《機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)》課件第8章

第8章機(jī)械加工中的質(zhì)量、生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)性分析8.1機(jī)械加工精度8.2機(jī)械加工表面質(zhì)量8.3機(jī)械加工中的生產(chǎn)率分析8.4工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析8.1機(jī)械加工精度

8.1.1概述

1.加工精度加工精度是指零件加工后的幾何參數(shù)(尺寸、幾何形狀及表面相互位置)與圖紙規(guī)定的理想零件幾何參數(shù)的符合程度。符合程度越好,則加工精度愈高。所謂理想零件,對表面形狀而言,就是絕對正確的圓柱面、平面、錐面等;對表面位置來說就是指絕對平行、垂直、同軸等;對尺寸來說是指尺寸公差處于尺寸的公差帶中心。

加工誤差是指零件加工以后零件實際幾何參數(shù)與理想零件幾何參數(shù)之間的差異。差異值愈大,則加工誤差就愈大,加工精度就愈低。由此可見加工精度和加工誤差是從兩個不同的角度來評價零件幾何參數(shù)的同一事物,加工精度的高低是通過加工誤差的大小來表示的。因此,保證和提高加工精度,實質(zhì)就是限制和降低加工誤差,使各種誤差控制在允許范圍內(nèi)(即公差范圍內(nèi))。通過本章的學(xué)習(xí),掌握各種因素對加工精度的影響規(guī)律,從而找出降低加工誤差,提高零件的加工精度的措施。

表8-1零件的加工精度

2.獲得加工精度的加工方法1)獲得尺寸精度的加工方法

表8-2獲得零件尺寸精度的加工方法

2)獲得零件形狀精度的常用加工方法

(1)軌跡法:主要是依靠刀尖與工件的相對運動軌跡來形成被加工表面的形狀。如工件回轉(zhuǎn),車刀平行于工件回轉(zhuǎn)軸線的直線運動來車削外圓。此法的形狀精度主要決定于工件與刀具相對運動的精度。

(2)成形法:是利用成形刀具刀刃的幾何形狀來切削出工件形狀的方法。成形法所能達(dá)到的精度主要決定于刀具刀刃的形狀精度與刀具的安裝精度。

(3)展成法:是利用刀具與工件的展成切削運動,由刀刃在被加工表面上的包絡(luò)面來形成的成形表面。如用滾刀來加工齒輪等。展成法所達(dá)到的精度高低,主要取決于機(jī)床作展成運動的傳動鏈精度與刀具的制造精度。

3)獲得工件相互位置精度的方法

(1)一次安裝獲得法:工件在一次安裝中,加工零件有相互位置精度要求的各個表面,從而保證其相互位置精度。

(2)多次安裝獲得法:工件的有關(guān)表面的相互位置精度是由加工表面與定位基面的位置精度來保證的。影響獲得相互位置精度的因素,主要有機(jī)床精度、夾具精度、工件的安裝精度以及量具的測量精度。

3.影響加工精度的原始誤差

在機(jī)械加工時,由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的完整的加工系統(tǒng),稱為工藝系統(tǒng)。由于工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)以及在加工過程中產(chǎn)生的物理力學(xué)現(xiàn)象而產(chǎn)生的誤差稱為原始誤差。在機(jī)械加工時,原始誤差能照樣、放大或縮小地反映到工件上,使工件加工后產(chǎn)生誤差,這種誤差稱為加工誤差。

4.加工誤差的分析方法

在機(jī)械加工中,上述誤差并非是在所有情況下都會出現(xiàn),而且在不同情況下,它們對加工精度的影響程度也不同,故具體問題要具體分析,抓住主要矛盾。在具體研究工藝系統(tǒng)中各種原始誤差對加工精度的影響時,常用的分析方法有兩種:

(1)單因素分析法。在研究某一確定因素對加工精度的影響時,一般不考慮其它因素的同時作用,通過分析計算或?qū)嶒灉y試,找出該因素與加工精度之間的相互關(guān)系。這種研究方法稱為單因素分析法。

(2)統(tǒng)計分析法。影響加工精度的因素很多,而且錯綜復(fù)雜,因此,僅靠單因素分析法常常不能有效地解決問題,還需用統(tǒng)計分析法。統(tǒng)計分析法是在一批零件加工完畢后,進(jìn)行測量,并根據(jù)加工誤差的表現(xiàn)形式,運用統(tǒng)計分析的方法去分析加工誤差產(chǎn)生的原因。實際生產(chǎn)中,這兩種方法通常結(jié)合起來使用。一般情況,先用統(tǒng)計分析法找出加工誤差的分布規(guī)律,初步推斷出加工誤差可能產(chǎn)生的原因,然后再用單因素分析法找出它們與加工精度的關(guān)系并設(shè)法加以控制。

8.1.2加工誤差的單因素分析

1.原理誤差原理誤差是由于在機(jī)械加工中,采用了近似的加工運動或采用了形狀近似的刀具來加工所產(chǎn)生的誤差。

1)采用近似的加工運動方法所造成的誤差

(1)用展成法切削齒輪:由于滾刀制造上的困難,而采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿。用滾刀切削齒輪時,是利用展成原理。由于滾刀的刀刃數(shù)有限,所切成的齒形不是光滑的漸開線,而是一條接近于光滑漸開線的折線,故用接近于光滑漸開線的折線來代替理想光滑的漸開線就產(chǎn)生了原理誤差。

(2)用近似的傳動比加工螺紋:例如車削或磨削模數(shù)蝸桿,其導(dǎo)程t＝πm,其中m是模數(shù),而π是無理數(shù),在選用配換齒輪時,只能將π化成近似的分?jǐn)?shù)來進(jìn)行計算,采用了近似的傳動比,即采用了近似的成形運動,從而產(chǎn)生了原理誤差。

2)采用形狀近似的刀具所造成的誤差例如滾齒時,滾刀應(yīng)由漸開線基本蝸桿來制造,而在生產(chǎn)實際中,為使?jié)L刀制造方便,故采用阿基米德蝸桿來代替,即采用了近似的刀具輪廓,這時用阿基米德滾刀來滾切齒輪,就產(chǎn)生了原理誤差。在生產(chǎn)實際中,采用近似的加工運動或近似的刀具進(jìn)行加工,可以簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu)和刀具的形狀,降低制造成本,提高生產(chǎn)率。因此,只要原理誤差在規(guī)定的技術(shù)要求范圍之內(nèi),是完全允許的。

2.工藝系統(tǒng)的幾何誤差對加工精度的影響

工藝系統(tǒng)的幾何誤差是指機(jī)床、刀具、夾具等的制造誤差和磨損,以及他們在定位調(diào)整中所帶來的誤差。這節(jié)主要以機(jī)床誤差為例介紹它們對加工精度的影響。在工藝系統(tǒng)中,機(jī)床是基礎(chǔ),機(jī)床精度的高低對工件的加工精度有很重要的影響。這里著重分析對加工精度影響較大的導(dǎo)軌誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差等。

1)機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對位置的基準(zhǔn),也是主要部件的運動基準(zhǔn),它的各項誤差將直接影響被加工工件的精度。下面以車床導(dǎo)軌誤差為例來分析其對加工精度的影響。導(dǎo)軌誤差包括以下幾個方面:

(1)車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差。如圖8-1所示,普通車床在水平面內(nèi)的直線度誤差,將使刀尖在水平面內(nèi)發(fā)生位移ΔY,引起被加工工件在半徑方向上的誤差。即導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差將1∶1地反映到工件的半徑上去。這種誤差對于普通車床和外圓磨床,它將直接反映在被加工工件表面的法向方向,所以對加工精度影響極大。當(dāng)車削長工件時,將會造成圓柱度誤差(鞍形或鼓形)。圖8-1車床導(dǎo)軌水平面內(nèi)直線度誤差

(2)車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差。普通車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差,將使刀尖沿工件的切向產(chǎn)生ΔZ的位移,由此引起工件在該處的半徑方向上,產(chǎn)生相應(yīng)的誤差ΔR由圖8-2所示的直角三角形△OAB可得

或

(8-1)由于ΔZ很小,ΔZ2更小,除加工圓錐形表面外,ΔZ一般可以忽略不計。

對龍門刨床、龍門銑床及導(dǎo)軌磨床來說,導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差將直接反映到工件上。如圖8-2(a)所示龍門刨床,工作臺為薄長件,剛性很差,如果床身導(dǎo)軌為中凹形,刨出的工件也為中凹形。機(jī)床導(dǎo)軌的直線度誤差對加工精度的影響,不同的機(jī)床其影響也不同,這主要決定于刀具與工件的相對位置。如導(dǎo)軌誤差引起刀刃與工件的相對位移,若該位移產(chǎn)生在工件已加工表面的法線方向上,則對加工精度有直接影響。如產(chǎn)生在加工表面的切線方向,則對加工精度的影響可忽略不計。如圖8-2(b)所示的六角車床,導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差將1∶1地反映到工件的半徑上,而導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的誤差影響很小,可以忽略不計,所以一般把通過切削點的已加工表面的法線方向稱為誤差敏感方向。

