ap砂輪的切削速度US：切削速度增大，單位時(shí)間內(nèi)切削工件表面的磨粒數(shù)增多，磨粒在工件表面上的擠壓，磨擦作用增加，因此加工表面的溫度上升。切削速度增大，切削厚度減小，單顆磨粒與工件表面的接觸時(shí)間減少，這些因素又降低了加工表面層的溫度。提高砂輪切削速度，加工表面的溫升并不嚴(yán)重。燒傷區(qū)無(wú)燒傷區(qū)若與其它磨削用量參數(shù)相互配合，高速磨削的效果是很好的。適當(dāng)減少磨削深度，提高工件線速度，砂輪的速度。(2)合理選擇砂輪磨料：提高磨粒的硬度、脆性和強(qiáng)度，有助于抑制磨削燒傷。粒度：為了避免發(fā)熱量大而引起磨削燒傷，宜選用較粗的磨粒。硬度：磨削導(dǎo)熱性差和薄壁不易散熱的工件，容易產(chǎn)生磨削燒傷，應(yīng)選用較軟的砂輪。砂輪過(guò)軟，對(duì)加工精度和表面粗糙度產(chǎn)生不利的影響。結(jié)合劑：為減輕燒傷，最好采用具有一定彈性的結(jié)合劑。組織：成形磨和精密磨時(shí)，選用組織緊密的砂輪，能保持成形精度，也易于得到較低的表面粗糙度；磨削熱敏感性強(qiáng)的材料，則應(yīng)選組織疏松的砂輪。(3)砂輪鈍化后及時(shí)修整：修整砂輪不宜過(guò)細(xì)，應(yīng)適當(dāng)加大修整用量。2.改善冷卻條件，盡量減少傳入工件的熱量。改變磨削液的性能。改進(jìn)冷卻方法：噴射法，內(nèi)冷卻法，間斷磨削法與含油砂輪等。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷三、表面層的殘余應(yīng)力：§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑三、表面層的殘余應(yīng)力：內(nèi)應(yīng)力(殘余應(yīng)力)：外載去除后工件內(nèi)部殘存的內(nèi)力。原因：由于金屬內(nèi)部的相鄰宏觀或微觀組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。產(chǎn)生形、位誤差，是隨機(jī)誤差。(一)內(nèi)應(yīng)力的主要來(lái)源：1.毛坯制造：鑄、鍛、焊、熱處理等熱加工過(guò)程中，由于各部分厚度不均勻，冷卻和收縮程度不一致，金相組織轉(zhuǎn)變使體積變化，都會(huì)使毛坯內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。2.冷校直產(chǎn)生的：3.切削加工中產(chǎn)生的：(1)表面層冷態(tài)塑性變形的影響：表層就產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力

“-”里層則具有拉應(yīng)力“+”。(2)表面熱態(tài)塑性變形：切削加工時(shí)，由于加工區(qū)產(chǎn)生高溫，金屬受熱產(chǎn)生膨脹，但金屬表面各層的溫度梯度很大，因此各層的膨脹量不均，從而產(chǎn)生了應(yīng)力。磨削時(shí)，表面為“+”距表面的深度ts(3)金相組織改變：不同的金相組織具有不同的比重，亦即具有不同的比容。如果金屬局部發(fā)生金相組織的轉(zhuǎn)變，不論是膨脹還是收縮，與周?chē)慕M織間必然產(chǎn)生應(yīng)力。比重馬氏體7.75(比重最小)珠光體7.78奧氏體7.96(比重最大)磨削淬火鋼時(shí)，產(chǎn)生回火或退火—表面“+”；二次淬火——表面“-”。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷三、表面層的殘余應(yīng)力：

(一)內(nèi)應(yīng)力的主要來(lái)源：

(二)影響因素：§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑(二)影響因素：1.切削加工1)切削速度U和工件材料：45鋼2)刀具前角γ0磨削速度2.磨削加工1)磨削用量：圓周進(jìn)給和軸向進(jìn)給高速磨削普通磨削工業(yè)鐵工業(yè)鐵T8鋼2)工件材料：工件材料的強(qiáng)度越高、導(dǎo)熱性越差、塑性越低，磨削后表面產(chǎn)生拉應(yīng)力的傾向越大。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷三、表面層的殘余應(yīng)力：

(一)內(nèi)應(yīng)力的主要來(lái)源：

(二)影響因素：

(三)加工表面層殘余應(yīng)力的控制(三)加工表面層殘余應(yīng)力的控制1)合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)、形狀：形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)、壁厚均勻2)改善冷、熱加工工藝：

