【正文】 學(xué)完本章后，通過(guò)做思考題、習(xí)題應(yīng)著重理解和掌握表面質(zhì)量的一些基本概念，重點(diǎn)掌握冷作硬化、金相組織的變化和殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理和磨削燒傷、磨削裂紋產(chǎn)生的機(jī)理。振動(dòng)頻率與干擾作用頻率相同，并隨干擾作用的頻率改變而改變，隨干擾作用的去除而消失的為強(qiáng)迫振動(dòng)。因此，系統(tǒng)中振幅將穩(wěn)定在 A0。阻尼及運(yùn)動(dòng)摩擦所損耗的能量由本身的電池供應(yīng)。切削過(guò)程中產(chǎn)生的自激震動(dòng)是頻率較高的不衰減振動(dòng)，通常又稱顫振，約占振動(dòng)的 65%，它往往是影響加工表面質(zhì)量和限制機(jī)床生產(chǎn)率提高的主要障礙，故應(yīng)對(duì)其十分重視。8． 5． 2． 3 強(qiáng)迫振動(dòng)的特性8．5 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題 1 幅頻特性曲線和相頻特性曲線依據(jù)式（ ）和（ ）并以阻尼比為參數(shù)畫成曲線圖，從圖可以看出當(dāng)時(shí)，這時(shí)激振力的頻率極低，近似于靜載荷，振幅接近于靜位移，這種現(xiàn)象發(fā)生在區(qū)域內(nèi)，稱此范圍為準(zhǔn)靜態(tài)范圍。 由質(zhì)量塊受力分析得 : 8． 5． 2． 2 強(qiáng)迫振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程8．5 機(jī)械加工過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題 這是一個(gè)非齊次線性微分方程 ,它的解由該式齊次方程的通解和非齊次方程的一個(gè)特解疊加而成。弄清機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生震動(dòng)的原因，掌握它的發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，使機(jī)械加工過(guò)程既保持高的生產(chǎn)率，又保證零件表面的加工質(zhì)量，是機(jī)械加工中應(yīng)予研究的一個(gè)重要內(nèi)容。細(xì)密磨削是依靠砂輪工作面上修整出大量等高微刃進(jìn)行精密加工的，這些等高微刃能從尚具有微量缺陷和尺寸、形狀誤差的工件表面切除極微薄的余量，故可獲得很高的加工精度。采用精密加工工藝能全面地提高加工精度和表面質(zhì)量，而光整加工工藝主要是為了獲得較高的表面質(zhì)量?？梢杂糜谌魏螐?fù)雜形狀的零件。另一種方法是在磨削過(guò)程中連續(xù)測(cè)量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。問(wèn)工件表面層將產(chǎn)生多大的殘余應(yīng)力？是壓應(yīng)力還是拉應(yīng)力？是否會(huì)產(chǎn)生磨削裂紋？ ⑴ 由于表面層熱作用引起高溫塑性變形，冷卻后表面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。裂紋總是拉應(yīng)力引起的，且常與燒傷同時(shí)出現(xiàn)。淬火鋼重磨削條件則產(chǎn)生深而大的拉應(yīng)力（最外表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應(yīng)力），這里顯然是由于熱態(tài)塑性變形和金相組織變化的影響在起主導(dǎo)作用的緣故。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能⑶ 金相組織變化 切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面的相變。產(chǎn)生表面層殘余應(yīng)力的原因：⑴ 冷態(tài)塑性變形 機(jī)械加工時(shí)，表層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形。金相組織變化的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能影響磨削加工時(shí)金相組織變化的因素有 : 工件材料工件材料 磨削溫度磨削溫度 溫度梯度溫度梯度 冷卻速度等冷卻速度等 。C，甚至更高。② 被加工材料 被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬現(xiàn)象愈嚴(yán)重。冷作硬化產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能圖 切削加工后表面層的冷硬機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時(shí)的溫度。機(jī)械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度⑤ 徑向進(jìn)給量 增大磨削徑向進(jìn)給量將增加塑性變形的程度從而增大粗糙度。磨削表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇鰺o(wú)數(shù)極細(xì)的構(gòu)槽形成的，每單位面積上刻痕越多，即通過(guò)每單位面積的磨粒數(shù)越多，以及刻痕的等高性能好，粗糙度也就越低。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量切削加工后的表面粗糙度 切削加工時(shí)表面粗糙度的形成，大致可歸納為三方面的原因：幾何因素物理因素工藝系統(tǒng)的振動(dòng)機(jī)械加工后的表面粗糙度幾何因素 由刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)在加工表面上遺留下來(lái)的切削層殘留面積（ 圖 ）。 表面冷硬和金相組織變化都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴(kuò)大和新裂紋的出現(xiàn) ，因?yàn)橛赡Σ翆W(xué)可知疲勞源的位置在冷硬層的中部，因此冷硬可以提高零件的疲勞強(qiáng)度。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量表面層的冷硬可顯著地減少零件的磨損。有時(shí)還由于摩擦產(chǎn)生的高溫，使摩擦面局部熔化（稱為熱焊）等原因，使接觸表面遭到破壞，初期磨損量反而急劇增加。