圖8-2機(jī)床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差

(3)車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)引起的誤差。即車床前后導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的平行度(扭曲度)誤差對加工精度的影響。車床前后導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)如不平行,會使溜板在沿床身縱向移動時發(fā)生偏斜,從而使刀尖相對工件產(chǎn)生偏移。如圖8-3所示,當(dāng)導(dǎo)軌傾斜產(chǎn)生的誤差為ΔH時,引起工件半徑上的加工誤差為ΔR，由ΔR∶ΔH＝H∶B,得(8-2)式中:H為車床中心高;B為車床兩導(dǎo)軌間的寬度。

一般車床H≈(2/3)B,外圓磨床H＝B。因此,兩導(dǎo)軌的扭曲對加工精度的影響是很大的。機(jī)床導(dǎo)軌的幾何誤差,還與機(jī)床的安裝及使用過程中的磨損有關(guān)。若機(jī)床安裝不正確,水平調(diào)整不好,會使床身扭曲,破壞導(dǎo)軌原有的制造精度,從而影響加工精度。機(jī)床使用中的磨損,會使導(dǎo)軌產(chǎn)生直線度、扭曲度等誤差,也會影響加工精度。

2)機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差機(jī)床主軸是工件或刀具的位置基準(zhǔn)和運動基準(zhǔn),它的誤差直接影響著工件的加工精度。在理想的情況下,當(dāng)主軸回轉(zhuǎn)時,其回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是固定不動的。但實際上由于存在制造誤差和使用中某些因素的影響,如主軸精度、軸承的精度、主軸箱箱體和有關(guān)部分的精度,使主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線對理想回轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生了偏移。這個偏移量就是主軸回轉(zhuǎn)誤差。

圖8-4主軸回轉(zhuǎn)誤差的形式

(1)主軸回轉(zhuǎn)誤差的形式及對加工精度的影響。主軸回轉(zhuǎn)誤差按其表現(xiàn)可分解為:純徑向跳動、純軸向竄動、純角度擺動等三種基本形式(如圖8-4所示)。不同形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響是不同的,而同一形式的主軸回轉(zhuǎn)誤差對于不同類型的機(jī)床其影響也不同。因此,要根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。因為機(jī)床可分為工件回轉(zhuǎn)類(如車床、磨床)和刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床(如鏜床)，在加工過程中,對工件回轉(zhuǎn)類機(jī)床,其切削力的方向不變,而刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床,其切削力的方向是周期性地變化的。所以主軸的回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響也不同。

①純徑向跳動。它是指回轉(zhuǎn)軸線繞平均軸線作平行的公轉(zhuǎn)運動,在Z方向和Y方向都有變動,如圖8-4(a)所示,為鏜床上鏜孔的情況。設(shè)由于主軸的純徑向跳動使軸心線在Y坐標(biāo)方向上作間歇直線運動,其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同,其幅值為A;再設(shè)主軸中心偏移最大(等于A)時,鏜刀尖正好通過水平位置1。當(dāng)鏜刀通過一個θ角時(位置1′),刀尖軌跡的水平分量和垂直分量分別計算得

將兩式平方后相加并整理可得

這是一個橢圓方程式,即鏜出的孔是橢圓形,如圖8-5虛線所示。

圖8-5純徑向跳動對鏜孔圓度的影響

圖8-6所示為車削情況,設(shè)主軸軸心仍沿Y坐標(biāo)作間歇運動,在工件1處切出半徑比2、4處小一個振幅A,而再工件3處切出的半徑則相反,這樣,上述四點的工件直徑都相等,其它各點的直徑誤差也小,所以車削出的工件表面接近一個真圓,但中心偏移。

圖8-6車削純徑向跳動對圓度的影響

②軸向竄動。它是指回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線在軸向位置的變化。對內(nèi)、外圓加工沒有影響,但所加工的端面卻與內(nèi)外圓軸線不垂直。主軸每轉(zhuǎn)一周,就沿軸向竄動一次,向前竄動的半周中形成右螺旋面,向后竄動的半周中形成左螺旋面,最后切出如同端面凸輪一樣的形狀,并在端面中心附近出現(xiàn)一個凸臺。當(dāng)加工螺紋時,軸向竄動會產(chǎn)生螺距周期誤差。③純角度擺動。主軸瞬時回轉(zhuǎn)軸線對平均軸線作呈一傾斜角度的公轉(zhuǎn)運動,但其交點位置固定不變。主要影響工件的形狀精度。車外圓時會產(chǎn)生圓柱度誤差(錐度);鏜孔時,孔將成橢圓形，如圖8-5所示。

(2)產(chǎn)生主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因及提高回轉(zhuǎn)精度的措施。主軸回轉(zhuǎn)軸線的運動誤差不僅和主軸部件的制造精度有關(guān),而且還和切削過程中主軸受力、受熱后的變形有關(guān)。但主軸部件的制造精度是主要的,是主軸回轉(zhuǎn)的基礎(chǔ),它包含軸承誤差、軸承間隙、與軸承相配合零件的誤差等。當(dāng)主軸采用滑動軸承支撐時,主軸是以軸頸在軸承內(nèi)回轉(zhuǎn)的,對于車床類機(jī)床,主軸的受力方向是一致的,這時主軸軸頸被壓向軸向表面某一位置。因此,主軸軸頸的圓度誤差將直接傳給工件,而套空的誤差對加工精度影響較小,圖8-7(a)所示。對于鏜床類機(jī)床,主軸受切削力方向是隨鏜刀的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn),因此,軸套孔的圓度誤差將傳給工件,而軸頸的誤差對加工精度影響較小,如圖8-7(b)所示。

圖8-7軸頸與軸套孔圓度誤差引起的徑向跳動

當(dāng)主軸用滾動軸承支撐時,主軸的回轉(zhuǎn)精度不僅取決于滾動軸承的精度,在很大程度上還和軸承的配合件有關(guān)。如圖8-8所示,滾動軸承的精度取決于內(nèi)、外環(huán)滾道圓度誤差，內(nèi)座圈的壁厚差及滾動體的尺寸差、圓度誤差，主軸軸承間隙對回轉(zhuǎn)精度也有影響,如軸承間隙過大,會使主軸工作時油膜厚度增大,剛性降低。

圖8-8滾動軸承的幾何誤差

由于軸承內(nèi)、外座圈或軸套很薄,因此與之相配合的軸頸或箱體軸承孔的圓度誤差,會使軸承的內(nèi)外圈發(fā)生變形而引起主軸回轉(zhuǎn)誤差。為提高主軸的回轉(zhuǎn)精度,在滑動軸承方面,發(fā)展了靜壓軸承和三塊瓦式動壓軸承等技術(shù)。在滾動軸承方面,可選用高精度的軸承,以及提高主軸軸頸和與主軸相配合零件的有關(guān)表面的加工精度,或采取措施使主軸的回轉(zhuǎn)精度不反映到工件上去。如在臥式鏜床上鏜孔,工件裝在鏜模夾具中,鏜桿支撐在鏜模夾具的支撐套上,鏜桿的回轉(zhuǎn)精度完全取決于鏜模支撐套的形狀誤差即同軸度誤差,因鏜桿與機(jī)床主軸是浮動連接,故機(jī)床主軸精度對加工無影響。

3)傳動鏈誤差傳動鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)的傳動鏈中首末兩端傳動元件之間,相對運動的誤差,它是齒輪、螺紋、蝸輪及其它展成加工中,影響加工精度的主要因素。如加工螺紋、滾齒、插齒、磨齒等,為了保證加工精度,必須要求刀具與工件之間有正確的速比關(guān)系。例如車螺紋,要求工件轉(zhuǎn)一圈,刀具移動一個導(dǎo)程;用單頭滾刀滾齒時,要求滾刀轉(zhuǎn)一圈,工件轉(zhuǎn)過一個齒。這種成形運動的速比關(guān)系,是由機(jī)床傳動鏈來保證的。

傳動鏈誤差是由于傳動鏈中傳動元件的制造誤差、裝配誤差以及使用過程中磨損引起的。各傳動元件在傳動鏈中的位置不同,影響也不同,其中末端元件的誤差對傳動鏈的誤差影響最大。各傳動元件的轉(zhuǎn)角誤差將通過傳動比反映到工件上。若傳動鏈?zhǔn)巧賯鲃觿t傳動元件的轉(zhuǎn)角誤差將擴(kuò)大,反之降速傳動則轉(zhuǎn)角誤差將縮小。

為了減小傳動鏈誤差對加工精度的影響,可以采取下列措施:

(1)減少傳動鏈中傳動元件的數(shù)量,縮短傳動鏈以減少誤差的來源;

(2)提高傳動元件,特別是末端件的制造與裝配精度;

(3)在機(jī)床傳動系統(tǒng)設(shè)計中,采用降速傳動,這樣傳遞系數(shù)小,對提高傳動精度是有利的;

(4)消除傳動鏈間的間隙;

