《机械制造技术基础 第3版 教学课件 ppt 作者 韩秋实 王红军 主编 第十一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造技术基础 第3版 教学课件 ppt 作者 韩秋实 王红军 主编 第十一章（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章第十一章机械加工表面质量第十一章目录第一节 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响第二节 影响机械加工表面质量的因素第三节 提高机械加工表面质量的方法第四节 振动对表面质量的影响及其控制第十一章第一节表面质量的含义及其对零件使用性能的影响第十一章一一一一、表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面的几何特征表面的几何特征表面的几何特征表面的几何特征：? 表面粗糙度? 表面波度? 表面加工纹理和伤痕表面层力学物理性能表面层力学物理性能表面层力学物理性能表面层力学物理性能：? 表面层加工硬化? 表面层金相组织的变化? 表面层残余应力第十一章一一一一、表面质量的含义表面质量
2、的含义表面质量的含义表面质量的含义图11-1 加工表面层深度方向的变化情况第十一章一一一一、表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义图11-2 形状误差、表面粗糙度及波度的示意关系（一）加工表面的几何形状特征1.表面粗糙度第十一章1、表面粗糙度? 它是指加工表面的微观几何形状误差 ,波长与波高(L3/H3)的比值小于50 。? 我国表面粗糙度的现行标准为：GB/T131-2006。(推荐性国家标准)? 表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz或轮廓最大高度Ry的数值大小表示。? 推荐优先采用Ra。一一一一、表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面质量的
3、含义第十一章? 形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。它主要是由机械加工过程中工艺系统低频振动造成的，如图11-2所示，波长与波高(L2/H2)的比值一般为501000。? 表面波度有磨削表面波度标准（JB/T99241999），尚无国家标准 。2、表面波度一一一一、表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义第十一章? 它是指表面刀纹的方向。? 它取决于表面形成所采用的机械加工方法。? 一般说，运动副或密封件要求纹理方向。3、纹理方向一一一一、表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义第十一章1.表面层因塑性变形引起的加工硬化（冷作硬化）。2.表面层因力或热的作
4、用产生的残余应力。3.表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相组织变化 。一一一一、表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义表面质量的含义（二）加工表面的物理力学性能的变化第十一章1、表面粗糙度对零件耐磨性的影响? 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。? 表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。? 但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加。? 就零件的耐磨性而言，最佳表面粗糙度Ra的值在0.8m0.2m之间为宜 。（一）表面质量对零件耐磨性的影响二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影
5、响第十一章二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响图11-3 零件表面的磨损曲线图11-4 起始磨损量与表面粗糙度的关系第十一章? 轻载时，摩擦副表面纹理方向与相对运动方向一致时，磨损最小。? 重载时，由于压强、分子亲和力和储存润滑油等因素的变化，摩擦副的两个表面纹理相垂直、且运动方向平行与下表面的纹路方向时，磨损最小。而两个表面纹理方向均与运动方向一致时易发生咬合，故磨损量反而最大。二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响2、刀纹
6、方向对零件耐磨性的影响（一）表面质量对零件耐磨性的影响第十一章二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响图11-5 轻载刀纹方向对零件耐磨性的影响第十一章3、冷作硬化对零件耐磨性的影响? 表面层的加工硬化使零件的表面层硬度提高，从而表面层处的弹性和塑性变形减小，磨损减少，使零件的耐磨性提高。? 但硬化过度时，会使零件的表面层金属变脆，磨损会加剧，甚至出现剥落现象，所以零件的表面硬化层必须控制在一定范围内。二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用
