【正文】 削扁鏜桿實(shí)驗(yàn) 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 圖 10 削扁鏜桿鏜孔 削扁鏜桿實(shí)驗(yàn) 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 取鏜桿 b= ，vc=40m/min， f=， ap =3mm，鏜桿懸伸長(zhǎng)度為550mm。精加工前常有滲碳、滲氮及淬火工序。（ 削扁鏜桿試驗(yàn) ） 提高工藝系統(tǒng) 抗振性 合理選擇 切削用量 合理選擇 刀具參數(shù) 采用變速切削 采用減振裝置 合理調(diào)整主振模態(tài)剛度比及其組合 ?前角、主偏角 ↑→自振 ↓ ?后角 ↓→自振 ↓；但太小時(shí) →自振 ↑ 抑制再生顫振方法，用于工藝 系統(tǒng)剛性較好的場(chǎng)合。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 重迭系數(shù)： 前一次切削工件表面形成的波紋面寬度在相繼的后一次切削的有效寬度中所占的比例，用 μ 表示。刀架系統(tǒng)因此產(chǎn)生了一次自由振動(dòng)，并在被加工表面留下相應(yīng)的振紋。 自由振動(dòng)受阻尼作用將迅速衰 減，而自激振動(dòng)不會(huì)因阻尼 存在而衰減。由強(qiáng)迫振動(dòng)的特征可知， 強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是與干擾力的頻率相等或是它的倍數(shù) ，我們可以根據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)的這個(gè)規(guī)律去查找強(qiáng)迫振動(dòng)的振源。 3）強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。 (占 65%) 45 機(jī)械加工中振動(dòng)的基本概念 二、機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn) 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 按工藝系統(tǒng)的自由度數(shù)量分： ? 單自由度系統(tǒng)振動(dòng)：用一個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)就可以確定的振動(dòng)； ? 多自由度系統(tǒng)振動(dòng)：用多個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)才能確定的振動(dòng)； 45 機(jī)械加工中振動(dòng)的基本概念 二、機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn) 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 強(qiáng)迫振動(dòng)的振源有來(lái)自機(jī)床內(nèi)部的 機(jī)內(nèi)振源 和來(lái)自機(jī)床外部的 機(jī)外振源 兩大類。內(nèi)在的裂紋可以用磁力探傷、超聲波探傷或發(fā)聲裝置等來(lái)檢查。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 4. 殘余應(yīng)力的測(cè)定 （ 2）光譜法 在試件上放一張銀箔并照下 X 光譜圖，得到一系列虛線的干涉圈，并將它作為比較干涉線位移、亮度、粗細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)顯微硬度法 由于磨削燒傷時(shí)表層的顯微硬度有變化，故可從顯微硬度來(lái)測(cè)定燒傷的程度和深度。 2） X光法 將一束 X光線照射在金屬上 , 射線將在晶胞中反射出來(lái)，在光譜上得出許多成虛線的干涉圈。壓光后的零件表面粗糙度可達(dá) ~，耐磨性比磨削后的提高 ~3倍，但比研磨后的低 20~40%，而生產(chǎn)率卻比研磨高得多。 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 1. 噴丸 噴丸強(qiáng)化 是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為 ~4mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 二、光整加工工藝 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 二、光整加工工藝 超精加工： 用細(xì)粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤(rùn)滑條件下，以快而短促的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行振動(dòng)研磨的一種微量磨削加工方法。解決的 原則 ： 一是減少磨削熱的發(fā)生，二是加速磨削熱的傳出。 磨削裂紋常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為 淬火燒傷 。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 一、加工表面的冷作硬化 影響冷作硬化的主要因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ⑴刀具幾何形狀的影響 切削刃 rε↑、前角 ↓、后面磨損量 VB↑ →表層金屬的塑變加劇 →冷硬 ↑ ⑵切削用量的影響 切削速度 v↑→溫度升高，冷硬恢復(fù)； 刀具、工件接觸時(shí)間短，塑變 ↓→冷硬 ↓ f↑→切削力 ↑→塑變 ↑→冷硬 ↑ f 較小 → 刀具刃口圓角在加工表面單位長(zhǎng)度 上的擠壓次數(shù)增多 ↑→ 冷硬 ↑ ⑶工件材料性能的影響 材料塑性 ↑→冷硬 ↑ 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 一、加工表面的冷作硬化 影響冷作硬化的主要因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 二、機(jī)械加工后表面層金相組織的變化 —— 熱變質(zhì)層 1. 表面層金相組織變化與磨削燒傷的產(chǎn)生 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 淬火燒傷 回火燒傷 退火燒傷 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 二、機(jī)械加工后表面層金相組織的變化 —— 熱變質(zhì)層 2. 磨削燒傷的三種形式 磨削時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度超過(guò)相變臨界溫度 Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 為提高磨削效率，通常在開始磨削時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 二、磨削加工后的表面粗糙度 磨削加工后表面粗糙度 磨粒在工件上的刻痕 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 (1)砂輪的磨粒 42 機(jī)械加工表面的粗糙度及其影響因素 二、磨削加工后的表面粗糙度 磨粒 在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等高性越好。 加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。 