(5)采用誤差補(bǔ)償來提高傳動鏈精度。

3.工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響機(jī)械加工過程中的工藝系統(tǒng),在切削力、夾緊力、傳動力、重力、慣性力等外力作用之下,會產(chǎn)生相應(yīng)的變形,從而使已經(jīng)調(diào)整好的刀具與工件之間的相對位置發(fā)生變動造成工件的尺寸誤差、幾何形狀與相互位置誤差。從而破壞了刀具與工件之間已獲得的準(zhǔn)確位置,產(chǎn)生加工誤差,同時還會使系統(tǒng)內(nèi)的構(gòu)件產(chǎn)生振動。例如車細(xì)長軸時,如圖8-9所示,由于軸變形,車完的軸就會出現(xiàn)中間粗兩頭細(xì)的情況。在內(nèi)圓磨床上切入式磨孔時,如圖8-10所示,由于內(nèi)圓磨頭軸彈形變形,內(nèi)孔會出現(xiàn)錐度誤差。工藝系統(tǒng)在外力的作用下,不但影響加工精度,而且還會影響加工表面的質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此,必須研究工藝系統(tǒng)中的受力變形。

圖8-9細(xì)長軸車削時的受力變形

圖8-10切入時磨孔時磨頭軸的受力變形

1)工藝系統(tǒng)剛度的基本概念為了比較工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力和分析計算工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響,需建立工藝系統(tǒng)剛度的概念。

(1)工藝系統(tǒng)的靜剛度。工藝系統(tǒng)不具備絕對的剛性,在外力作用下總會產(chǎn)生變形和位移,其位移的大小不僅取決于作用力的大小,而且也取決于工藝系統(tǒng)抵抗外力使其變形的能力,即工藝系統(tǒng)的剛度。對于機(jī)械加工系統(tǒng),從影響機(jī)械加工精度的觀點出發(fā),被加工表面法線方向的變形對加工精度影響最大(誤差敏感方向),因此工藝系統(tǒng)剛度定義為被加工表面法線上作用的總切削力Fy與該方向刀具、工件的相對位移y的比值,即

(8-3)工藝系統(tǒng)的剛度,根據(jù)系統(tǒng)所受載荷的性質(zhì)不同,可分為靜剛度和動剛度兩種。由于以上所指的K系統(tǒng)是在靜態(tài)條件下力與位移的關(guān)系。所以K系統(tǒng)稱為靜剛度。動剛度是以動力學(xué)的觀點,把工藝系統(tǒng)看做是具有一定質(zhì)量、彈性和阻尼的機(jī)械系統(tǒng),在動態(tài)力的作用下,系統(tǒng)會產(chǎn)生振動,在某一頻率下產(chǎn)生單位位移振幅所需的激振力,稱為動剛度。動剛度主要影響工件已加工表面的微觀幾何精度(波紋度、表面粗糙度等),而靜剛度則主要影響工件的宏觀幾何精度。由此可見對于靜剛度和動剛度的研究是缺一不可的。本節(jié)僅限于靜剛度的研究,以下把靜剛度簡稱剛度。

(2)工藝系統(tǒng)剛度的組成。工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、工件、夾具組成的加工系統(tǒng),所以工藝系統(tǒng)的剛度就決定于機(jī)床、刀具、工件和夾具的剛度。工藝系統(tǒng)的受力變形等于各組成部分變形位移的疊加,即

Y系統(tǒng)＝Y(jié)機(jī)床十Y刀具十Y工件十Y夾具

(8-4)如果已知各組成部分在y方向的位移及作用力,則可求出各組成部分的剛度為

這樣工藝系統(tǒng)的剛度為

(8-5)

(3)工藝系統(tǒng)剛度的特點。在工藝系統(tǒng)中,工件和刀具。一般都是簡單的構(gòu)件,其剛度可利用材料力學(xué)中的公式直接近似求出,而系統(tǒng)中的機(jī)床和夾具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,它們是由許多零部件組成,故難以用一個數(shù)學(xué)模型來描述,主要是通過實驗方法來確定。但是部件的受力變形遠(yuǎn)比單個實體零件的變形要大得很多,其主要原因有以下幾個方面:

①連接表面的接觸變形。機(jī)械加工后,零件表面存在著幾何形狀誤差,波紋度及表面粗糙度,所以零件之間連接表面的實際接觸面積只是理想接觸面積的一部分,而真正處于接觸狀態(tài)的又是其中的個別凸峰。因此在外力的作用下,這些接觸點就產(chǎn)生了較大的接觸變形,使得部件的剛度遠(yuǎn)比同尺寸實體的零件本身的剛度要低的多。

②薄弱零件本身的變形。在機(jī)器或部件中,常采用楔鐵、鍵等零件連接,這些零件結(jié)構(gòu)細(xì)長、剛度差,再加上制造時不易做得平直,接觸不良,因此在外力作用下很容易發(fā)生變形。故使整個系統(tǒng)的剛度變差。③摩擦力的影響。摩擦力的影響也很大,在加載時,連接表面的摩擦力阻止變形的增加。再卸載時,摩擦力又阻止變形的恢復(fù)。由于摩擦力的作用,使得在剛度曲線圖中加載和卸載曲線不重合。如圖8-11所示。

④接合面間的間隙。如果機(jī)器或部件中存在間隙,當(dāng)所加載荷大于零件間的摩擦力時,就會產(chǎn)生錯動,故表現(xiàn)為剛度很低,如果是單向受力,使零件始終靠在一面,那么間隙對加工精度影響很小。如鏜床等,切削力的方向是變化的,對加工精度的影響就比較大。根據(jù)以上分析可知,影響部件剛度的因素很復(fù)雜,而且對于同一部件的剛度也不是一個衡定得數(shù)值。一個部件的變形不僅是組合成部件的各個零件本身的變形,而且是各個零件連接面的接觸變形以及其它因素影響的綜合結(jié)果。

2)工藝系統(tǒng)受力變形對加工精度的影響

(1)切削力引起工藝系統(tǒng)的變形對加工精度的影響。①總切削力作用點位置變化對加工精度的影響。在切削過程中,如果總切削力的大小不變,則工藝系統(tǒng)剛度隨受力點的位置不同,其變形量發(fā)生變化,從而引起工件軸向剖面中的形狀誤差。例如,車削夾持在車床兩頂尖間粗而短的光軸(如圖8-11(a)所示)時,由于工件剛度大,在切削力的作用下工件的變形要比機(jī)床、刀具等變形小得多,故可忽略不計。此時工藝系統(tǒng)的變形主要取決于機(jī)床的變形。

圖8-11工藝系統(tǒng)的位移隨施力點位置的變化的情況

加工中,當(dāng)車刀處于圖示位置時,在切削分力的作用下,頭架由A點移到A′,尾架由B點移到B′,刀架由C點移到C′。它們的位移量分別用Y頭、Y尾、Y刀架表示。工件的軸心線由AB位移到A′B′。在刀具的Fy切削點處,工件軸線在X處的位移Yx為即

設(shè)FA,FB分別為Fy所引起在頭、尾架處的作用力;K頭、K尾分別為頭架與尾架的剛度,則在Fy的作用下在頭尾架處的變形分別為將Y頭、Y尾層代入Yx,式得

(8-6)工藝系統(tǒng)的總變形

(8-7)從上式可以看出,工藝系統(tǒng)的變形是x的函數(shù),隨切削力作用點的位置變化而變化,變形大的地方從工件切去較少的金屬層,變形小的地方切去較多的金屬層,使車出的工件呈兩端粗、中間細(xì)的鞍形形狀誤差。

如設(shè)K刀架=4×104N/mm,K頭=6×104N/mm,K尾=5×104N/mm,Fy=300N,工件長l=600mm,。故工件呈馬鞍形。對Y系求導(dǎo)可得,當(dāng),有

則工件軸向最大的直徑誤差為(因為K尾＜K頭,Y系max＝Y(jié)尾）

(8-8)如果車削夾持在兩頂尖間的細(xì)長軸(如圖8-11(b)所示),由于工件細(xì)長,剛度小,在切削力的作用下,此時機(jī)床、刀具、夾具的變形很小,可以忽略不計。工藝系統(tǒng)的變形完全取決于工件的變形。按材料力學(xué)中的公式,作用在x處的變形Y工件為

