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1、机械制造工艺与机床夹具 多媒体教学课件 杨若玲 烟台工程职业技术学院机械工程系 机械制造工艺与夹具 第三章机械加工的表面质量 第一节概述 机械加工表面质量是指零件加工后的表面层状态 它是叛定零件质量的主要依据之一 零件的破坏大多是从表面开始的 零件表面质量 一 机械加工表面质量的含义 内容 表面粗糙度 几何形状误差比较 1 轮廓算术平均偏差Ra 表面粗糙度的评定参数 轮廓算术平均偏差Ra示意图 近似表示为 在取样长度内 被测轮廓上各点至轮廓中线距离的绝对值的算术平均值 2 轮廓的最大高度Rz 在取样长度内 轮廓峰顶线与轮廓谷低线之间的距离 2 表面粗糙度对零件质量的影响 零件质量 粗糙度太大
2、太小都不耐磨 对疲劳强度的影响 对耐磨性影响 对耐腐蚀性能的影响 对配合性能的影响 粗糙度越大 疲劳强度越差 粗糙度越大 对间隙配合 会使配合间隙增大 对过盈配合 会使过盈量减少 粗糙度越大 耐腐蚀性越差 1 表面粗糙度对零件耐磨性的影响表面粗糙度太大和太小都不耐磨 表面粗糙度太大 接触表面的实际压强增大 粗糙不平的凸峰相互咬合 挤裂 切断 故磨损加剧 表面粗糙度太小 也会导致磨损加剧 因为表面太光滑 存不住润滑油 接触面间不易形成油膜 容易发生分子粘结而加剧磨损 最佳的Ra 0 8 0 2 m 二 表面质量对零件使用性能的影响 2 表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化 一般
3、能提高零件的耐磨性 因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高 塑性降低 减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形 并非冷作硬化程度越高 耐磨性就越高 这是因为过分的冷作硬化 将引起金属组织过度 疏松 在相对运动中可能会产生金属剥落 在接触面间形成小颗粒 使零件加速磨损 1 表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度越大 抗疲劳破坏的能力越差 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大 在交变载荷作用下 表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中 产生疲劳裂纹 表面粗糙度值越小 表面缺陷越少 工件耐疲劳性越好 反之 加工表面越粗糙 表面的纹痕越深 纹底半径越小 其抗疲劳破坏的能力越差 2 表面层冷作硬化与残余应
4、力对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度 残余应力有拉应力和压应力之分 残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力 延缓疲劳裂纹的扩展 从而提高零件的疲劳强度 1 表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响零件表面越粗糙 越容易积聚腐蚀性物质 凹谷越深 渗透与腐蚀作用越强烈 因此减小零件表面粗糙度 可以提高零件的耐腐蚀性能 2 表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响零件表面残余压应力使零件表面紧密 腐蚀性物质不易进入 可增强零件的耐腐蚀性 而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性 3 表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 4 表面质量对
5、配合性能及其它性能的影响 1 表面粗糙度对零件配合精度的影响表面粗糙度较大 则降低了配合精度 2 表面残余应力对零件工作精度的影响表面层有较大的残余应力 就会影响它们精度的稳定性 3 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响如减小表面粗糙度可提高零件的接触刚度 密封性和测量精度 对滑动零件 可降低其摩擦系数 从而减少发热和功率损失 表面质量对零件使用性能的影响 零件表面质量 粗糙度太大 太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性 对疲劳强度的影响 对耐磨性影响 对耐腐蚀性能的影响 对配合性能的影响 粗糙度越大 疲劳强度越差 适度冷硬 残余压应力能提高疲劳强度 粗糙度越大 配合精度降低 残余应力越大 配
6、合精度降低 粗糙度越大 耐腐蚀性越差 压应力提高耐腐蚀性 拉应力反之则降低耐腐蚀性 第二节影响机械加工表面粗糙度的因素 机械加工中 表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面 一 切削加工表面粗糙度 1 几何因素 刀尖圆弧半径r0主偏角kr 副偏角kr 进给量f 进给量的影响 减小进给量f固然可以减小表面粗糙度值 但进给量过小 表面粗糙度会有增大的趋势 切削层残留面积中H的计算 2 物理力学因素 1 切削力和磨擦力的影响 韧性材料 工件材料韧性愈好 受刀具的挤压和磨擦越大 金属塑性变形愈大 加工表面愈粗糙 故对中碳钢和低碳钢材料的工件 为改善切削性能 减小表面粗糙度 常在粗
