知識(shí)點(diǎn)軸類零件的表面質(zhì)量課件

學(xué)習(xí)情境一

砂輪架主軸加工工藝方案制訂與實(shí)施學(xué)習(xí)情境一

砂輪架主軸加工工藝方案制訂與實(shí)施

砂輪主軸的檢測(cè)與評(píng)估（二）

-------軸類零件的表面質(zhì)量

一、布置工作任務(wù)，明確要求二、軸類零件的表面質(zhì)量經(jīng)機(jī)械加工的表面，雖然看起來很光亮，但實(shí)際上都存在著不同程度的凹凸不平和內(nèi)部組織破壞缺陷層。這個(gè)缺陷層雖然很薄，但它對(duì)零件的使用性能的影響卻很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有80%機(jī)器零件失效是由表面質(zhì)量引起的。砂輪主軸的檢測(cè)與評(píng)估（二）

-------軸類1.表面質(zhì)量的含義（1）表面粗糙度和波度表面粗糙度是衡量表面微觀不平的指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用“表面微觀的算術(shù)平均偏差Ra”或“微觀不平度的平均高度Rz”來衡量。表面波度則是界于表面粗糙度和形狀誤差之間的一種幾何誤差，主要由機(jī)械振動(dòng)引起，目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)。（2）表面層物理力學(xué)性能工件表面層內(nèi)部組織遭到破壞的外在表現(xiàn)就是物理力學(xué)性能的改變，具體表現(xiàn)在：

1）表面層冷作硬化——表層的顯微硬度高于母體。

2）表面層殘余應(yīng)力——加工后，表層中殘留的壓應(yīng)力或拉應(yīng)力。

3）表面層金相組織變化——表層的金相組織與基體不同。1.表面質(zhì)量的含義2.表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響（1）表面粗糙度

1）對(duì)工作精度的影響表面粗糙度的影響主要是使實(shí)際接觸面積減小。對(duì)于配合表面來說，表面粗糙度將影響其實(shí)際配合性質(zhì)：對(duì)于間隙配合，表面太粗將使零件的初期磨損太大太快，使實(shí)際配合間隙過大；對(duì)于過盈配合，太粗的表面在裝配過程中其凸峰將被擠壓倒塌，使實(shí)際過盈量不足，影響聯(lián)接強(qiáng)度。對(duì)于相互接觸的兩零件，表面粗糙將使接觸變形增大，接觸剛度降低。2.表面質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品使用性能的影響2）對(duì)機(jī)器使用壽命的影響機(jī)器的壽命與其耐磨性和抗疲勞性有關(guān)。對(duì)于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面，表面粗糙度對(duì)摩擦面的磨損影響很大，但不是越細(xì)越好，也不是越粗越好。表面太粗，實(shí)際接觸面積太小，容易磨損，但太細(xì)的表面儲(chǔ)存潤滑油的能力差，一旦潤滑條件惡化，緊密接觸的兩表面會(huì)發(fā)生分子親合現(xiàn)象而咬合起來，結(jié)果反而使磨損加劇。因此有一個(gè)耐磨的最佳粗糙度值，該值與機(jī)器零件的工作情況有關(guān)，一般最佳粗糙度值為0.8~0.4μm。2）對(duì)機(jī)器使用壽命的影響機(jī)器的壽命與其耐磨性和抗疲勞性有

對(duì)于受交變載荷作用的零件，粗糙表面的尖峰、深谷很容易引起應(yīng)力集中，使零件產(chǎn)生疲勞裂紋。因此，受交變載荷作用的零件，尤其是其上具有應(yīng)力集中傾向的表面的粗糙度應(yīng)細(xì)些。此外，在腐蝕環(huán)境中工作的零件，粗糙的表面也會(huì)因其易于儲(chǔ)藏腐蝕液體而使零件的耐腐蝕性下降。

