機(jī)械加工表面質(zhì)量加工培訓(xùn)教材(存儲版)
【正文】 表面微觀形貌 26 影響表面層物理力學(xué)性能的主要因素 表面物理力學(xué)性能 影響金相組織變化因素 影響顯微硬度因素 影響殘余應(yīng)力因素 ?塑變引起的冷硬 ?金相組織變化引起的硬度變化 ?冷塑性變形 ?熱塑性變形 ?金相組織變化 ?切削熱 影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素及其改善措施 27 一、加工 表面層的冷作硬化 （一）表面層加工硬化的產(chǎn)生 定義：機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強(qiáng)化。硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。 35 （一）表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生的原因 1）冷態(tài)塑變 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變， 基體仍處于彈性變形狀態(tài)。 39 （四）工件最終工序加工方法的選擇 考慮零件具體工作條件及零件可能的破壞形式。珠丸的直徑一般為 ~4mm，對于尺寸較小、表面粗糙度值較小的工件，采用直徑較小的珠丸。由于總存在阻尼， 自由振動將逐漸衰減。 ① 激振力的影響。 自激振動由振動系統(tǒng)本 身參數(shù)決定，與強(qiáng)迫振 動顯著不同。 不能確定故障部位 （ 特征量的統(tǒng)計(jì)分析 、 相關(guān)分析等 、 均值 、 有效值 、 均方根值 、 方差等 ） 。設(shè)工件系統(tǒng)為絕對剛體，振動系統(tǒng)與刀架相連，且只在 y方向作單自由度振動。 （ 3） 當(dāng) W振出 W振入 時(shí) ， 刀架振動系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動產(chǎn)生 。但在實(shí)際加工中，當(dāng)切削深度達(dá)到一定值時(shí)，仍會發(fā)生顫振，這可以用振型耦合原理來解釋。 μ =（ Bf） / B B— 切削寬度， f — 進(jìn)給量。 （ 2） 當(dāng) W振出 =W振入 時(shí) ， 因?qū)嶋H機(jī)械加工系統(tǒng)中存在阻尼 ， 刀架系統(tǒng)在振入過程中 ， 為克服阻尼還需消耗能量 W摩阻（振入） ， 故刀架振動系統(tǒng)每振動一次 ， 刀架系統(tǒng)便會損失一部分能量 。 56 減振裝置 1） 阻尼器的原理及應(yīng)用 利用固體或液體的阻尼來消耗振動的能量，實(shí)現(xiàn)減振。 機(jī)械加工振動診斷 ： （ 1）分清強(qiáng)迫、自激振動 （ 2）進(jìn)一步分清自激振動 1．強(qiáng)迫振動診斷 診斷依據(jù) ：強(qiáng)迫振動頻率和外界干擾力頻率相同（或整數(shù)倍）。 激勵(lì)工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運(yùn)動的交變力是由 切削過程本身 產(chǎn)生的，而切削過程同時(shí)又受工藝系統(tǒng)的振動的控制，工藝系統(tǒng)的振動一旦停止，動態(tài)切削力也就隨之消失。 2）強(qiáng)迫振動的振動頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。 典型的滾壓加工示意圖。 珠丸 可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間后，自然變成球狀）。 ?若熱因素主導(dǎo)，工件表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力； ?若塑性變形主導(dǎo)，工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力； ?當(dāng)工件表面溫度超過相變溫度且又冷卻充分時(shí)，工件表面出現(xiàn)淬火燒傷，此時(shí)金相組織變化起主要作用，工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。 33 合理選擇磨削用量 砂輪與工件材料 改善冷卻條件 1）砂輪轉(zhuǎn)速 ↑ → 磨削燒傷 ↑ 2）徑向進(jìn)給量 fp↑→ 磨削燒傷 ↑ 3） 軸向進(jìn)給量 fa↑→ 磨削燒傷 ↓ 4）工件速度 vw ↑→ 磨削燒傷 ↓ 1)磨削時(shí)，砂輪表面上磨粒的切削刃 口鋒利 ↑→磨削力 ↓→磨削區(qū)的溫度 ↓ 2)磨削導(dǎo)熱性差的材料 (耐熱鋼、軸承 鋼、不銹鋼 )↓→磨削燒傷 ↑ 3)應(yīng)合理選擇砂輪的硬度、結(jié)合劑和 組織 →磨削燒傷 ↓ 采用內(nèi)冷卻法 →磨削燒傷 ↓ （二）減少磨削燒傷的工藝途徑 采用開槽砂輪 間斷磨削 →受熱 ↓ →磨削燒傷 ↓ 34 三、表面層殘余應(yīng)力 定義： 機(jī)械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處會產(chǎn)生互相平衡的彈性力。 磨削時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度超過相變臨界溫度時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 氧化物（剛玉）砂輪磨鋼類零件；碳化物（碳化硅、碳化硼）砂輪磨鑄鐵、硬質(zhì)合金等；高硬材料（人造金剛石、立方氮化硼）砂輪可獲極小表面粗糙度值，成本高。 2. 砂輪粒度 22 （二）物理因素的影響 表面層金屬的塑性變形 1. 磨削用量 ? 砂輪的轉(zhuǎn)速 ↑ →材料塑性變形 ↓ → 表面粗糙度值 ↓ ； ?磨削深度 ↑工件速度 ↑ → 塑性變形 ↑ →表面粗糙度值 ↑ ； 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)給量或無進(jìn)給量磨削，以減小表面粗糙度值。 18 影響切削加工表面粗糙度的因素 刀具幾何形狀 刀具材料、刃磨質(zhì)量 切削用量 工件材料 ?殘留面積 ↓ →Ra↓ ?前角 ↑→ Ra↓ ?后角 ↑→摩擦 ↓→Ra↓ ?刃傾角會影響實(shí)際工作前角 ? v↑→ Ra↓ ?f↑→ Ra↑ ?ap對 Ra影響不大，太小會打滑，劃傷已加工表面 ?材料塑性 ↑→ Ra↑ ?同樣材料晶粒組織大 ↑→ Ra↑，常用正火、調(diào)質(zhì)處理 ?刀具材料強(qiáng)度 ↑→ Ra↓ ?刃磨質(zhì)量 ↑→ Ra↓ ?冷卻、潤滑 ↑→ Ra↓ 影響加工表面粗糙度的因素 19 外圓磨削 二、磨削加工表面粗糙度 磨削用量： 砂輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速、軸向進(jìn)給量（ f）、砂輪縱向進(jìn)給量（ ap） 砂輪的六因素 ：磨料，粒度，結(jié)合劑，硬度，組織，形狀尺寸 20 （一）幾何因素的影響 ?砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被磨表面的磨粒數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。rrrrKKfkctgctgkfH???刀尖圓弧半徑??rrfH28?殘留 面積高度的計(jì)算： 當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑 rε=0時(shí)，殘留面積高度 H為 殘留
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