7、加工或精加工前安排正火或调质处理 脆性材料 加工脆性材料时 其切削呈碎粒状 由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点 使表面粗糙 2 切削速度的影响 加工塑性材料时 切削速度对表面粗糙度的影响 对积屑瘤和鳞刺的影响 见如图所示 此外 切削速度越高 塑性变形越不充分 表面粗糙度值越小选择低速宽刀精切和高速精切 可以得到较小的表面粗糙度 积屑瘤的影响 切削塑性材料时 在一定的温度和压力下 与刀具前面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力 使这层金属的流动速度低于切屑上层的流动速度 形成一层很薄的 滞留层 当刀具前面对 滞留层 的摩擦阻力超过切屑本身分子间的结合力时 滞留层 的部分金属就会粘附在切削刃附近
8、形成楔形的积屑瘤 1 积屑瘤的形成 不利 积屑瘤不稳定 易引起振动 使Ra增大 会引起ap的变化 使加工精度降低 所以 精加工时应尽量避免 2 积屑瘤对切削过程的影响 所以 粗加工时可以利用 4 积屑瘤的抑制 利用切削液 控制切削速度 加大刀具前度 0 提高刀具前面的光滑程度 对工件进行正火 调质处理 以降低塑性 3 影响积屑瘤的形成因素 工件材料 塑性材料 切削速度 中等 5 60m min 温度约300 刀具角度 0偏小 冷却条件 不加切削液 鳞刺的影响 在切削过程中 由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作用 使切屑在前刀面上产生周期停留 从而挤压刚加工过的表面 严重时使表面出现撕裂现象 在已加
9、工表面上形成鳞刺 使表面粗糙不平 避免产生积屑瘤和鳞刺的措施 1 合理选择切削速度 2 改善材料的切削性能 3 正确选择切削液 二 影响磨削加工表面粗糙度的因素 1 磨削加工的特点 工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的 工件单位面积上通过的砂粒数越多 则刻痕越多 刻痕的等高性越好 表面粗糙度值越小 砂轮上的磨粒 磨削速度高 切削温度可达800 1000 参与切削的磨粒多 单位时间内切除金属的量大 切削力大 2 影响磨削加工表面粗糙度的因素 砂轮转速越高 单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多 表面粗糙度值就越小 工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反 工件的转速
10、增大 通过加工表面的磨粒数减少 因此表面粗糙度值增大 磨削深度和光磨的次数 1 磨削用量 2 砂轮的影响 砂轮粒度与硬度 磨粒太细 砂轮易被磨屑堵塞 使表面粗糙度值增大 若导热情况不好 还会烧伤工件表面 砂轮太硬 使表面粗糙度增大 砂轮选得太软 使表面粗糙度值增大 砂轮修整 砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外 更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃 因此 砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大 3 砂轮和工件材料 影响磨削加工表面粗糙度的因素 影响磨削加工表面粗糙度的因素 砂轮粒度 工件材料性质 砂轮修正 磨削用量 砂轮硬度 第三节影响表面物理力学性能的工艺因素 影响表面层物
11、理力学性能的主要因素 表面物理力学性能 1 表面层的冷作硬化 1 表面层加工硬化的产生 定义 机械加工时 工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形 使晶格扭曲 晶粒间产生剪切滑移 晶粒被拉长 纤维化甚至碎化 从而使表面层的强度和硬度增加 这种现象称为加工硬化 又称冷作硬化和强化 2 影响冷作硬化的因素 刀具几何形状的影响 切削用量的影响 工件材料性能的影响 提高表面层物理力学性能的加工方法 1 滚压加工滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠 在常温状态下对金属表面进行挤压 使受压点产生弹性和塑性变形 表层的凸起部分向下压 凹下部分向上挤 逐渐将前工序留下的波峰压平 降低了表面粗
12、糙度 同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力 因此提高了零件的承载能力和疲劳强度 滚压加工可以加工外圆 孔 平面及成型表面 通常在普通车床 转塔车床或自动车床上进行 2 喷丸强化喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面 使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力 珠丸可以是铸铁的 也可以是切成小段的钢丝 使用一段时间后 自然变成球状 对于铝质工件 为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀 宜采用铝丸或玻璃丸 珠丸的直径一般为0 2 4mm 对于尺寸较小 表面粗糙度值较小的工件 采用直径较小的珠丸 喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件 如板弹簧 螺旋弹簧 连杆 齿轮 焊缝等 经喷丸加工后的表面 硬化层深度可达0 7mm 零件表面粗糙度值可由Ra5 2 5 m减小到Ra0 63 0 32 m 可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命
