【正文】 學完本章后，通過做思考題、習題應著重理解和掌握表面質量的一些基本概念，重點掌握冷作硬化、金相組織的變化和殘余應力產(chǎn)生的機理和磨削燒傷、磨削裂紋產(chǎn)生的機理。振動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迫振動。因此，系統(tǒng)中振幅將穩(wěn)定在 A0。阻尼及運動摩擦所損耗的能量由本身的電池供應。切削過程中產(chǎn)生的自激震動是頻率較高的不衰減振動，通常又稱顫振，約占振動的 65%，它往往是影響加工表面質量和限制機床生產(chǎn)率提高的主要障礙，故應對其十分重視。8． 5． 2． 3 強迫振動的特性8．5 機械加工過程中的振動問題 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，從圖可以看出當時，這時激振力的頻率極低，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)，稱此范圍為準靜態(tài)范圍。 由質量塊受力分析得 : 8． 5． 2． 2 強迫振動的運動方程8．5 機械加工過程中的振動問題 這是一個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特解疊加而成。弄清機械加工過程中產(chǎn)生震動的原因，掌握它的發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，使機械加工過程既保持高的生產(chǎn)率，又保證零件表面的加工質量，是機械加工中應予研究的一個重要內(nèi)容。細密磨削是依靠砂輪工作面上修整出大量等高微刃進行精密加工的，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量，而光整加工工藝主要是為了獲得較高的表面質量?？梢杂糜谌魏螐碗s形狀的零件。另一種方法是在磨削過程中連續(xù)測量磨削區(qū)溫度，然后控制磨削參數(shù)。問工件表面層將產(chǎn)生多大的殘余應力？是壓應力還是拉應力？是否會產(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)生拉應力。裂紋總是拉應力引起的，且常與燒傷同時出現(xiàn)。淬火鋼重磨削條件則產(chǎn)生深而大的拉應力（最外表面可能出現(xiàn)小而淺的壓應力），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作用的緣故。殘余應力產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能機械加工后的表面層物理機械性能⑶ 金相組織變化 切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面的相變。產(chǎn)生表面層殘余應力的原因：⑴ 冷態(tài)塑性變形 機械加工時，表層金屬產(chǎn)生強烈的塑性變形。金相組織變化的原因 機械加工后的表面層物理機械性能影響磨削加工時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)象愈嚴重。冷作硬化產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能圖 切削加工后表面層的冷硬機械加工后的表面層物理機械性能 表面層冷作硬化的程度決定于產(chǎn)生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。機械加工后的表面粗糙度磨削加工后的表面粗糙度⑤ 徑向進給量 增大磨削徑向進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數(shù)極細的構槽形成的，每單位面積上刻痕越多，即通過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。機械加工后的表面質量切削加工后的表面粗糙度 切削加工時表面粗糙度的形成，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)的振動機械加工后的表面粗糙度幾何因素 由刀具相對于工件作進給運動時在加工表面上遺留下來的切削層殘留面積（ 圖 ）。 表面冷硬和金相組織變化都會產(chǎn)生內(nèi)應力。機械加工后的表面質量對零件疲勞強度的影響 零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴大和新裂紋的出現(xiàn) ，因為由摩擦學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度。機械加工后的表面質量表面層的冷硬可顯著地減少零件的磨損。有時還由于摩擦產(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。表面層殘余應力： 由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應力。 旨在研究零件表面層在加工中的變化和機理，掌握機械加工中各種工藝因素對表面質量的影響規(guī)律，控制加工中的各種影響因素，以滿足表面質量的要求。 主要討論機械加工表面質量的含義、表面質量對使用性能的影響、表面質量產(chǎn)生的機理等。機械加工后的表面質量表面質量對零件使用性能的影響對零件耐磨性的影響 在摩擦副的材料、熱處理情況和潤滑條件已經(jīng)確定的情況下， 零件的表面質量對耐磨性能起決定零件的表面質量對耐磨性能起決定性的作用。 一對摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度值，在確定機器零一對摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度值，在確定機器零件的技術條件時應該根據(jù)零件工作的情況及有關經(jīng)驗，規(guī)定合理的粗糙度。原因： 冷硬提高了表面接觸點處的屈服強度，減少了進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。但冷硬層過深或過硬則容易產(chǎn)生裂紋，反而會降低疲勞強度。零件在應力狀態(tài)下工作時，會產(chǎn)生 應力腐蝕 ，若有裂紋，則更增加了應力腐蝕的敏感性。理論上的最大粗糙度 Rmax可由刀具形狀、進給量 f，按幾何關系求得。 從物理因素看，大多數(shù)磨粒只有滑擦、耕犁作用。通常在磨削過程開始時采用較大的徑向進給量，以提高生產(chǎn)率，而在最后采用小徑向進給量或無徑向進給量磨削，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，則硬化程度越小； 變形時的溫度不僅影響塑性變形程度，還會影響變形后金相組織的恢復程度。影響冷作硬化的主要因素 機械加工后的表面層物理機械性能③ 切削用量 切削速度增大時，刀具與工件接觸時間短，塑性變形程度減少，同時會使溫度增高，有助于冷硬的回復，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，強度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應力，甚至引起裂紋，這就是 磨削燒傷現(xiàn)象磨削燒傷現(xiàn)象 。影響磨削加工時金相組織變化的因素 機械加工后的表面層物理機械性能 工件材料為 低碳鋼 時不會發(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，金屬密度會下降，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)生殘余壓應力，在里層則產(chǎn)生殘余拉應力。 由于不同的金相組織有不同的比容，表面層金相變化的結果將造成體積的變化。殘余應力產(chǎn)生的原因 機械加工后的表面層物理機械性能影響殘余應力的主要工藝因素：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和冷卻潤滑液。磨削裂紋的產(chǎn)生 機械加工后的表面層物理機械性能圖 磨削裂紋機械加工后的表面層物理機械性能 磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質及熱處理工序有很大關系。已知： T1=8000C， T0=200C， ?=1210 6/0C， E=210 11N/mm，由式（ ）得表面層的熱伸長量：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力：表面層回火，表層組織由馬氏體轉變?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)生了殘余拉應力。國外研究通過計算機進行過程控制磨削和自適應磨削等方法來減少磨削熱。噴丸的結果在表面層產(chǎn)生很大的塑性變形，造成表面的冷作硬化和殘余壓應力。 控制加工表面質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床保證。又由于大量等高微刃在加工表面留下極微細的切削痕跡，加上無火花磨削的滑擦、擠壓、拋光作用，所以可以得到很低的表面粗糙度。機械加工過程中產(chǎn)生的振動，也和其他的機械振動一樣，按其產(chǎn)生的原因可分為自由震動、強迫振動和自激振動三大類。齊次方程的通解為有阻尼的自由振動過程。當且阻尼比