表面層的殘余應(yīng)力會(huì)使零件在使用過(guò)程中繼續(xù)變形，失去原來(lái)的精度，降低機(jī)器的工作質(zhì)量。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位、劃痕和裂紋等容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 表面層的物理機(jī)械性能 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 表面質(zhì)量對(duì)耐磨性的影響 零件耐磨性的影響因素： 摩擦副的材料；潤(rùn)滑條件；表面質(zhì)量 (接觸面積 )。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 吸附層 8nm 基體材料 纖維層 壓縮區(qū) 幾十~幾百微米 熱影響區(qū) 顯微硬度 殘余應(yīng)力 加工表面層沿深度變化示意圖 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 零件表面質(zhì)量 表面粗糙度 表面波度 表面物理力學(xué)性能的變化 表面微觀幾何形狀特征 表面層冷作硬化 表面層殘余應(yīng)力 表面層金相組織的變化 表面質(zhì)量的內(nèi)容 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 41 加工表面質(zhì)量的基本概念 一、概述 表面粗糙度： 是指表面 微觀 幾何形狀誤差，其波長(zhǎng)與波高的比值在 L1/H1＜ 40的范圍內(nèi)，波距 1mm。機(jī)械加工表面質(zhì)量是以機(jī)械零件的 加工表面 和 表面層 作為分析和研究對(duì)象的。一般情況下表面硬化層的深度可達(dá) — 。 這是因?yàn)檫^(guò)分的冷作硬化，將引起金屬組織過(guò)度“疏松”，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中可能會(huì)產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。 （ 2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面 殘余壓應(yīng)力 使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入， 可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性 ，而表面 殘余拉應(yīng)力則降低零件耐腐蝕性 。 切削加工表面粗糙度的形成 (2)物理力學(xué)因素 鱗刺的形成：抹試階段、導(dǎo)裂階段、層積階段、刮成階段 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ① 工件材料的影響 ? 韌性材料： 工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。 ③進(jìn)給量的影響 減小 進(jìn)給量 f固然可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小，表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。 ? 工件速度 對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 一、加工表面的冷作硬化 冷作硬化的概念 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 衡量表面層 加工硬化程度 的指標(biāo)有下列三項(xiàng)： 1）表面層的顯微硬度 H； 2）硬化層深度 h； 3）硬化程度 N N=(HH0)/H0 100％ 式中 H0—— 工件原表面層的顯微硬度。 磨削時(shí)工件表面溫度超過(guò)相變臨界溫度 Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。表面層體積膨脹 時(shí)因受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力；反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。切削加工時(shí)起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。光整加工工藝所使用的工具都是浮動(dòng)連接，由加工面自身導(dǎo)向，而相對(duì)于工件的定位基準(zhǔn)沒有確定的位置，所使用的機(jī)床也不需要具有非常精確的成形運(yùn)動(dòng)。研磨可提高工件的形狀精度及尺寸精度，但不能提高表面位置精度，研磨后工件的尺寸精度可達(dá) ，表面粗糙度可達(dá) ~ 。滾壓加工可使表面粗糙度 Ra值從 ~5μm減小到 ~，表面層硬度一般可提高 20%～ 40%，表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高 30%～ 50%。 液體和磨料在 400~800Pa壓力下，經(jīng)過(guò)噴嘴高速噴出，射向工件表面，借磨粒的沖擊作用，碾壓加工表面，工件表面產(chǎn)生塑性變形，變形層僅為幾十微米。 c、 當(dāng)硬化層很薄時(shí)，可在斜切面上測(cè)量顯微硬度。從裂紋出現(xiàn)的時(shí)間，可定性的估計(jì)殘余應(yīng)力的大小。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 4. 殘余應(yīng)力的測(cè)定 （ 3）機(jī)械法 這種方法的原理是根據(jù)變形量來(lái)計(jì)算殘余應(yīng)力的大小，只能測(cè)量第一類殘余應(yīng)力，是實(shí)驗(yàn)室常用的定量測(cè)試方法。強(qiáng)迫 振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程是諧振動(dòng)，只要有激 振力存在振動(dòng)系統(tǒng)就不會(huì)被阻尼衰減 掉。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，衰減振動(dòng)會(huì)很快衰減掉了，而強(qiáng)迫振動(dòng)則持續(xù)下去，形成振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程。 振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)剛度 46 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)與抑制 二、強(qiáng)迫振動(dòng)的數(shù)學(xué)描述及特定 當(dāng)系統(tǒng)在周期性動(dòng)載荷作用下，交變力的幅值與振幅（動(dòng)態(tài)位移）之比稱為系統(tǒng)的動(dòng)剛度。 47 機(jī)械加工中的自激振動(dòng)與抑制 一、自激振動(dòng)的產(chǎn)生及其特征 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 自激振動(dòng)： 機(jī)械加工過(guò)程中，在沒有周期性外力作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為 自激振動(dòng) ；在金屬切削過(guò)程中的自激振動(dòng)一般稱為 切削顫振 ，簡(jiǎn)稱 顫振 。 （ 3）當(dāng) W振出 W振入 時(shí)，刀架振動(dòng)系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動(dòng)產(chǎn)生。 ? 圖 b): y與 y0同相位角， Φ=0,正功