7、性能的影响（一）表面质量对零件耐磨性的影响第十一章二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响图11-6 冷作硬化对零件耐磨性的影响第十一章（二）表面质量对零件耐疲劳性的影响1. 表面粗糙度对零件耐疲劳性的影响:? 零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。2. 残余应力对耐疲劳性的影响：? 当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层为残余拉应力时，容易使零件表面产生裂纹而降低其疲劳强度。3. 冷作硬化对耐疲劳性的
8、影响:? 表面层的加工硬化可以在零件表面形成一个冷硬层，因而能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，从而使零件疲劳强度提高。但零件表面层冷硬程度过大，反而易于产生裂纹，故零件的冷硬程度与硬化深度应控制在一定范围之内。二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响第十一章? 减小零件表面粗糙度值，可以提高零件的耐腐蚀性能。? 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。（三）表面质量对零件耐腐蚀性的影响二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影
9、响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响第十一章? 相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。? 在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度；? 在过盈配合中，如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间联接强度，影响了配合的可靠性。? 因此对有配合要求的表面，必须规定较小的表面粗糙度值。（四）表面质量对零件配合精度的影响二二二二、表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响第十一章（1 1 1 1
10、）表面形貌表面形貌表面形貌表面形貌它主要是用来描述加工后零件表面的几何特征，包括表面粗糙度、表面波度和纹理等。（2 2 2 2）表面缺陷表面缺陷表面缺陷表面缺陷它是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀现象等，对零件的使用有很大影响。（3 3 3 3）微观组织与表面层的冶金化学特性微观组织与表面层的冶金化学特性微观组织与表面层的冶金化学特性微观组织与表面层的冶金化学特性：微观裂纹。微观组织变化，包括晶粒大小和形状、析出物和再结晶等的变化。晶间腐蚀和化学成分的优先溶解。对于氢氧等元素的化学吸收作用所引起的脆性等。（4 4 4 4）表面层物理力学性能表面层物理力学性能表面层物理力学性能表面层物理力
11、学性能它主要包括表面层硬化深度和程度、表面层残余应力的大小、方向及分布情况等。（5 5 5 5）表层其他工程技术特性表层其他工程技术特性表层其他工程技术特性表层其他工程技术特性这种特性主要有摩擦特性、光的反射率、导电性和导磁性等。三三三三、表面完整性的概念表面完整性的概念表面完整性的概念表面完整性的概念第十一章第二节第二节第二节第二节表面粗糙度及其影响因素表面粗糙度及其影响因素表面粗糙度及其影响因素表面粗糙度及其影响因素第十一章1.几何因素一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素maxrrctgctgfR
12、+=式中f 进给量。Kr 主偏角。Kr副偏角考虑刀尖圆弧角：式中f 进给量。刀尖圆弧半径。rfHR82max=r第十一章一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素图11-7 影响表面粗糙度的几何因素（一）图11-8 影响表面粗糙度的几何因素（二）第十一章? 生产中，若使用的机床精度高和材料的切削加工性好，选用合理的刀具几何形状、切削用量和在刀具刃磨质量高、工艺系统刚性足够情况下，加工后表面实际粗糙度接近理论粗糙度。? 这样减小表面粗糙度数值、提高加工表面质量的措施，主要是减小残留面积的高度Ry。1.几何因素
13、一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素图11-9 加工后表面实际轮廓和理论轮廓第十一章? 多数情况下是在已加工表面的残留面积上叠加着一些不规则的金属生成物、粘附物或刻痕。? 形成它们的原因有积屑瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。? 积屑瘤的生成、长大和脱落将严重影响工件表面粗糙度。2物理因素一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素图11-10 积屑瘤对工件表面质量的影响第十一章2物理因素一一一一、切削