(8-9)式中:l為工件長度,單位mm;E為工件材料彈性模量(對于鋼E＝2×105N/mm2);I為慣性矩(對于軸I＝πd4/64)。

當(dāng)x＝0或x＝1時,變形Y工件＝0;當(dāng)x＝l/2時工件的彎曲變形最大。則工件車削后的最大軸向直徑誤差

(8-10)由此可見,加工后的工件呈腰鼓形。若同時考慮機(jī)床和工件的變形,則工藝系統(tǒng)的總變形為

(8-11)工藝系統(tǒng)的總剛度

(8-12)②總切削力大小變化對加工精度的影響。機(jī)械加工時,工藝系統(tǒng)在總切削力作用下會產(chǎn)生變形,使得實際切削余量發(fā)生變化,而且影響加工后的尺寸精度。如果在加工過程中總切削力的大小不變,這一誤差是可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整消除的。但是,當(dāng)加工毛坯余量或材料硬度很不均勻的工件時,毛坯余量或材料硬度的變化,會引起切削力大小的變化。從而引起工藝系統(tǒng)受力變形的變化,因而產(chǎn)生工件的形狀誤差或表面間的同軸度誤差。如圖8-14所示為車削一個有橢圓形誤差的毛坯,刀尖調(diào)整到要求尺寸的虛線位置,在工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過程中,切削深度將發(fā)生變化。最大切深為ap1,最小切深為ap2。假設(shè)毛坯材料的硬度是均勻的,那么在ap1處的切削力Fy最大,相應(yīng)的變形y1也最大;ap2處Fy2最小,y2也最小。這種由于工藝系統(tǒng)受力變形的變化,使毛坯的橢圓度誤差復(fù)映到加工后的工件上,這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。由圖8－12可知,毛坯最大的誤差Δ坯＝ap1-ap2,車削后工件上最大誤差Δ工＝y(tǒng)1-y2，而圖8-12毛坯形狀誤差的復(fù)映

由切削原理可知，切削分力Fy＝λCFapf0.75，式中λ＝Fy/F，一般取λ＝0.4，CF為與工件材料及刀具幾何角度有關(guān)的系數(shù)-則(8-13)

ε稱為誤差復(fù)映系數(shù),它定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工后減少的程度。ε是一個小于1的正數(shù),ε越小,毛坯復(fù)映到工件上的誤差也越小,從式中可看出減小C及增大K系都能使ε減小。

如果采用一次走刀不能消除誤差復(fù)映的影響而滿足所要求的精度時,則可采用二次或多次走刀。設(shè)每次走刀的復(fù)映系數(shù)為ε1、ε2、ε3、…、εn,則總的誤差復(fù)映系數(shù)

ε總＝εlε2ε3…εn

(8-14)在粗加工時,每次走刀的進(jìn)給量f一般不變,因此n次走刀就有

(8-15)由于誤差復(fù)映系數(shù)ε總是小于1,經(jīng)多次走刀后,加工誤差也就很快達(dá)到允許的范圍之內(nèi)。

(2)由于傳動力、夾緊力、慣性力和重力等引起工藝系統(tǒng)的變形對加工精度的影響。①傳動力方向變化引起的加工誤差。在車削與磨削軸類零件時,常用單爪撥盤來帶動工件旋轉(zhuǎn),如圖8-13(a)所示。傳動力Pc的方向在工件每轉(zhuǎn)中是變化的。它在Y方向的分力PcY的大小也發(fā)生周期性的變化。因此造成工藝系統(tǒng)的受力變形隨之發(fā)生變化,從而引起加工誤差。圖8-13單爪撥盤傳動對加工精度的影響

根據(jù)力矩平衡原理,按圖8-13(a)所示的情況,可列出其平衡方程式,經(jīng)求解可得在傳動力Pc作用下,工件經(jīng)加工后的實際半徑R,則

(8-16)式中:K頂為頂尖處的剛度;r為工件半徑;α為回轉(zhuǎn)角。式(8-16)為一心臟形輪廓方程,由此在傳動力的影響下(不考慮其它因素),前頂尖處工件加工后其截面上就產(chǎn)生了心形誤差,如圖8-13(b)所示。由于傳動力作用在頂尖處,當(dāng)?shù)毒唠x開工件左邊的距離x越大時,傳動力的影響就越小,即造成的幾何形狀誤差越小,當(dāng)工件長度為L,則在x處的工件半徑誤差為

(8-17)在零件的加工精度要求很高時,傳動力造成的加工誤差是不可忽視的。為減少這種傳動力對加工精度的影響,可采用雙爪撥盤來帶動工件,使兩邊的傳動力大致平衡,以消除傳動力引起的誤差。

②夾緊力引起的加工誤差。對于剛性較差的零件,若施加的夾緊力不當(dāng)(作用點的位置或大小不當(dāng)),會引起工件的夾緊變形,從而使工件加工后產(chǎn)生誤差。例如薄壁套筒裝在三爪卡盤上鏜孔,加緊后筒孔產(chǎn)生彈性變形(圖8-14(a)),雖然鏜出的孔是正圓形(圖8-14(b)),但松開三爪自定卡盤后,薄壁套筒彈性自動恢復(fù),使孔顯三角棱形(圖8-14(c)),圖8-14(d)為加開口過渡環(huán)后,使夾緊力在薄壁套筒上均勻分布,從而減少了工件的夾緊變形。由此可知,夾緊變形引起的工件形狀誤差不僅取決于夾緊力的大小,而且與夾緊力的作用點有關(guān)。

圖8-14夾緊變形引起的形狀誤差

③慣性力引起的誤差。在機(jī)械加工過程中,由于高速旋轉(zhuǎn)著的機(jī)床零件、夾具和工件等的不平衡,會產(chǎn)生離心慣性力。對加工精度的影響也是很大的。該力的方向在回轉(zhuǎn)一圈中是變化的,因此它在Y方向上的分力有時和切削力方向相同,有時相反,從而引起工藝系統(tǒng)某些環(huán)節(jié)受力變形發(fā)生變化,造成加工誤差。當(dāng)離心力和切削力同向時,工件被推離刀具,減少了實際切深;當(dāng)離心力和切削力反向時,工件被推向刀具,增加實際切深,總的結(jié)果使工件產(chǎn)生圓度誤差,如圖8-15所示。為消除慣性力對加工精度的影響,生產(chǎn)中常采用“配重平衡”的方法,必要時,還可降低工件轉(zhuǎn)速。

圖8-15貫性力引起的加工誤差

④重力引起的誤差。工藝系統(tǒng)有關(guān)零部件自身的重力(特別是重型機(jī)床)以及它們在加工中位置的移動,也可引起相應(yīng)的變形,造成加工誤差。如大型立式車床、龍門刨床、龍門銑床等,其主軸箱或刀架在橫梁上移動時,由于主軸箱重力的作用,使橫梁的變形兩頭小,中間大。從而使加工表面產(chǎn)生凹形的平面度誤差(如圖8-16所示)。

圖8-16機(jī)床部件重力引起的加工誤差

3)內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響內(nèi)應(yīng)力是指外部載荷去除以后,仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力,也叫殘余應(yīng)力。它是一種平衡應(yīng)力,零件切削加工、無切屑加工、熱加工、毛坯制造過程等引起的變形后,金屬內(nèi)部宏觀或微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化,零件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài),這時內(nèi)部組織有強(qiáng)烈地要恢復(fù)到?jīng)]有應(yīng)力的狀態(tài)。在內(nèi)應(yīng)力變化過程中,工件將發(fā)生復(fù)雜的變形,使原有的加工精度喪失。因此,為了保證加工精度,特別是精度要求高的零件,必須采取措施消除內(nèi)應(yīng)力對加工精度的影響。圖8-17床身內(nèi)應(yīng)力引起的變形

內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因:

(1)在毛坯制造過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在鑄、鍛、焊等毛坯制造過程中,由于工件各部分熱脹冷縮不均勻,以及金相組織的變化,使工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。毛坯結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,壁厚越不均勻,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力就越大。例如圖8-17機(jī)床床身,澆鑄后上下表面冷卻快,內(nèi)部冷卻慢,故在床身表面殘存壓應(yīng)力,內(nèi)部殘存拉應(yīng)力。此時內(nèi)應(yīng)力處于平衡狀態(tài),當(dāng)導(dǎo)軌表面經(jīng)加工刨去一層金屬后,就破壞了平衡,內(nèi)應(yīng)力將重新分布轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài),使床身產(chǎn)生明顯的變化。

(2)切削加工中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。工件在切削加工中,由于切削熱和切削力的作用,使工件表層產(chǎn)生冷、熱塑性變形和金相組織的變化,從而使工件表層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

(3)工件熱處理時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。工件在進(jìn)行熱處理時,由于金相組織的變化或加熱時工件各部分受熱不均勻,使工件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

(4)工件冷校直時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。細(xì)長軸類零件,如絲桿、光桿等在加工或搬運過程中很容易彎曲變形,為了糾正這種變形常采用冷校直。校直的方法是在彎曲的反方向上施加一外力P(如圖8-18(a)所示),在外力P的作用下,工件內(nèi)應(yīng)力的分布如圖8-18(b)所示。上部為壓應(yīng)力,下部為拉應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限時,將產(chǎn)生塑性變形。

圖8-18冷校直引起的內(nèi)應(yīng)力

減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施:

(1)采取適當(dāng)?shù)臒崽幚砉ば?。對于鑄、鍛、焊接件,常進(jìn)行退火、正火或人工時效處理,然后再進(jìn)行機(jī)械加工。重要零件在粗加工和半精加工后還要進(jìn)行時效處理,以消除毛坯制造及加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

(2)給工件足夠的變形時間。精密零件粗、精加工應(yīng)分開;大型零件,由于粗、精加工一般安排在一個工序內(nèi)進(jìn)行,故粗加工后先將工件松開,使其自由變形,再以較小的夾緊力夾緊工件進(jìn)行精加工。