熱加工時(shí)，使受熱、冷卻均勻

冷加工時(shí)，粗、精分開(kāi)3)合理安排時(shí)效自然時(shí)效：時(shí)間長(zhǎng)人工時(shí)效：熱處理時(shí)效——退火、正火、回火振動(dòng)時(shí)效4)精密加工或光整加工作為最終工序—產(chǎn)生壓應(yīng)力第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素一、加工表面層的冷作硬化和強(qiáng)化：二、加工表面金相組織的改變—磨削燒傷三、表面層的殘余應(yīng)力：

(一)內(nèi)應(yīng)力的主要來(lái)源：

(二)影響因素：

(三)加工表面層殘余應(yīng)力的控制

(四)表面強(qiáng)化工藝(四)表面強(qiáng)化工藝通過(guò)冷壓加工的方法，使表層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，提高表面硬度、強(qiáng)度并形成表面殘余壓應(yīng)力；在表面強(qiáng)化同時(shí)，表面微觀凸鋒也被壓平，使表面粗糙度降低。表面粗糙度可達(dá)0.4~0.1μm，加工精度可達(dá)IT5~IT6。表面強(qiáng)化工藝是無(wú)屑加工，生產(chǎn)率高，成本低。適用于多種材料的加工，但其硬度小于HB350（未淬火），效果明顯。強(qiáng)化工藝的應(yīng)用非常普遍，幾乎所有承受高應(yīng)力和交變載荷的零件都進(jìn)行強(qiáng)化處理。1.噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用大量高速運(yùn)動(dòng)中的珠丸(帶冷卻液)打擊已加工的零件表面，使之產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力的工藝方法。常用設(shè)備是壓縮空氣噴丸裝置或是機(jī)械離心式噴丸裝置，噴射速度30~50m/min。珠丸常用0.2~0.4mm小段鋼絲制成。工件為鋁制品時(shí)，改用玻璃丸或鋁丸。噴丸強(qiáng)化主要用于不規(guī)則表面和形狀比較復(fù)雜的表面。2.滾壓強(qiáng)化(P121)滾壓強(qiáng)化是用淬過(guò)火的自由旋轉(zhuǎn)的滾子，對(duì)工件表面均勻施加壓力，壓平凸峰，填入凹谷，降低了表面粗糙度。適于外圓、內(nèi)孔或平面等規(guī)則表面的加工。滾壓次數(shù)1~2次即可。3.擠壓強(qiáng)化應(yīng)用截面形狀與工件孔相同的擠壓工具，在兩者間有一定過(guò)盈量的條件下，進(jìn)行推或拉，以達(dá)到提高內(nèi)孔精度和表面質(zhì)量的目的。擠壓加工中擠壓工具與工件孔間的過(guò)盈量是一個(gè)重要的工藝參數(shù)。過(guò)盈量的確定與工件材料、孔徑大小、擠壓前的加工質(zhì)量、潤(rùn)滑條件等有關(guān)。(五)熱處理最常用的方法是滲碳、滲氮、滲鉻和淬火。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)§4—5消減振動(dòng)的基本途徑§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)一、機(jī)械振動(dòng)的基本概念：1.振動(dòng)對(duì)加工過(guò)程的影響：1)降低質(zhì)量2)降低刀具、機(jī)床零件的使用壽命：3)噪聲：4)降低生產(chǎn)率：2.機(jī)械振動(dòng)的類(lèi)型：1)自由振動(dòng)：是由于切削力突然變化或其他外界偶然原因引起的。2)受迫振動(dòng)：是在外界周期性變化的干擾力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)。3)自激振動(dòng)：是切削過(guò)程本身引起切削力周期變化產(chǎn)生的振動(dòng)。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)一、機(jī)械振動(dòng)的基本概念：二、工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：§4—5消減振動(dòng)的基本途徑二、工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：現(xiàn)象：磨削、銑削時(shí)常見(jiàn)原因：外來(lái)的周期性干擾力作用振源：外來(lái)的振源—由地基傳來(lái)。內(nèi)部振源—回轉(zhuǎn)件不平衡傳動(dòng)元件缺陷：斷續(xù)切削：往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性、換向沖擊受迫振動(dòng)特性：1)周期性干擾力引起振動(dòng)，當(dāng)交變的干擾力消除后，受迫振動(dòng)就停止。2)受迫振動(dòng)的頻率為干擾力頻率，或是其整倍數(shù)。

