第三章機械加工表面質(zhì)量

第三章機械加工表面質(zhì)量第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章機械加工表面質(zhì)量概述表面粗糙度和波度加工表面物理機械性能的變化精密加工、光整加工和表面強化工藝機械加工中的振動消振減振的基本途徑第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月機械加工表面質(zhì)量

定義表面質(zhì)量也叫表面完整性，是指零件在加工后的表面層狀況（幾何形狀和表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能）。

研究意義磨損、腐蝕和疲勞破壞都是發(fā)生在零件的表面，或是從零件表面開始的，因此，加工表面質(zhì)量將直接影響到零件的工作性能，尤其是它的可靠性和壽命。表面層的任何缺陷還可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象，將進一步加速零件的失效，

第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月機械加工表面質(zhì)量

研究內(nèi)容幾何因素——表面的幾何形狀加工后的表面形貌描述零件外表層的三維幾何形狀，即它的起伏不平狀態(tài)與理想的光滑表面有偏差。其偏差分為宏觀表面幾何形狀誤差和微觀表面幾何形狀誤差。其中：表面粗糙度——微觀表面幾何形狀誤差；表面波度——介于兩者之間的為波度。第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月機械加工表面質(zhì)量

研究內(nèi)容非幾何因素——表面層的物理機械性能變化表面層的冷作硬化機械加工過程中，表面層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變形，使表層的強度和硬度都提高的現(xiàn)象。表面層殘余應(yīng)力切削加工中，由于切削變形和切削熱的影響，工件表層及其基體材料之間會因為相互制約而產(chǎn)生的相互平衡的彈性應(yīng)力。表面層金相組織的變化磨削時高溫常會引起表層金屬的金相組織發(fā)生變化，大大降低了表面層的物理機械性能。第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響零件磨損三個階段：初期磨損、正常磨損、急劇磨損；過大、過小粗糙度使初期磨損量增大，盡量接近最佳粗糙度。輕載時，表面粗糙度紋路方向與相對運動方向一致時磨損最少；重載時，盡量使兩表面紋路垂直，且運動方向平行于下表面的紋路方向時，因方向一致易發(fā)生咬合，加劇磨損。表面冷硬提高耐磨性，過度冷硬降低耐磨性。第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對配合精度的影響動配合表面：粗糙度太大，初期磨損嚴重，配合間隙增大，配合精度降低；靜配合表面：裝配時，表面粗糙度的部分凸峰被擠平，實際配合過盈減少，降低了靜配合表面的結(jié)合強度。第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響疲勞破壞：在交變載荷作用下，零件上產(chǎn)生微裂紋并發(fā)展成疲勞裂紋，導(dǎo)致突然斷裂。表面粗糙度參數(shù)值大（特別是在零件上應(yīng)力集中區(qū)的粗糙度參數(shù)值大）將大大降低零件的疲勞強度。表面殘余拉應(yīng)力將導(dǎo)致疲勞強度的顯著下降．適當?shù)睦溆彩贡砻鎸咏饘購娀?，提高零件的疲勞強度。冷硬過度，出現(xiàn)疲勞裂紋，降低零件疲勞強度。第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性的影響粗糙表面的凹谷處容易積聚腐蝕性介質(zhì)而發(fā)生化學(xué)腐化，或在粗糙表面的凸峰間容易產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起電化學(xué)腐蝕。減小表面粗糙度參數(shù)值可提高耐腐蝕性。零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕加速腐蝕作用。如表面存在裂級則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。表面殘余應(yīng)力會降低零件的耐腐蝕性。表面冷硬或金相組織變化時，會引起表面殘余應(yīng)力，降低零件的耐腐蝕性。

第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面質(zhì)量對零件使用性能的影響表面質(zhì)量對接觸剛度的影響表面粗糙度越小，接觸剛度越好，減少表面粗糙度接觸剛度提高。第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面粗糙度和波度切削加工表面粗糙度

產(chǎn)生原因刀具在工件表面留下的殘留面積（幾何原因）切削過程的物理方面原因刀刃與工件相對位置的微幅變動（力學(xué)原因）第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月殘留面積計算第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面粗糙度和波度切削加工表面粗糙度