(3)零件結(jié)構(gòu)要合理。零件結(jié)構(gòu)盡量簡單,壁厚要均勻。

4)減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要措施減少工藝系統(tǒng)的受力變形是保證加工精度的有效途徑之一。在生產(chǎn)實際中,主要從兩方面采取措施予以解決:一是提高系統(tǒng)剛度;二是減少載荷及變化。

(1)提高系統(tǒng)剛度。①設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計工藝裝備時,應(yīng)盡量減少連接面的數(shù)量,注意剛度匹配,防止有局部低剛度薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)。設(shè)計基礎(chǔ)件、支承件時,應(yīng)合理選擇零件的結(jié)構(gòu)和截面形狀。一般來說,在截面積相等時,空心截形比實心截形剛度高,封閉截形比開口截形好。在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置加強(qiáng)筋也有良好的效果。

②提高零件連接表面的接觸剛度。提高主要零部件接觸面的配合質(zhì)量,增大實際接觸面積。如機(jī)床導(dǎo)軌的刮研,多次研磨精密零件的頂尖孔等。另一方法是預(yù)加載荷，如機(jī)床主軸組件中軸承的預(yù)緊。這樣不但消除了配合面間的間隙,而且還增大了配合表面的實際接觸面積,從而提高了接觸剛度。③設(shè)置輔助支承,提高工件、刀具或部件的剛度。在加工中設(shè)置輔助支承能提高工藝系統(tǒng)的剛度。如車細(xì)長軸采用中心架或跟刀架來提高工件的剛度。圖8-19利用裝在主軸孔中的導(dǎo)套來提高刀架在加工時的剛度。

圖8-19在六角車床上提高刀架剛度的措施

④采用合適的裝夾方式。例如在臥式銑床上銑削角鐵形零件,如按圖8-20(a)裝夾(夾緊件未畫出),工件不穩(wěn),加工時剛度低。如改用(b)圖所示的方法裝夾,則剛度可大大提高。所以采用合適的裝夾方式可提高裝夾剛度。特別是剛度差的零件更應(yīng)注意。

圖8-20改變裝夾方式提高裝夾剛度

(2)合理安排工藝路線。在安排工藝路線時,盡量粗精加工分開,并適當(dāng)安排熱處理工序,以消除零件的殘余應(yīng)力。

(3)減少載荷及變化。降低切削用量,可減少總切削力對零件加工精度的影響,但同時生產(chǎn)效率也會降低。此外，改善工件材料的可加工性,改善刀具材料及刀具幾何參數(shù)(如增大前角)都可減少受力變形。采用精制毛坯,可減少加工余量并減少毛坯誤差映射。

4.工藝系統(tǒng)受熱變形對加工精度的影響在機(jī)械加工中,工藝系統(tǒng)受到切削熱、摩擦熱以及周圍環(huán)境溫度的影響,使機(jī)床、工件、刀具等許多部分的溫度發(fā)生變化而引起復(fù)雜的熱變形,從而破壞了它們之間的相對位置、刀具與工件間相對運動的正確性以及傳動精度,使加工后的工件產(chǎn)生誤差,所以工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響是非常大的。特別是在精密加工中,因切削力小,受力變形不占主導(dǎo)地位,而影響加工精度的主要因素是機(jī)床的制造誤差及工藝系統(tǒng)的熱變形。

1)工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)的熱源可分為兩大類:一類是內(nèi)部熱源,一類是外部熱源。內(nèi)部熱源來自摩擦熱和切削熱,外部熱源來自環(huán)境溫度與熱輻射。

2)工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響

(1)機(jī)床熱變形引起的加工誤差。機(jī)床開動后,由于受到內(nèi)外多種熱源的影響,機(jī)床溫度逐漸升高。但機(jī)床各部件結(jié)構(gòu)不同,受熱情況不同,各處溫升也不同,故使機(jī)床產(chǎn)生復(fù)雜的變形,破壞了機(jī)床原有的冷態(tài)精度,從而造成了加工誤差。由于各類機(jī)床的結(jié)構(gòu)、加工方式和熱源不同,故對加工精度影響情況也不同,對具體情況應(yīng)具體分析。機(jī)床熱變形引起的加工誤差,如圖8-21所示,主要表現(xiàn)在主軸系統(tǒng)和導(dǎo)軌兩大部件上。主軸部件的熱變形會引起主軸位移和傾斜,影響加工后工件的尺寸和幾何形狀。機(jī)床導(dǎo)軌的熱變形,會使導(dǎo)軌產(chǎn)生中凸或中凹,影響工件的幾何形狀精度。

圖8-21機(jī)床的熱變形

(2)工件熱變形引起的加工誤差。切削熱是工件熱變形的主要熱源。工件在熱膨脹的情況下加工到規(guī)定尺寸,冷卻后會收縮變小,有時甚至?xí)顖髲U。工件的熱變形與其是否均勻受熱等因素有關(guān)。為使研究問題簡化,可分均勻受熱與單面受熱兩種情況來討論。

①工件均勻受熱。對于一些形狀簡單的回轉(zhuǎn)零件、對稱的零件,如長度較短的軸、套筒和盤類零件等進(jìn)行車削或內(nèi)外圓磨削加工,由于工作行程短,可視為工件均勻受熱。切削熱比較均勻地傳入工件,它主要影響工件的尺寸精度,工件的熱變形量可按下式進(jìn)行計算:對于直徑方向

△D＝αD△t(mm)

(8-18)對于長度方向

△L＝αL△t(mm)

(8-19)式中:α為工件材料的線膨脹系數(shù)(鋼α＝1.17×10-5/℃,鑄鐵α＝1×10-5/℃,銅α≈1.7×10-5/℃);L、D分別為工件的長度與直徑(mm);Δt為工件的溫升(℃)。

例如精密絲桿的加工,工件的熱伸長會引起螺距的累積誤差。若磨削長3米的絲桿,如不采取任何措施,每磨一次溫度升高3℃,則絲桿總伸長

而對于6級精度的絲桿,其螺距累積誤差在全長上不允許超過0.02mm,可見熱變形對加工精度的影響是十分嚴(yán)重的。

②工件不均勻受熱。它主要影響工件的形狀和位置精度。如平面的刨削、銑削和磨削加工,工件都是單面受熱,由于上下表面之間溫差Δt將導(dǎo)致如圖8-22所示的彎曲變形,其熱變形的撓曲度f為

(8-20)式中:L為工件的長度；H為工件的厚度(mm)。

圖8-22薄板磨削時的彎曲變形

由此可見,工件越長,越薄,上下表面之間的溫差越大,加工時的受熱變形量也越大。例如磨削長2000mm,高H＝600mm的精密平板,頂面與底面的溫差Δt＝2.4℃。磨削后熱變形產(chǎn)生的撓曲度:

(3)刀具熱變形對加工精度的影響。刀具的熱變形主要是由切削熱引起的,雖然切削熱大部分由切屑帶走,傳入刀具的熱量不多,但因刀具體積小,熱容量小,刀具溫升可非常高。高速鋼車刀,刀刃部分的溫度可達(dá)700～800℃。圖8-23為車削時車刀的熱伸長量與切削時間的關(guān)系曲線。連續(xù)切削時,刀具受熱變形開始比較快,隨后較緩慢,經(jīng)過較短時間,便趨于熱平衡狀態(tài)。間斷切削時,由于刀具有短時間的冷卻(如圖8-23所示),故受熱變形的曲線具有熱脹冷縮的雙重特性,故總的受熱變形量比連續(xù)切削時要小一些。最后趨于穩(wěn)定在Δ1范圍內(nèi)波動。當(dāng)切削停止后,刀具溫度立即下降,開始冷卻較快,以后逐漸減慢。圖8-23車刀熱變形

3)減小工藝系統(tǒng)受熱變形的主要措施為了防止和減小熱變形,首先在設(shè)計工藝裝備時應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采取措施,例如采用熱對稱結(jié)構(gòu);合理安排支承,減少熱變形的有效長度;將熱變形轉(zhuǎn)移到不是加工誤差的敏感方向等。下面介紹控制熱變形方面的工藝措施。

(1)加快熱平衡,待熱平衡后再加工。熱平衡后,工藝系統(tǒng)熱變形趨向穩(wěn)定。這樣熱變形容易控制,對加工精度的影響就小。為使機(jī)床能迅速達(dá)到熱平衡,可采用兩種方法:一是在加工前,先使機(jī)床高速運轉(zhuǎn),使其迅速達(dá)到熱平衡,然后再改成機(jī)床的工作速度進(jìn)行加工;另一種方法是在機(jī)床的適當(dāng)部件設(shè)置“控制熱源”,在機(jī)床開動的初期階段給機(jī)床人為地供熱,促使其盡快達(dá)到熱平衡。

(2)加強(qiáng)冷卻。在切削區(qū)充分施加冷卻液,盡量減少熱量傳入工件和刀具,以減少其熱變形。對于機(jī)床,可對其發(fā)熱部位進(jìn)行強(qiáng)制冷卻,以控制機(jī)床的溫升與熱變形。