14、加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素?鳞刺的影响?在切削过程中，切屑与前刀面产生严重摩擦而出现了粘结现象，工件在堆积的粘结层挤压下，表面层金属塑性变形加剧，致使刀刃前方的加工表面上产生导裂，当切削力超过粘结力时，切屑流出并被切离，而导裂层残留在已加工表面上形成鳞片状毛刺，也称鳞刺。?鳞刺的出现，使已加工表面更为粗糙不平。第十一章? 振动的影响? 从物理因素看，要降低表面粗糙度主要应采取措施:减少加工时的塑性变形，避免产生积屑瘤和鳞刺。? 对此起主要作用的影响因素有切削速度、被加工材料的性质及刀具的几何形状、材料和刃
15、磨质量。1）切削速度的影响2物理因素一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素图11-11 加工弹塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响描述了加工塑性材料时不同的切削速度对表面粗糙度的影响，实线表示只受塑性变形影响的情况，虚线表示只受积屑瘤与鳞刺影响的情况。第十一章2）工件材料性质的影响? 一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度值较大，而脆性材料加工后易得到较小的表面粗糙度值。? 对于同样材料，其晶粒组织越粗大，加工表面粗糙度值越大。3）刀具几何形状、材料、刃磨质量的影响? 适当增大前角，刀具易于切入工件，
16、塑性变形小，有利于减小表面粗糙度值。? 前角太大，刀刃有切入工件的倾向，表面粗糙度值将会增加。? 负前角时，表面粗糙度值也会增加。? 当前角一定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利；同时，增大后角还能减小后刀面与已加工表面间的摩擦和挤压。2物理因素一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素第十一章2物理因素一一一一、切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素切削加工中影响表面粗糙度的因素3）刀具几何形状、材料、刃磨质量的影响? 主偏角Kr和副偏角Kr，
17、可减小加工表面粗糙度值。? 刀具材料中热硬性高的材料耐磨性好，易于保持刃口的锋利。? 摩擦系数小的材料有利于排屑。? 与被加工材料亲合力小的材料不易产生积屑瘤和鳞刺。? 刀具的刃磨质量对工件的表面粗糙度影响较大。4）冷却润滑的影响? 切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削区金属表面的塑性变形程度下降，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，因此可大大减小加工表面粗糙度值。第十一章二二二二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工时磨粒很钝，常具有很大的负前角，会使加工表面产生严重的塑性变形
18、，形成沟槽和隆起，增大了表面粗糙度图11-12 磨粒钝对加工表面的影响第十一章二二二二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素1磨削用量（1)砂轮速度vs砂轮?提高vs砂轮可以增加在工件单位面积上的刻痕，使工件表面塑性变形和沟槽两侧塑性隆起残留量小，磨削表面粗糙度值可以显著减小。（2）工件速度vw工件?在其他条件不变的情况下， vw工件提高，磨粒单位时间内在工件表面上的刻痕数减小，因而将增大磨削表面粗糙度值。（3）磨削深度ap?ap增加，磨削过程中磨削力及磨削温度都增加，磨削表面塑性变形程度增大，从而增大表面粗糙
19、度值。第十一章二二二二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素图11-13 磨削用量对表面粗糙度的影响第十一章二二二二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素2砂轮的特性（1）粒度?砂轮粒度愈细，则砂轮单位面积上磨粒数愈多，工件表面上刻痕密而细，则表面粗糙度值愈小。?粒度过细时，砂轮易堵塞，切削性能下降，表面粗糙度值反而会增大，同时还会引起磨削烧伤。（2）砂轮的硬度?砂轮的硬度是指磨粒受磨削力后从砂轮上脱落的难易程度。第十一章二二二
20、二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素2砂轮的特性（3）砂轮的修整? 砂轮的修整是用金刚石除去砂轮外层已钝化的磨粒，使磨粒切削刃锋利，降低磨削表面的表面粗糙度值。? 修整砂轮的纵向进给量越小，修出的砂轮上的切削微刃越多，等高性越好，从而获得较小的表面粗糙度值。? 砂轮修整得越好，磨出工件的表面粗糙度值越小。第十一章二二二二、磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素3冷却采用切削液带走磨削区热量可以避免烧伤。图11-14 一般冷却方