產(chǎn)生原因切削過程的物理方面原因低速切削塑性材料時，易出現(xiàn)積屑瘤和鱗刺，使加工表面出現(xiàn)不規(guī)則溝槽或鱗片狀毛刺，使粗糙度增大。刀具與工件表面擠壓摩擦，使加工表面產(chǎn)生塑性變形，使粗糙度增大。切削脆性材料產(chǎn)生崩碎時，崩碎裂縫深入到已加工表面之下，使粗糙度增大。刀刃與工件相對位置的微幅變動（力學(xué)原因）機床主軸回轉(zhuǎn)誤差及工藝系統(tǒng)振動，引起刀刃與工件相對位置發(fā)生微幅變動，使粗糙度加大。第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月磨削加工表面粗糙度磨削過程有與一般切削加工不同的特點磨削表面粗糙度形成的共性規(guī)律與切削表面粗糙度的三條原因相同磨削表面粗糙度形成的特殊規(guī)律當磨削溫度不太高、工件表面沒有出現(xiàn)燒傷和涂抹微融金屬時，影響表面粗糙度的主要是幾何因素。如磨削表面出現(xiàn)微融金屑的涂抹點時，影響表面粗糙度的主要是高溫下的塑性變形。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面波度定義介于宏觀與微觀間的表面幾何形狀偏差。特征表面的峰谷具有較明顯的周期性。原因表面波度主要是由加工過程中工藝系統(tǒng)振動引起的。分析表面波度的波紋數(shù)不僅與工件一轉(zhuǎn)中刀具、工件間的相對振動次數(shù)有關(guān)，還與前后二圈振紋的相位角有關(guān)。表面波度的波高決定于工件與刀具相對振動的振幅和相位角。第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月加工表面物理機械性能的變化表面冷硬工件表面強化、硬化的現(xiàn)象表面冷硬是由于塑性變形引起表面冷硬與再結(jié)晶的關(guān)系影響表面冷硬的因素切削用量刀具工件材料性質(zhì)第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月磨削燒傷實質(zhì)使表層金屬的金相組織發(fā)生變化，強度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至產(chǎn)生顯微裂紋，大大降低了工件的機械力學(xué)性能。外觀表現(xiàn)工件表面因磨削熱產(chǎn)生的氧化層厚度不同，往往會出現(xiàn)黃褐，紫、青等顏色變化。類型一般可分為回火燒傷、淬火燒傷以及退火燒傷。第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月磨削燒傷防止磨削燒傷的途徑減少熱量的產(chǎn)生和加速熱量排出主要措施控制磨削用量合理選擇砂輪并控制修整參數(shù)采用間斷磨削提高冷卻效果第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因切削過程中表面層局部冷態(tài)塑性變形表層金屬受到殘余拉應(yīng)力而里層基體金屬受到殘余壓應(yīng)力表層局部熱塑性變形表層帶殘余拉應(yīng)力，里層有殘余壓應(yīng)力表層局部金屬組織的轉(zhuǎn)變表層金屬相變導(dǎo)致體積發(fā)生變化，受基體金屬的阻礙引起殘余應(yīng)力 第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月表面層殘余應(yīng)力的控制方法：另外增加一道專門的工序以減少或消除殘余應(yīng)力為目的：可采用精密加工工藝或光整加工工藝作為最終加工工序，或另加時效工序以消除殘余應(yīng)力。以形成殘余壓應(yīng)力為目的：可采用表面強化工藝或表面熱處理工藝，使工件表面形成殘余壓應(yīng)力。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月精密加工工藝精密加工工藝內(nèi)容精密切削加工、高光潔高精度磨削。精密切削加工特點精度高、剛性好的機床精細刃磨的刀具很高或極低的切削速度很小的切深和進給量在工件表面切去極薄一層金屬切削過程殘留面積小排除切削力、切削熱和振動等的不利影響精密切削加工的效應(yīng)能有效地去除上道工序留下的表面變質(zhì)層，加工后表面基本上不帶有殘余拉應(yīng)力，粗糙度也大大減小。第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月高光潔高精度磨削高光潔高精度磨削內(nèi)容精密磨削、超精密磨削和鏡面磨削。高光潔高精度磨削特點高精度和高剛性機床經(jīng)精細修整的砂輪每個磨粒上產(chǎn)生多個等高的微刃很小的磨削深度適當?shù)哪ハ鲏毫墓ぜ砻媲邢潞芪⒓毜那行嘉⑷谐饰⑩g狀態(tài)時的滑擦、擠壓、撫平作用多次無進給光磨階段的磨擦拋光作用高光潔高精度磨削特點能獲得很高的加工精度和物理機械性能良好的高光潔表面。第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月光整加工工藝定義用粒度很細的磨料對工件表面進行微量切削和擠壓擦光的過程光整加工特點不要求機床有精確的成形運動不能修正加工表面的位置誤差切削效率極低沒有與磨削深度相對應(yīng)的磨削用量參數(shù)只規(guī)定加工時磨具與工件表面間的壓力磨粒主要起擠壓，拋光作用加工過程平穩(wěn)，發(fā)熱少光整加工的效應(yīng)獲得極光潔的表面，加工表面變質(zhì)層極淺，表面一般不帶有殘余拉應(yīng)力。第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月精密加工工藝和

光整加工工藝的對比精密加工工藝可全面提高工件的加工精度和表面質(zhì)量。光整加工