(3)減少熱源熱量的產(chǎn)生。刀具和砂輪要及時修磨和修正,以減少切削熱和磨削熱的產(chǎn)生。對于運動部件要充分潤滑,以減少摩擦熱。

(4)恒溫加工。對于精密加工、精密測量和精密裝配,應(yīng)在恒溫下進(jìn)行。恒溫精度一般控制在±1℃以內(nèi),精密級控制在±0.5℃。恒溫的平均室溫一般控制在20℃,為節(jié)省能源可進(jìn)行季節(jié)調(diào)溫。如春秋兩季取20℃,夏季取23℃,冬季取17℃。

(5)進(jìn)行綜合補(bǔ)償和校正。在精密加工中,經(jīng)常采用校正補(bǔ)償裝置來消除加工中熱變形產(chǎn)生的誤差。

8.1.3加工誤差的統(tǒng)計分析

1.加工誤差的性質(zhì)

影響加工精度的一些誤差因素,按其性質(zhì)的不同,可分為兩大類:即系統(tǒng)性誤差與隨機(jī)誤差。

1)系統(tǒng)性誤差

順次加工一批工件時,若誤差的大小和方向保持不變,或誤差隨加工時間按一定規(guī)律變化,該誤差即為系統(tǒng)性誤差。前者稱為系統(tǒng)性常值誤差,后者稱為系統(tǒng)性變值誤差。

原理誤差,機(jī)床、刀具、夾具、量具的制造誤差,調(diào)整誤差都屬于系統(tǒng)性常值誤差。它們與加工順序(或加工時間)沒有關(guān)系。機(jī)床和刀具的熱變形、刀具的磨損等都是隨加工順序(加工時間)有規(guī)律地變化的,是屬于系統(tǒng)性變值誤差。

2)隨機(jī)性誤差順次加工一批工件時,若誤差的大小和方向是不規(guī)律地變化的(時大時小,時正時反),該誤差稱為隨機(jī)性誤差。如毛坯的誤差復(fù)映,夾緊誤差,內(nèi)應(yīng)力等引起的誤差,都是隨機(jī)性誤差。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法,就可以找出一批工件誤差的總體規(guī)律。以上加工誤差分類方法是相對的,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及人們認(rèn)識的不斷深化,某些隨機(jī)性誤差也可能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)性誤差。

2.加工誤差的統(tǒng)計分析加工誤差的統(tǒng)計分析法,是以生產(chǎn)現(xiàn)場中對工件進(jìn)行實際測量所得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法,分析一批工件的誤差情況,從而找出誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因,以便提出解決問題的方法。常用的統(tǒng)計方法有兩種:分布曲線法和點圖法。

1)正態(tài)分布曲線法(直方圖)加工一批工件,由于各種誤差因素的影響,加工后工件實際尺寸數(shù)值不會完全一致,是在一定的范圍內(nèi)變化,這種現(xiàn)象稱為尺寸分散。它們中最大尺寸與最小尺寸之差稱為分散范圍。如果將這些數(shù)據(jù)按照一定的尺寸間隔分組,然后,以各個組尺寸間隔寬度(組距)為底,以頻數(shù)(同一間隔組的零件數(shù))或頻率(頻數(shù)與該批零件總數(shù)之比)為高做出若干矩形,即為直方圖。如果以每個區(qū)間的中點(中心值)為橫坐標(biāo),以每組頻數(shù)或頻率為縱坐標(biāo)可得到一些相應(yīng)的點,將這些點連接成折線即為分布折線圖。當(dāng)所測零件數(shù)量較多,尺寸間隔很小時,此折線便非常接近于一條曲線,這就是實際分布曲線畫成的統(tǒng)計曲線。下面以精鏜活塞銷孔工序為例介紹統(tǒng)計曲線的繪制方法。

圖紙規(guī)定銷孔直徑為￠280-0.015mm,在精鏜活塞銷孔后的工件中,抽取其中100件,經(jīng)測量其直徑可得到100個數(shù)據(jù),測量所得的數(shù)據(jù)按其大小分組,每組的尺寸間隔(稱為組距)取0.002mm,并將上述數(shù)據(jù)列入表8-5中。

表8-5活塞銷孔直徑測量結(jié)果表中n表示所測工件(樣本)的總數(shù)。同一組中的工件數(shù)m,稱為頻數(shù),頻數(shù)與樣本總數(shù)n之比稱為頻率。以每組工件尺寸的中間值(中值)為橫坐標(biāo),頻率(頻數(shù))為縱坐標(biāo),將各組的頻率畫在圖上,就得到相應(yīng)的一些點,將各點依次連接起來，便可得到如圖8-24所示曲線,該曲線稱為實際分布曲線。在圖上標(biāo)出工件的公差分布范圍、公差帶中心和分布中心,便可進(jìn)行質(zhì)量分析。圖8-24活塞銷孔直徑尺寸分布圖

圖8-24中,分散范圍＝最大孔徑-最小孔徑＝28.004-27.992＝0.012mm從圖8-24中可看出:

(1)分散范圍小于公差帶即0.012＜0.015mm,表明本工序能滿足加工要求,即不會有廢品出現(xiàn);

(2)圖中有部分工件已超出公差范圍(帶陰影部分,約占18％)成為廢品。其原因是尺寸分散中心與公差帶中心不重合,表明系統(tǒng)中存在系統(tǒng)性常值誤差,其值為27.9979-27.9925＝0.0054mm,如果將鏜刀的伸出量減小0.0054mm的一半,就能使尺寸分散中心與公差帶中心重合,出廢品的問題便可解決。若將尺寸間隔減小,所取工件數(shù)量增加,則所得的曲線,其極限情況接近于圖8-25所示的正態(tài)分布曲線。在研究加工誤差時,常用正態(tài)分布曲線來近似地代替實際分布曲線,這樣可使分析問題的方法大為簡化。

(8-21)圖8-25正態(tài)分布曲線

用上式來研究加工尺寸分布曲線時,各字母含義如下：x——工件尺寸(分布曲線的橫坐標(biāo));x——加工一批工件的平均尺寸(分散范圍中心),σ——一批工件的均方根偏差,

;n——工件總數(shù)(工件數(shù)應(yīng)足夠多,如n＝100～200)。方程式中的參數(shù)x決定分布曲線的位置。它決定一批工件尺寸分散中心的坐標(biāo)位置。在系統(tǒng)性常值誤差的影響下,整個曲線沿橫坐標(biāo)移動,但不改變曲線的形狀。均方根偏差σ決定分布曲線的形狀及分散范圍。當(dāng)σ增大時,Y減小,曲線變得平坦;σ減小時,Y增大,分散范圍變小,表明工件尺寸集中,加工精度高。正態(tài)分布曲線的特點:

(1)曲線呈鐘形,中間高,兩邊低,表明工件尺寸靠近x的頻率較大,遠(yuǎn)離x的工件尺寸是少數(shù)。

(2)曲線x=x以的直線為軸左右對稱。表明工件尺寸大于x及小于x的頻率是相等的。(3)曲線下與x軸所包含的面積為1。曲線在對稱軸的±3σ范圍內(nèi)所包含的面積為99.73％,在±3σ以外只占0.27％,可以忽略不計。因此,一般都取正態(tài)分布曲線的分散范圍為±3σ?！?σ是一個很重要的概念,它代表某種加工方法在一定條件下所能達(dá)到的加工精度。所以一般情況下,應(yīng)使所選擇的加工方法的均方根偏差σ與工件公差帶的寬度T之間,滿足下列關(guān)系:

(8-22)正態(tài)分布曲線的應(yīng)用:

(1)可利用分布曲線查明工序精度,確定工藝能力系數(shù),進(jìn)行工藝驗證。工藝能力系數(shù)表示了工藝能力的大小,表示某種加工方法和加工設(shè)備能否勝任零件所要求的加工精度的能力。工藝能力系數(shù)CP可用下式計算：(8-23)如果CP＞1,說明公差帶大于分散范圍,該工序具備了保證精度的必要條件,且有余地。

CP

＝1時,表明工序剛剛滿足加工精度,但受調(diào)整等系統(tǒng)性常值誤差的影響,也會產(chǎn)生不合格品。

CP

＜1,說明公差帶小于尺寸分散范圍,將產(chǎn)生一定數(shù)量的不合格品。因此,可利用工藝能力系數(shù)CP的大小來進(jìn)行工藝驗證。根據(jù)工藝能力系數(shù)的大小,可將工藝分為五個等級,如表8-6所示。表8-6工藝等級

(2)可計算一批零件加工后的合格率和廢品率。利用正態(tài)分布曲線,可計算在一定生產(chǎn)條件下,工件加工后的合格率、廢品率、可修廢品率和不可修廢品率。如圖8-26所示,在曲線下面公差帶T范圍內(nèi)的面積(陰影部分)代表合格率。當(dāng)加工外圓時,圖左邊的空白部分為不可修廢品,右邊空白部分為可修廢品。加工孔時,則恰恰相反。