（2）表面冷作硬化適當(dāng)?shù)睦渥饔不贡砻嬗捕忍岣?，從而提高零件的耐磨性，但冷作硬化太過將使表層組織過度疏松，受力后容易產(chǎn)生裂紋甚至是成片剝落。因此也有一個(gè)最佳冷硬值。此外，冷作硬化還具有防止疲勞裂紋產(chǎn)生和阻止其擴(kuò)大的作用，因而可提高零件的疲勞強(qiáng)度，但卻會(huì)使零件的抗腐蝕能力降低。對(duì)于受交變載荷作用的零件，粗糙表面的尖峰、深谷很容（3）表面殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力又有壓應(yīng)力和拉應(yīng)力之分，其中拉應(yīng)力會(huì)加速疲勞裂紋擴(kuò)大，而壓應(yīng)力則正好相反。因此適當(dāng)?shù)膲簯?yīng)力可提高零件的疲勞強(qiáng)度，拉應(yīng)力則反之。此外，殘余應(yīng)力將影響零件精度的穩(wěn)定性，使零件在使用過程中逐步變形而喪失精度。（4）表面金相組織的變化表面金相組織的變化將使零件表面原有的力學(xué)性能改變，如強(qiáng)度、硬度降低，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力等，從而影響零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。（3）表面殘余應(yīng)力3.影響表面質(zhì)量的因素及其控制措施（1）影響表面粗糙度的因素及其控制措施

1）切削加工在切削加工過程中，由于受刀尖幾何形狀和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，刀具并沒有把應(yīng)切削的金屬層全部切掉，而是在切過的表面上殘留了一小部分金屬，稱為殘留面積。若只考慮幾何的因素，該殘留面積的高度就是表面粗糙度。此外，切削過程中工件加工面受到了刀具刃口鈍圓的擠壓和后刀面、副后刀面的摩擦而產(chǎn)生塑性變形，將殘留面積擠歪、或使溝紋加深；中速切削塑性金屬時(shí)積屑瘤周期性地生成、長大、脫落；低速切削塑性金屬時(shí)產(chǎn)生的鱗刺等因素均會(huì)在工件表面上留下深淺不一、凹凸不平的切痕，使工件表面粗糙。從以上分析中歸納出控制切削表面粗糙度的措施有：合理選擇切削用量，合理選擇刀具角度，改善工件材料的切削性能，正確選擇切削液。3.影響表面質(zhì)量的因素及其控制措施2）磨削加工磨削過程比切削復(fù)雜得多。磨削時(shí)起作用的是砂輪上的砂粒，而砂粒在砂輪表面上分布的高度不太一致；與刀具相比，砂粒顯得較鈍，相當(dāng)是負(fù)前角切削；且磨削時(shí)背吃刀量很小。因此磨削的過程是滑擦、刻劃和切削共同作用的過程。控制磨削表面粗糙度的措施有：合理選擇和修整砂輪，合理選擇磨削用量。此外，冷卻潤滑液的成分、潔凈程度，工藝系統(tǒng)的抗振性等也是影響磨削表面粗糙度的不可忽視的因素。2）磨削加工磨削過程比切削復(fù)雜得多。磨削時(shí)起作用的（2）影響表面物理力學(xué)性能的因素及其控制

1）表面冷作硬化機(jī)械加工中，由于切削力的作用，使被加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，晶格嚴(yán)重扭曲、晶格被拉長和纖維化，引起材料的強(qiáng)化，其強(qiáng)度和硬度均有所提高，這種現(xiàn)象就稱為冷作硬化。冷作硬化的程度取決于使加工表面產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時(shí)的溫度。力越大、硬化程度越大；變形速度快，塑性變形不充分，硬化程度就小；溫度升高將使硬化程度減小。