表面層殘余應(yīng)力： 由于加工過(guò)程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 旨在研究零件表面層在加工中的變化和機(jī)理，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)表面質(zhì)量的影響規(guī)律，控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質(zhì)量的要求。 主要討論機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)理等。機(jī)械加工后的表面質(zhì)量表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響對(duì)零件耐磨性的影響 在摩擦副的材料、熱處理情況和潤(rùn)滑條件已經(jīng)確定的情況下， 零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定性的作用。 一對(duì)摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度值，在確定機(jī)器零一對(duì)摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度值，在確定機(jī)器零件的技術(shù)條件時(shí)應(yīng)該根據(jù)零件工作的情況及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定合理的粗糙度。原因： 冷硬提高了表面接觸點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度，減少了進(jìn)一步塑性變形的可能性，并減少了摩擦表面金屬的冷焊現(xiàn)象。但冷硬層過(guò)深或過(guò)硬則容易產(chǎn)生裂紋，反而會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。零件在應(yīng)力狀態(tài)下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 應(yīng)力腐蝕 ，若有裂紋，則更增加了應(yīng)力腐蝕的敏感性。理論上的最大粗糙度 Rmax可由刀具形狀、進(jìn)給量 f，按幾何關(guān)系求得。 從物理因素看，大多數(shù)磨粒只有滑擦、耕犁作用。通常在磨削過(guò)程開(kāi)始時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，以提高生產(chǎn)率，而在最后采用小徑向進(jìn)給量或無(wú)徑向進(jìn)給量磨削，以降低粗糙度值。 力越大，塑性變形越大，則硬化程度越大； 速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度越?。? 變形時(shí)的溫度不僅影響塑性變形程度，還會(huì)影響變形后金相組織的恢復(fù)程度。影響冷作硬化的主要因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能③ 切削用量 切削速度增大時(shí)，刀具與工件接觸時(shí)間短，塑性變形程度減少，同時(shí)會(huì)使溫度增高，有助于冷硬的回復(fù)，所以硬化層深度和硬度都有所減少。 這樣大的加熱速度，促使加工表面局部形成瞬時(shí)熱聚集現(xiàn)象，有很高溫升和很大的溫度梯度，出現(xiàn)金相組織的變化，強(qiáng)度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至引起裂紋，這就是 磨削燒傷現(xiàn)象磨削燒傷現(xiàn)象 。影響磨削加工時(shí)金相組織變化的因素 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 工件材料為 低碳鋼 時(shí)不會(huì)發(fā)生相變； 高合金鋼 如軸承鋼、高速鋼、鎳鉻鋼等傳熱性特別差，在冷卻不充分時(shí)易出現(xiàn)磨削燒傷。沿切削速度方向表面產(chǎn)生拉伸變形，晶粒被拉長(zhǎng)，金屬密度會(huì)下降，即比容增大，而里層材料則阻礙這種變形，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，在里層則產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。 由于不同的金相組織有不同的比容，表面層金相變化的結(jié)果將造成體積的變化。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能影響殘余應(yīng)力的主要工藝因素：刀具的前角刀具的前角切削速度切削速度工件材料的性質(zhì)和冷卻潤(rùn)滑液。磨削裂紋的產(chǎn)生 機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能圖 磨削裂紋機(jī)械加工后的表面層物理機(jī)械性能 磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質(zhì)及熱處理工序有很大關(guān)系。已知： T1=8000C， T0=200C， ?=1210 6/0C， E=210 11N/mm，由式（ ）得表面層的熱伸長(zhǎng)量：所以線膨脹系數(shù)?殘 1 ⑵ 由于表層金相組織的變化引起的應(yīng)力：表面層回火，表層組織由馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，其密度增加，由 ?馬 增大到 ?珠，比容積由 V減小到 V△V ，因此表面層產(chǎn)生的收縮受到基體組織的阻礙，就產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。國(guó)外研究通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制磨削和自適應(yīng)磨削等方法來(lái)減少磨削熱。噴丸的結(jié)果在表面層產(chǎn)生很大的塑性變形，造成表面的冷作硬化和殘余壓應(yīng)力。 控制加工表面質(zhì)量的工藝途徑精密加工工藝的加工精度主要由高精度的機(jī)床保證。又由于大量等高微刃在加工表面留下極微細(xì)的切削痕跡，加上無(wú)火花磨削的滑擦、擠壓、拋光作用，所以可以得到很低的表面粗糙度。機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，也和其他的機(jī)械振動(dòng)一樣，按其產(chǎn)生的原因可分為自由震動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)三大類。齊次方程的通解為有阻尼的自由振動(dòng)過(guò)程。當(dāng)且阻尼比