圖8-26利用分布曲線計算合格率和廢品

分布曲線下的面積可用積分方法求得:(8-24)令

令

,則有

在圖8-28中,總合格率:F＝φ(za)+φ(zb)因此只要求出z值便可計算出概率φ(z)。各種不同z值的φ(z)可查表8-7。之值表8-7

(3)可進(jìn)行誤差分析?？蓮姆植记€的形狀、位置來分析產(chǎn)生各種誤差的原因。例如,當(dāng)分布曲線的中心與公差中心不重合,說明加工中存在系統(tǒng)性常值誤差,其大小等于分布曲線中心與公差帶中心之間的差值。運用分布曲線研究加工精度時存在的問題:分布曲線只能在一批零件加工完畢后才能畫出,故不能在加工過程中去分析誤差發(fā)展的趨勢和變化規(guī)律,不能主動控制加工精度。由于分布曲線是在一批零件加工完成后才畫出。因此如發(fā)現(xiàn)問題,則對該批零件已無法采取措施,只能對下一批零件的加工起作用。

2)控制圖法控制圖又稱點圖。它有逐件點圖、逐組點圖和x-R圖等幾種形式。在生產(chǎn)中常見的x-R圖(均值-極差圖)。x-R圖是由x圖和R圖組成的。

(1)x-R圖的繪制方法。①在加工過程中,按一定的時間間隔或工件數(shù)量,連續(xù)抽取m(m＝2～10)個工件為一個樣組,抽取n(n=20～30)個樣組,這樣按加工先后順序,共抽取N＝n×m個工件。再依次測量它們某項質(zhì)量特性值,得到如下數(shù)據(jù):xij(i＝1,2,…,n;j＝1,2,…,m)。②計算各組的平均值xi及極差Ri。

平均值

(8-25)極差

(8-26)③以組號為橫坐標(biāo),分別以x和R為縱坐標(biāo),將求得的各組的平均值xi和極差Ri按組序號依次標(biāo)在x和R圖上,然后將各點連接起來就得到x-R圖,如圖8-27所示。圖8-27

x-R圖

④用實線在x-R圖中畫出中心線x和R,再用虛線標(biāo)出控制線。圖中各中心線及控制線的位置可按下列公式計算:x圖中心線

(8-27)R圖中心線

(8-28)x圖的上控制線

(8-30)(8-29)x圖的下控制線

R圖的上控制線

(8-31)式中系數(shù)A和D可按表8-9選取。

表8-9系數(shù)A和D的值

(2)x-R圖的應(yīng)用。①利用x-R圖可判斷工藝過程的穩(wěn)定性。工藝過程的穩(wěn)定性用x和R兩個統(tǒng)計參數(shù)來表征,穩(wěn)定的工藝過程x和R只有正常波動。正常波動是隨機(jī)的,且波動幅值不大。不穩(wěn)定的工藝過程存在異常波,控制圖中x、R有明顯的上升或下降趨勢,或有很大的波動,或有點超出控制線。

②x-R圖是用以顯示x和R的大小和變化情況。因此,從x-R圖上可以觀察出變值系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的大小和變化情況。如圖8-28所示,x有明顯上升的趨勢,說明系統(tǒng)中存在變值系統(tǒng)誤差。圖8-28x有明顯上升趨勢圖

8.2機(jī)械加工表面質(zhì)量

8.2.1概述

1.機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義零件的機(jī)械加工表面質(zhì)量是指加工表面層的微觀幾何形狀和物理機(jī)械性能。任何經(jīng)過機(jī)械加工所得的零件表面,不可能是完全理想的表面,總存在一定程度的微觀幾何形狀誤差和表面金屬層的冷作硬化、金相組織變化及殘余應(yīng)力等。這些問題雖然只產(chǎn)生在很薄的表面層中,但對機(jī)器的使用性能,特別是可靠性和壽命都有很大的影響。因此機(jī)械加工時不僅應(yīng)保證零件的尺寸、形狀和位置精度,還必須保證零件的表面質(zhì)量。加工表面質(zhì)量包括兩個方面的內(nèi)容,即表面幾何形狀和表面層的物理、機(jī)械性能。

1)表面幾何形狀

(1)表面粗糙度。如圖8-29所示,其波長與波高的關(guān)系L1/H1＜50,即表面的微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度是由于加工過程中的殘留面積,塑性變形,積屑瘤、鱗刺以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動等原因造成的。圖8-29表面粗糙度和波度

(2)波度。其波長與波高之比L2/H2＝50～1000,它是介于宏觀幾何形狀精度與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。主要是由于加工過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動造成的。2)表面層的物理、機(jī)械性能(1)表面層的冷作硬化;(2)表面層的殘余應(yīng)力;(3)表面層的金相組織變化。

2.機(jī)械加工表面質(zhì)量對零件使用性能的影響

1)表面質(zhì)量對耐磨性的影響

(1)表面粗糙度的影響。兩個零件表面相互接觸時,實際上只是兩個表面上的凸峰接觸,而且一個表面的凸峰可能伸入另一表面的凹谷中,形成犬牙交錯,當(dāng)零件受到正壓力時兩表面的實際接觸部分就產(chǎn)生很大的壓強(qiáng),兩表面產(chǎn)生相對運動時,實際接觸的凸峰處發(fā)生彈性變形、塑性變形及剪切,產(chǎn)生摩擦阻力,并引起表面磨損。

圖8-30初期磨損量與表面粗糙度的關(guān)系

(2)表面粗糙度的輪廓形狀與紋路方向。表面粗糙度的輪廓形狀與紋路方向,影響兩表面間的實際接觸面積和潤滑狀況。一般來說,運動方向與粗糙度方向垂直時,磨損較快,平行時磨損較慢。

(3)加工表面的冷作硬化。一定程度的冷作硬化,能減少摩擦表面接觸部分的彈性和塑性變形,使表面耐磨性有所提高。但硬化過度,甚至?xí)a(chǎn)生裂紋、剝落,使耐磨性反而下降。所以,加工硬化應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)。表面層金屬的殘余應(yīng)力和金相組織發(fā)生變化時,會影響表層金屬的硬度,因此也影響耐磨性。

2)零件表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響

(1)表面粗糙度的影響。在交變載荷的作用下,零件表面微觀不平的凹谷處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,當(dāng)應(yīng)力超過材料的疲勞極限時,就會產(chǎn)生裂紋,或使原有的裂紋擴(kuò)大,造成疲勞損壞。粗糙度值越大,愈容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,減小表面粗糙度有利于提高零件的疲勞強(qiáng)度。

(2)表面層的冷作硬化。表面層適當(dāng)?shù)睦渥饔不?可以阻止疲勞裂紋的產(chǎn)生和已有裂紋的擴(kuò)展,因而能提高疲勞強(qiáng)度。

(3)表面層的殘余應(yīng)力。當(dāng)加工表面層存在殘余壓應(yīng)力時,能部分抵消交變載荷引起的拉應(yīng)力,延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展,故可提高零件的疲勞強(qiáng)度。反之,當(dāng)加工表面為殘余拉應(yīng)力時,容易產(chǎn)生裂紋或使裂紋擴(kuò)展,使零件的抗疲勞性能下降。實驗表明,零件表面層的殘余應(yīng)力不同,其疲勞強(qiáng)度可能相差數(shù)倍甚至數(shù)十倍。

3)零件表面質(zhì)量對零件抗腐蝕性能的影響當(dāng)零件在有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中工作時,腐蝕性介質(zhì)容易吸附和積聚在粗糙表面的凹谷處,并通過微觀裂紋向零件內(nèi)滲透,表面越粗糙,凹谷越深、越尖銳,尤其是當(dāng)表面有裂紋時,越容易腐蝕。因此,減小加工表面的粗糙度,控制加工硬化及使表面層獲得殘余壓應(yīng)力,均可提高零件的抗腐蝕性。

4)零件表面質(zhì)量對零件配合性質(zhì)的影響對于間隙配合的表面,其表面粗糙度值越大,相對運動時磨損越大,這會使配合間隙迅速增大,從而改變了原有的配合性質(zhì),影響間隙配合的穩(wěn)定性。對于過盈配合,在將軸壓入孔時,配合表面的凸峰被擠平,使過盈配合量減小,表面越粗糙,過盈量減小越多,影響過盈配合的可靠性。因此,凡有配合要求的表面都必須對表面粗糙度提出相應(yīng)的要求。

5)其它影響加工表面質(zhì)量對零件使用性能還有其它方面的影響。例如對于油缸、滑閥,較大的表面粗糙度會影響其密封性;對于滑動件,粗糙度會影響零件運動的靈敏性,以及發(fā)熱、功率消耗等?？傊岣呒庸け砻尜|(zhì)量,對保證零件的使用性能,提高零件的壽命是很重要的。

8.2.2影響加工表面質(zhì)量的工藝因素

1.影響加工表面粗糙度的工藝因素機(jī)械加工中,影響表面粗糙度的工藝因素很多,主要有幾何因素、物理因素及機(jī)械加工中的振動。

1)切削加工幾何因素所產(chǎn)生的表面粗糙度主要決定于殘留面積的高度。圖8-31所示為表面粗糙度Rz與刀具幾何形狀及進(jìn)給量的幾何關(guān)系。