21、法图11-15 一般冷却方法1-液流导管2-可调气流挡板3-空腔区4-喷嘴罩5-磨削区6-排液区7-液嘴第十一章1.表面层的加工硬化三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素? 机械加工中，工件表面层金属受切削力的作用，产生塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生滑移剪切，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，引起表面层的强度和硬度增加，塑性降低，物理性能（如密度、导电性、导热性等）也有所变化，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化或强化。? 机械加工时产生的切削热提高了工件表层金属的温度，当温度高到一定程度时，已强化
22、的金属会产生回复现象，使金属失去加工硬化中所得到的物理力学性能，这种现象称为软化。第十一章? 表面层的显微硬度 HV0；? 硬化层深度 h；? 硬化程度 N；加工硬化的评定指标有三项：%100HVHVHVN00 = = = =1.表面层的加工硬化三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素图11-16 切削加工后表面层的冷硬第十一章影响加工硬化的因素? 切削力愈大，塑性变形愈大，硬化程度愈大，硬化层深度也愈大。1. 刀具? 刀具的刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化程度也越大。2. 切削用量? 当
23、进给量f、背吃刀量ap增加，都会起增大切削力的作用，使加工硬化严重。3. 工件材料? 工件材料的硬度越低，塑性越大时，冷作硬化程度也越严重。三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素第十一章三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素图11-17 刀具的刃口圆角对冷作硬化的影响图11-18 切削速度与进给量对冷作硬化的影响第十一章? 在磨削加工时，磨粒的切削、刻划和滑擦作用，以及大多数磨粒的负前角切削和
24、很高的磨削速度，会使得加工表面层有很高的温度，当温升达到相变临界点时，表层金属就会发生金相组织变化，从而使表面层强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹。? 这种现象被称为磨削烧伤磨削烧伤磨削烧伤磨削烧伤。2.表面层的金相变化与磨削烧伤三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素第十一章（1）烧伤的形式? 退火烧伤退火烧伤退火烧伤退火烧伤在磨削时，如果工件表面层温度超过相变临界温度Ac3，则马氏体转变为奥氏体，如果此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。硬度和强度均大幅度下降。这
25、种现象称为退火烧伤。工件干磨时易发生这种烧伤。? 回火烧伤回火烧伤回火烧伤回火烧伤磨削时，工件表面温度未达到相变温度（一般中碳钢为7200C），但超过马氏体的转变温度（一般中碳钢为3000C），这时马氏体组织将转变为硬度较低的回火屈氏体或索氏体，此现象称为回火烧伤。? 淬火烧伤淬火烧伤淬火烧伤淬火烧伤磨削时，如果工件表面层温度超过相变临界温度时，则马氏体转变为奥氏体。若此时有充分的冷却液，工件最外层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，只有几个微米厚；其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极强，表面层总的硬度是降低的，这种现象被称为淬火烧伤。2.表面层的
26、金相变化与磨削烧伤三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素第十一章（2）影响磨削烧伤的因素? 磨削用量? 工件材料? 砂轮特性? 冷却三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素2.表面层的金相变化与磨削烧伤第十一章? 机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处就会产生互相平衡的弹性应力。这种应力即为表面层的残余应力残余应力残余应力残余应力。? 表面残余应力的产生，有以下三种原
27、因：（1）冷态塑性变形（2）热态塑性变形（3）局部金相组织变化三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素3.加工表面层的残余应力第十一章冷态塑性变形? 在切削力的作用下，已加工表面受到强烈的塑性变形，表面层金属体积发生变化，此时里层金属受到切削力的影响，处于弹性变形的状态下。切削力去除后，里层金属趋向复原，但受到已产生塑性变形的表面层的限制，回复不到原状，因而在表面层产生残余应力。? 一般说来，表面层在切削时受刀具后刀面的挤压和摩擦影响较大，其作用使表面层产生伸长塑性变形，表面积趋向增大，但受到里