2）表面殘余應(yīng)力機(jī)械加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力主要集中在工件表面。引起表面殘余應(yīng)力的主要原因有：冷塑性變形的影響、熱塑性變形的影響及金相組織變化的影響。（2）影響表面物理力學(xué)性能的因素及其控制3）表面層金相組織變化造成金相組織變化的主要因素是溫度。一般磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量有60%~80%傳給工件，造成工件表面溫度較高，嚴(yán)重時(shí)引起金相組織變化。這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。燒傷嚴(yán)重時(shí)，工件表面會(huì)出現(xiàn)黃、褐、紫、青等燒傷色。但表面沒有燒傷色并不表明工件一定沒有燒傷，也許燒傷色被后面的光磨磨掉了。工件表層燒傷后容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力過大，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。有些裂紋肉眼看不見，需要借助磁力探傷、超聲波探傷等探傷儀器來檢查。3）表面層金相組織變化造成金相組織變化的主要因素是溫度。4.機(jī)械加工中的振動(dòng)加工過程中若發(fā)生振動(dòng)，將造成工件表面波度，影響表面質(zhì)量；主軸軸承、刀具嚴(yán)重磨損甚至打刀；產(chǎn)生噪聲，污染環(huán)境和影響生產(chǎn)率。因此必須設(shè)法避免、減小或消除振動(dòng)。機(jī)械加工中的振動(dòng)主要是受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩類。振動(dòng)的類型不同，其產(chǎn)生原因也不同，因而控制措施也不完全一樣。4.機(jī)械加工中的振動(dòng)（1）受迫振動(dòng)1）受迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因外界周期性的干擾力是引起受迫振動(dòng)的根源，而周期性的干擾力的來源有以下幾方面：①回轉(zhuǎn)件的不平衡：砂輪、齒輪、帶輪、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、偏心夾具、偏心工件等回轉(zhuǎn)件若不平衡就會(huì)造成離心慣性力，該力的方向隨回轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)不斷改變，作用在工藝系統(tǒng)上就是周期性的干擾力。②傳動(dòng)件的制造缺陷：如齒輪的制造、安裝精度不高，傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沖擊、滾動(dòng)軸承間隙過大、滾動(dòng)體尺寸不均勻、平皮帶的接頭、三角帶的厚度不均勻、往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向時(shí)的沖擊、液壓系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)等。（1）受迫振動(dòng)③斷續(xù)切削：被加工表面不連續(xù)（如花鍵軸）、銑削、刨削等加工時(shí)刀齒的切入切出、砂輪硬度不均、磨損不均等都會(huì)造成切削力周期性變化。④從地基傳來的外部振源：機(jī)床附近有鍛壓設(shè)備、通道運(yùn)輸設(shè)備等，這些設(shè)備引起的振動(dòng)通過地基傳入本機(jī)床。③斷續(xù)切削：被加工表面不連續(xù)（如花鍵軸）、銑削、刨削等加工時(shí)2）減小或消除受迫振動(dòng)的途徑①排除振源。分析干擾力的來源，設(shè)法加以排除。如對(duì)高速回轉(zhuǎn)件仔細(xì)平衡、提高傳動(dòng)件的制造、安裝精度、及時(shí)修整砂輪等；②隔振。隔振有三層含義，一是隔開外部振源，保護(hù)本機(jī)，如在機(jī)床周圍挖防振溝、用厚橡皮將機(jī)床與地基隔離；二是將產(chǎn)生振動(dòng)的設(shè)備隔離起來，防止振動(dòng)傳入地基；三是將本機(jī)的振源隔離出去，如將電動(dòng)機(jī)、油泵等動(dòng)力源移出機(jī)床外，用彈性聯(lián)軸器、軟管等與機(jī)床聯(lián)接。2）減小或消除受迫振動(dòng)的途徑③避開共振區(qū)。當(dāng)振源無法消除和隔離時(shí)，可改變干擾力的頻率（如斷續(xù)切削時(shí)改變主軸轉(zhuǎn)速、改變銑刀刀齒數(shù)）、改變系統(tǒng)固有頻率（如增加系統(tǒng)質(zhì)量）來避開共振區(qū)；④提高系統(tǒng)抗振性?？赏ㄟ^提高工藝系統(tǒng)剛度、增加阻尼（如適當(dāng)減小某處間隙、加裝阻尼器）等辦法來提高系統(tǒng)的抗振性。③避開共振區(qū)。當(dāng)振源無法消除和隔離時(shí)，可改變干擾力的頻率（如（2）自激振動(dòng)自激振動(dòng)是在沒有外界周期性干擾力作用的情況下自己產(chǎn)生的振動(dòng)。一般情況下，偶然因素引起的振動(dòng)若沒有能量補(bǔ)充就會(huì)因阻尼的消耗而很快地衰減。但自激振動(dòng)的過程本身卻能引起切削力的周期變化，此周期變化的切削力能夠從不具備交變特性的能源中周期性地獲得能量補(bǔ)充，反過來使振動(dòng)得到維持和加強(qiáng)。抑制自激振動(dòng)的工藝措施：合理選擇切削用量，合理選擇刀具角度，改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)和方位，提高工藝系統(tǒng)的抗振性，加裝減振器。（2）自激振動(dòng)任務(wù)12砂輪主軸的檢測(cè)與評(píng)估（三）