圖8-31影響表面粗糙度的幾何因素

若切削深度較大,刀尖圓弧半徑為零時

(8-32)若切深較小,中心角α很小,刀尖圓弧半徑為rε時

(8-33)式中:f為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)；κr、κr′分別為車刀的主偏角和副偏角;rε為刀尖圓弧半徑。圖8-32加工表面的實際輪廓與理想輪廓

圖8-33積屑瘤與鱗刺的產(chǎn)生

2)磨削加工磨削加工時表面粗糙度的形成也有幾何因素、塑性變形和振動等方面的影響。磨削加工是用分布在砂輪表面上的磨粒來進(jìn)行切削的。在磨削過程中,比較鋒利且又凸出的磨粒切削工件形成磨屑,較鈍的磨粒在工件上產(chǎn)生刻痕,而有的磨粒僅在工件表面產(chǎn)生滑擦,所以磨削是由刻痕、滑擦和切削三種作用的綜合結(jié)果。磨削一般速度較高,且磨粒大都是負(fù)前角切削,因此,單位切削力大,塑性變形大,切削溫度高,工件表面層的瞬時溫度常超過相變溫度。

根據(jù)磨削加工的特點分析,影響磨削表面的工藝因素有:

(1)砂輪的粒度。砂輪的顆粒越細(xì),則砂輪表面上單位面積上的磨粒數(shù)越多,磨削表面上的刻痕越細(xì)密均勻。刃口的等高性越好,加工后表面的粗糙度值也越小。對于粗顆粒砂輪,如果進(jìn)行精細(xì)修整,使磨粒得到等高性很好的微刃,同樣也可得到較小的表面粗糙度。

(2)砂輪的硬度。砂輪太軟,則磨粒易脫落,有利于保持砂輪的鋒利,但很難保證砂輪的等高性。砂輪如果太硬,磨損的磨粒不易脫落,這些磨損的砂粒會加劇與工件表面的擠壓和摩擦作用,造成工件表面溫度升高,塑性變形加大,并且還容易使工件產(chǎn)生表面燒傷。所以砂輪的硬度適中為好,主要根據(jù)工件材料和硬度選擇。

(3)砂輪的修整。砂輪修整的目的是使砂輪具有正確的幾何形狀及銳利的微刃。修整的導(dǎo)程和切深越小,修整后的砂輪越光滑,磨粒的等高性也越好,磨出工件表面粗糙度值也越小。

(4)砂輪材料。鋼類零件用剛玉砂輪磨削,可得到滿意的粗糙度;鑄鐵、硬質(zhì)合金等工件材料用碳化物砂輪磨削時表面粗糙度較小;用金剛玉砂輪磨削可得到極小的表面粗糙度,但加工成本高。

(5)磨削用量。提高砂輪的速度v砂輪,不僅可以提高生產(chǎn)率,而且還可增加單位面積上的劃痕,減小每個磨粒的切削負(fù)荷,減輕材料的塑性變形,可使粗糙度值明顯減小。工件速度v工件、背吃刀量ap及進(jìn)給量f的增加,都會使塑性變形增大,使表面粗糙度值增大,根據(jù)實驗可得出它們與表面粗糙度Ra的經(jīng)驗公式:(8-34)式中:C為與磨削條件有關(guān)的系數(shù)。

2.影響表面層物理、機(jī)械性能的工藝因素

1)加工表面的冷作硬化工件在機(jī)械加工時,表面金屬層在切削力和切削熱的作用下,產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形,使工件表面層的強(qiáng)度和硬度提高,塑性下降,這種現(xiàn)象稱為表面冷作硬化。表面層的冷作硬化主要以冷作硬化的深度h、表面層的顯微硬度H和硬化程度N表示,其中

(8-35)式中：H為表面層的顯微硬度(GPa)；H0為里層基體材料的顯微硬度(GPa)。影響冷作硬化的工藝因素有:

(1)刀具的影響。刀具的前角,刃口的鈍圓半徑大小和后刀面的磨損量對于冷硬層有很大的影響。前角減小,刃口及后刀面的磨損量增大時,冷硬層深度和程度也隨之增大。

(2)切削用量的影響。切削用量中切削速度和進(jìn)給量的影響最大。切削速度v增大時,會使溫度增高,有利于冷作硬化的恢復(fù)、另一方面由于切削速度增高,刀具與工件接觸時間短,變形不充分,因此,使硬化層的深度和程度都有所減小。增大時,切削力增大,因此,使硬化層的深度和程度增大。但進(jìn)給量f不能太小,否則會使刀具刃口在工件表面擠壓次數(shù)增多,使冷硬增大。

(3)被加工材料的影響。工件的材料硬度低,塑性好,切削時塑性變形大,因而冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重。

2)加工表面的殘余應(yīng)力機(jī)械加工中,加工表面層相對于基體材料發(fā)生形狀、體積或金相組織的變化,在表層金屬與基體體材料交界處將會產(chǎn)生相互平衡的彈性應(yīng)力。該應(yīng)力就是殘余應(yīng)力。零件表面若存在殘余壓應(yīng)力,可以提高工件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性;若存在殘余拉應(yīng)力,就會使疲勞強(qiáng)度和耐磨性降低。如果殘余應(yīng)力值超過了材料的疲勞強(qiáng)度極限值時,還會使工件表面層產(chǎn)生裂紋,加速工件的破損。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面:

(1)冷態(tài)塑性變形的影響。在切削加工中,表面層在切削力的作用下受到強(qiáng)烈的拉伸而產(chǎn)生塑性變形,且比容增加,此時里層處于彈性變形狀態(tài),當(dāng)切削力去除后,里層金屬要恢復(fù)收縮,受到已產(chǎn)生塑性變形層的限制,因而在表面層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力,里層則為拉應(yīng)力,切削加工中表面層受的切削力越大,產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力也愈大。

(2)熱塑性變形的影響。在加工中,工件表面受到切削熱的作用產(chǎn)生熱膨脹,由于表層溫度高,里層溫度低,加工完畢后又一起冷到室溫,這時表層要收縮受到里層基體的阻止,這樣由于溫度的變化使工件表面產(chǎn)生了拉應(yīng)力,里層產(chǎn)生與之相平衡的壓應(yīng)力。切削溫度越高,表層產(chǎn)生的拉應(yīng)力就越大。

(3)金相組織變化的影響。切削加工時,由于切削熱的作用,當(dāng)切削區(qū)的溫度超過相變溫度時會引起加工表面金相組織的變化,造成表面層金相組織的比容變化。當(dāng)表層體積膨脹時,在表層產(chǎn)生壓應(yīng)力,反之表面層體積縮小,則產(chǎn)生拉應(yīng)力。例如磨削淬火鋼時,若表面產(chǎn)生回火現(xiàn)象,表層原來的馬氏體組織回火后變成了索氏體或屈氏體,因體積縮小,使表層產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。實際加工中,表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是上述三種因素綜合作用的結(jié)果。一般切削加工表層大部分產(chǎn)生的為壓應(yīng)力。磨削加工,因磨削溫度高,表層大多數(shù)為拉應(yīng)力。

3)表面層金相組織的變化磨削加工時,由于磨削的速度高,產(chǎn)生的熱量多,使磨削表面的溫度超過材料的相變溫度,從而使加工表面的金相組織發(fā)生變化。加工表面層的硬度也發(fā)生變化。甚至出現(xiàn)微觀裂紋,這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。磨削燒傷可分為三種形式。

(1)淬火燒傷。磨削時,如果工件表面層溫度超過相變臨界點溫度(一般中碳鋼為720℃),則馬氏體轉(zhuǎn)化為奧氏體。若此時有充分的切削液冷卻,工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高,但很薄,只有幾個微米厚,其下為硬度較低的火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄,表面層總的硬度是降低的,這種現(xiàn)象被稱為淬火燒傷。

(2)回火燒傷。磨削時,如果工件表面層溫度未超過相變臨界溫度,但超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(一般中碳鋼為300℃),這時,馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體,這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。

(3)退火燒傷。在磨削時,如果工件表面層超過相變臨界溫度,馬氏體轉(zhuǎn)化為奧氏體,但此時無切削液,表層金屬在空氣中緩慢冷卻形成退火組織，硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。三種燒傷中,退火燒傷最嚴(yán)重。

8.2.3控制加工表面質(zhì)量的途徑

1.選擇合適的加工方法及加工用量

為了能達(dá)到零件所要求的表面質(zhì)量,選擇合適的最終加工方法及加工用量。例如鏡面磨削,其表面粗糙度可達(dá)Ra0.025～0.01μm,且能得到很高的尺寸精度、形狀精度及位置精度,生產(chǎn)效率高,但加工表面不能得到殘余壓應(yīng)力。而超精加工,其表面粗糙度也能達(dá)到Ra0.025～0.012μm,且加工表面有輕度冷硬,表面有殘余壓應(yīng)