28、层的限制，产生了残余压应力，里层则产生残余拉应力与其相平衡。三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素3.加工表面层的残余应力第十一章热态塑性变形? 表面层在切削热的作用下产生热膨胀，此时基体温度较低，因此表面层热膨胀受基体的限制产生热压缩应力。? 当表面层的温度超过材料的弹性变形范围时，就会产生热塑性变形（在压应力作用下材料相对缩短）。? 当切削过程结束，温度下降至与基体温度一致时，因为表面层已产生热塑性变形，但受到基体的限制产生了残余拉应力，里层则产生了压应力。三三三三、影响表面层物理影响表面
29、层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素3.加工表面层的残余应力第十一章三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素图11-20 热塑变形产生的残余应力第十一章局部金相组织变化? 切削或磨削过程中，若工件被加工表面温度高于材料的相变温度，则会引起表面层的金相组织变化。? 不同的金相组织有不同的密度，如马氏体密度M7.75/cm3，奥氏体密度A7.96/cm3，珠光体密度P7.78/cm3，铁素体密度F7.88/cm3。? 当金相组织
30、变化时，由于密度不同，体积会发生变化。? 如果表层金属膨胀则残余应力为压应力(-)，反之，如果表层金属体积缩小则产生残余拉应力(+)。三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素3.加工表面层的残余应力第十一章? 在切削加工中，如果切削热不高，表面层中没有产生热塑性变形，而是以冷塑性变形为主，此时表面层中将产生残余压应力。? 切削热较高以致在表面层中产生热塑性变形时，由热塑性变形产生的拉应力将与冷塑性变形产生的压应力相互抵消掉一部分。? 当冷塑性变形占主导地位时，表面层产生残余压应力；? 当热塑性变
31、形占主导地位时，表面层产生残余拉应力。? 磨削时一般因磨削热较高，常以相变和热塑性变形产生的拉应力为主，所以表面层常带有残余拉应力。局部金相组织变化三三三三、影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理影响表面层物理、力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素力学性能变化的因素3.加工表面层的残余应力第十一章第三节第三节第三节第三节提高机械加工表面质量的方法提高机械加工表面质量的方法提高机械加工表面质量的方法提高机械加工表面质量的方法第十一章? 研磨? 利用研具和工件的相对运动，在研磨剂的作用下对工件进行光整加工和精密加工，研磨可以达到很高的尺寸精度(0.10.3m) 和很低的表面粗
32、糙度(Ra为0.040.01m)。一一一一、采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值图11-21 研磨内圆及其研具第十一章一一一一、采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值图11-22 研磨原理第十一章超精研? 超精加工，也称超精研，是采用细粒度的磨条在一定的压力和磨削速率下作往复运动，对工件表面进行光整加工。? 超精加工时，表面粗糙度Ra可达0.04m以下。一一一一、采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低
33、表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值图11-23 超精加工第十一章珩磨? 珩磨能获得IT4IT6级的尺寸精度，圆度和圆柱度误差小于0.0030.005m? 表面粗糙度Ra可达0.40.02m。一一一一、采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值采用光整加工方法降低表面粗糙度值图11-24 珩磨第十一章? 表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面层产生残余压应力。? 这种方法的工艺简单、成本低廉，在生产中应用十分广泛。? 用得最多的是滚压加
34、工和喷丸强化，也有采用液体磨料强化等加工方法。1. 滚压加工2. 喷丸强化3. 液体磨料强化二二二二、表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能第十一章二二二二、表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能图11-27 液体磨料强化工艺图11-25 液压加工原理图图11-26 外圆滚压工具第十一章二二二二、表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能表面强化工艺改善物理力学性能第十一章第四节第四节第四节第四节振动对表面
35、质量的影响及其控制振动对表面质量的影响及其控制振动对表面质量的影响及其控制振动对表面质量的影响及其控制第十一章一一一一、振动对表面质量的影响振动对表面质量的影响振动对表面质量的影响振动对表面质量的影响（1）影响加工的表面粗糙度振动频率低时会产生波度，频率高时会产生微观不平度。（2）影响生产率加工中产生振动，限制了切削用量的进一步提高，严重时甚至使切削不能继续进行。（3）影响刀具寿命切削过程中的振动可能使刀尖刀刃崩碎，特别是韧性差的刀具材料，如硬质合金，陶瓷等，要注意消振问题。（4）对机床、夹具等不利振动使机床、夹具等的零件连接部分松动，间隙增大，刚度和精度降低，同时使用寿命缩短。?机械加工中产