0.7≤λ≤1.3為共振區(qū)第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)一、機(jī)械振動(dòng)的基本概念：二、工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：三、工藝系統(tǒng)的自激振動(dòng)：§4—5消減振動(dòng)的基本途徑三、工藝系統(tǒng)的自激振動(dòng)：自激振動(dòng)(簡(jiǎn)稱(chēng)自振)不是由外力引起的振動(dòng)，而是振動(dòng)過(guò)程本身引起的切削力周期性變化，所加強(qiáng)和維持的一種不衰減的振動(dòng)。又稱(chēng)為顫振?，F(xiàn)象：車(chē)、鏜1.特性：1)沒(méi)有周期性外力，只有固定能源

自激振動(dòng)是由外部干擾力的偶然觸發(fā)而產(chǎn)生的，它的維持不是靠外界，而是靠振動(dòng)系統(tǒng)本身。2)自激振動(dòng)的頻率ω與系統(tǒng)的固有頻率相近。即它由系統(tǒng)本身的參數(shù)所決定。3)振動(dòng)的形成和持續(xù)是由切削過(guò)程本身產(chǎn)生和控制。若切削停止，即使機(jī)床仍在空運(yùn)轉(zhuǎn)，自振亦隨之消失。第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)一、機(jī)械振動(dòng)的基本概念：

二、工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：三、工藝系統(tǒng)的自激振動(dòng)：

1.特性：

2.形成穩(wěn)定自振的條件：在振動(dòng)的每個(gè)周期內(nèi)，一定要吸收能量，即外界對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)作功，以E+表示；同時(shí)振動(dòng)一定會(huì)消耗能量，在振動(dòng)的每個(gè)周期內(nèi)，一定要對(duì)外作功，以E-表示。E+=E-，則振動(dòng)系統(tǒng)將處于穩(wěn)態(tài)。產(chǎn)生自振的條件：+E>-E或F切出>F切入2.形成穩(wěn)定自振的條件：自振的維持是靠振動(dòng)系統(tǒng)本身第四章機(jī)械加工的表面質(zhì)量§4—1概述§4—2影響表面粗糙度的工藝因素§4—3影響表面物理機(jī)械性質(zhì)的工藝因素§4—4機(jī)械加工中的振動(dòng)一、機(jī)械振動(dòng)的基本概念：二、工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)：三、工藝系統(tǒng)的自激振動(dòng)：

1.特性：

2.形成穩(wěn)定自振的條件：

3.自振機(jī)理：3.自振機(jī)理：1)再生自振：主要由于工件前一次切削留下的振痕引起切削基面的變化，從而產(chǎn)生切削力的變化引起自振。當(dāng)?shù)毒?、砂輪寬度B大于工件每轉(zhuǎn)進(jìn)給量fa時(shí)，后一轉(zhuǎn)切削表面與前一轉(zhuǎn)剛加工的表面會(huì)有重疊。fa重疊系數(shù)為：重疊系數(shù)μ=10>φ>-π，發(fā)生顫振。影響再生顫振的另一個(gè)主要因素是切削寬度aw。當(dāng)aw>awlim，無(wú)論工件轉(zhuǎn)速多少都會(huì)發(fā)生顫振，不穩(wěn)定區(qū)。當(dāng)aw<awlim，不論工件轉(zhuǎn)速多少都不會(huì)發(fā)生顫振，穩(wěn)定區(qū)。再生顫振要三個(gè)條件：重疊切削，相位角φ滯后，切削寬度aw超過(guò)極限切削寬度awlim2)振型耦合(相關(guān))自振振型耦合自振主要由于自振系統(tǒng)剛度主軸與切削力的相對(duì)位置符合一定條件后，使切削截面和切削力產(chǎn)生周期性變化而引起自振。振型耦合顫振的條件是：1)0<α<β此時(shí)K1<K2，則發(fā)生顫振。若此時(shí)K1>K2，即切削力靠近高剛度軸X2，則不會(huì)顫振。2)當(dāng)α=β/2時(shí)，系統(tǒng)綜合剛度最小，最易顫振。3)K1與K2兩者剛度越接近(即差值越小)，則系統(tǒng)綜合剛度越小，越容易顫振。當(dāng)β一定時(shí)，只要適當(dāng)調(diào)整K1、K2間的比值及其主振方向α；或合理選取β角，