-------軸類零件的質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估一、學(xué)生檢查零件是否合格并分析

1.軸類零件的檢驗(yàn)

精度檢驗(yàn)應(yīng)按一定順序進(jìn)行，先檢驗(yàn)形狀精度，然后檢驗(yàn)尺寸精度，最后檢驗(yàn)位置精度。這樣可以判明和排除不同性質(zhì)誤差之間對(duì)測(cè)量精度的干擾。任務(wù)12砂輪主軸的檢測(cè)與評(píng)估（三）一、學(xué)生檢查零件是否合

形狀精度檢驗(yàn)圓度為軸的同一橫截面內(nèi)最大直徑與最小直徑之差。一般用千分尺按照測(cè)量直徑的方法即可測(cè)量。精度高的軸需要比較儀檢驗(yàn)。圓柱度是指同一軸向剖面內(nèi)最大直徑與最小直徑之差，同樣可以用千分尺檢驗(yàn)。彎曲度可用千分表檢驗(yàn)，把工件放在平板上工件轉(zhuǎn)動(dòng)一周，千分表讀數(shù)的最大變化量就是彎曲誤差值。圖1-84位置精度檢驗(yàn)專用檢具1—擋鐵2—鋼球3、4—V形架5—檢驗(yàn)心棒形狀精度檢驗(yàn)圖1-84位置精度檢驗(yàn)專用

尺寸精度檢驗(yàn)

在單件小批生產(chǎn)中，軸的直徑一般用外徑千分尺檢驗(yàn)。精度較高（公差值小于0.01mm）時(shí)，可用杠桿卡規(guī)測(cè)量。臺(tái)肩長度可用游標(biāo)卡尺、深度游標(biāo)卡尺和深度千分尺檢驗(yàn)。大批大量生產(chǎn)中，常采用界限卡規(guī)檢驗(yàn)軸的直徑。長度不大而精度又高的工件，也可用比較儀檢驗(yàn)。位置精度檢驗(yàn)

為提高檢驗(yàn)精度和縮短檢驗(yàn)時(shí)間，位置精度檢驗(yàn)多采用專用檢具，如圖1-84所示。檢驗(yàn)時(shí)，將主軸的兩支承軸頸放在同一平板上的兩個(gè)V形架上，并在軸的一端用擋鐵、鋼球和工藝錐堵?lián)踝。拗浦鬏S沿軸向移動(dòng)。兩個(gè)V形架中有一個(gè)的高度是可調(diào)的。測(cè)量時(shí)先用千分表調(diào)整軸的中心線，使它與測(cè)量平面平行。平板的傾斜角一般是15°，使工件軸端靠自重壓向鋼球。尺寸精度檢驗(yàn)

在主軸前錐孔中插入檢驗(yàn)心棒，按測(cè)量要求放置千分表，用手輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，從千分表讀數(shù)的變化即可測(cè)量各項(xiàng)誤差，包括錐孔及有關(guān)表面相對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)。錐孔的接觸精度用專用錐度量規(guī)涂色檢驗(yàn)，要求接觸面積在70%以上，分布均勻而大端接觸較硬，即錐度只允許偏小，這項(xiàng)檢驗(yàn)應(yīng)在檢驗(yàn)錐孔跳動(dòng)之前進(jìn)行。圖1-38中各量表的功用如下：量表7檢驗(yàn)錐孔對(duì)支承軸頸的同軸度誤差；距軸端300mm處的量表8檢查錐孔軸心線對(duì)支承軸頸軸心線的同軸度誤差；量表3、4、5、6檢查各軸頸相對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)；量表10、11、12檢驗(yàn)端面跳動(dòng)；量表9測(cè)量主軸的軸向竄動(dòng)。根據(jù)相關(guān)知識(shí)介紹，全面檢查齒輪零件的加工精度和表面質(zhì)量，并分析已加工的零件是否合格。在主軸前錐孔中插入檢驗(yàn)心棒，按測(cè)量要求放置千分表，用2.砂輪主軸的檢驗(yàn)