36、生的振动，根据其产生的原因，大体可分为自由振动、强迫振动和自激振动三大类。第十一章一一一一、振动对表面质量的影响振动对表面质量的影响振动对表面质量的影响振动对表面质量的影响图11-28 切削加工中振动的类型第十一章二二二二、自由振动自由振动自由振动自由振动?自由振动是当系统所受的外界干扰力去除后系统本身的衰减振动。?振动的频率就是系统的固有频率。?由于工艺系统的阻尼作用，这类振动会很快衰减。第十一章三三三三、强迫振动强迫振动强迫振动强迫振动?强迫振动是由外界周期性的干扰力所支持的不衰减振动。1.切削加工中产生强迫振动的原因机床方面：?机床中某些零件的制造精度不高，会使机床产生不均匀运动而引起振
37、动。?主轴与轴承之间的间隙过大、主轴轴颈的椭圆度、轴承制造精度不够，都会引起主轴箱以及整个机床的振动。?带接头太粗而使皮带传动的转速不均匀，也会产生振动。?至于某些零件的缺陷，使机床产生振动则更是明显。第十一章三三三三、强迫振动强迫振动强迫振动强迫振动刀具方面：?多刃、多齿刀具切削时，由于刃口高度的误差，容易产生振动，如铣刀等。?断续切削的刀具，如铣刀、拉刀和滚刀，切削时也很容易引起振动。工件方面：?被切削的工件表面上有断续表面或表面余量不均、硬度不一等，都会在加工中产生振动。第十一章2.强迫振动的特点1）强迫振动的稳态过程是谐振动，只要干扰力存在，振动不会被阻尼衰减掉，去除了干扰力，振动停止
38、。2）强迫振动的频率等于干扰力的频率。3）阻尼愈小，振幅愈大，谐波响应轨迹的范围大。增加阻尼，能有效地减小振幅。4）在共振区，较小的频率变化会引起较大的振幅和相位角的变化。三三三三、强迫振动强迫振动强迫振动强迫振动第十一章3. 消除强迫振动的途径（1）消振与隔振（2）消除回转零件的不平衡（3）提高传动件的制造精度（4）提高系统刚度，增加阻尼三三三三、强迫振动强迫振动强迫振动强迫振动第十一章? 机械加工过程中，由振动过程本身引起某种切削力的周期性变化，又由这个周期性变化的切削力反过来加强和维持振动，使振动系统补充了由阻尼作用消耗的能量，这种类型的振动被称为自激振动。? 切削过程中产生的自激振动是
39、频率较高的强烈振动，通常又称为颤振，常常是影响加工表面质量和限制机床生产率提高的主要障碍。磨削过程中，砂轮磨钝以后产生的振动也往往是自激振动。四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动第十一章1.自激振动的原理四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动图11-29 机床自激振动系统?金属切削过程中自激振动的原理如图1136所示。?它具有二个基本部分：切削过程产生交变力（F），激励工艺系统，工艺系统产生振动位移（Y），再反馈给切削过程，维持振动的能量来源于机床的能源。第十一章? 自激振动是一种不衰减的振动。? 自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率，也就是说，由振动系统本身的参数所决定，这是与
40、强迫振动的显著差别。? 自激振动能否产生以及振幅的大小，决定于每一振动周期内系统所获得的能量与所消耗的能量的对比情况。? 自激振动的形成和持续，是由于过程本身产生的激振和反馈作用，所以若停止切削（或磨削）过程，即使机床仍继续空运转，自激振动也就停止了。四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动2.自激振动的特点第十一章四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动图11-30 自激振动系统的能量关系第十一章（1）合理选择与切削过程有关的参数1）合理选择切削用量? 可以选择高速或低速切削以避免自激振动。? 在加工粗糙度要求的许可条件下选取较大的进给量以避免自激振动。? 切削深度ap愈大，切削力愈大，
41、愈易产生振动。2）合理选择刀具的几何参数? 适当地增大前角ro、主偏角Kr，能减小切削力而减小振动。? 通常在刀具的主后刀面下磨出一段o角为负的窄棱面。四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动3.消除自激振动的途径第十一章（2）提高工艺系统本身的抗振性1）提高机床的抗振性图2）提高刀具的抗振性3）提高工件安装时的刚性四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动3.消除自激振动的途径第十一章四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动图11-31 薄壁封砂床身图11-32 钢硬质合金的组合刀杆第十一章（3）使用消振器装置四四四四、自激振动自激振动自激振动自激振动3.消除自激振动的途径图11-33 车床上使用冲击消振器图11-34 镗孔用的冲击消振器第十一章思考题思考题思考题思考题? 机械加工表面质量包括哪些具体内容？? 为什么机器零件往往从表层开始破坏？? 为什么在切削加工中一般会有冷作硬化现象？? 为什么磨削加工容易产生烧伤？? 机械加工中，为什么零件表层金属会产生残余应力？
