【正文】 ? 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 冷作硬化 金相組織變化 殘余應(yīng)力 表 現(xiàn) 形 式 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 切削或磨削加工中，表面層金屬由于塑性變形使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移 ,晶粒被拉長和纖維化，甚至破碎，引起材料的強(qiáng)化（使表面層金屬的硬度和強(qiáng)度提高），這種現(xiàn)象稱為 加工硬化 ，又稱 冷作硬化 或 強(qiáng)化。 定義： 磨削加工時，表面層有很高的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到相變臨界點時，表層金屬就發(fā)生金相組織變化，強(qiáng)度和硬度降低、產(chǎn)生殘余應(yīng)力、甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為 磨削燒傷 。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。 （ 4）顯微硬度法： 不同性質(zhì)的燒傷具有不同性質(zhì)的顯微硬度分布。 磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。 至于表面鍍鉻，以及其他表面化學(xué)熱處理等強(qiáng)化工藝，不屬于本課程的研究范圍，這里不做介紹。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)。 因此 ， 采用強(qiáng)化工藝必須控制好工藝參數(shù)以獲得要求的強(qiáng)化表面 。一般斜切角ε=0o30’～ 2o30’， h=Isinε，要注意斜切方向應(yīng)在縱向粗糙度上，即與主運動方向平行，斜切加工要用研磨、電加工等方法，避免在斜切面上產(chǎn)生加工硬化而影響測量效果。裂紋出現(xiàn)愈快，殘余應(yīng)力愈大。具體實驗原理見材料力學(xué)有關(guān)知識。 (占 5%) 系統(tǒng)在周期性激振力 (干擾力 )持續(xù)作用 下產(chǎn)生的振動，稱為強(qiáng)迫振動。根據(jù)微分 方程理論，當(dāng)系統(tǒng)為小阻尼時，它的解由令 0/0 ?mF而得到的 齊次方程的通解和非齊次方程的一個特解組成： )si n()si n( 212201 ?????? ????? ? tAteAx t動力學(xué)模型的建立 機(jī)械加工中的強(qiáng)迫振動及其控制措施 機(jī)械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 (a) (b) (c) 等式右邊第一項表示具有粘性阻尼的自由振動，如 (a)所示；第二項表示有阻尼的強(qiáng)迫振動，如 (b)所示；二者疊加后的振動過程如圖 (c)所示。靜剛度影響工件的幾何形狀及尺寸精度，動剛度影響工件的表面粗糙度。 激勵工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運動的交變力是由 切削過程本身產(chǎn)生的，而切削過程同時又受工藝系統(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。 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，刀架振動系統(tǒng)將有持續(xù)的自激振動產(chǎn)生。 ? 圖 b): y與 y0同相位角， Φ=0,正功 =負(fù)功，不產(chǎn)生自激振動。但在實際加工中，當(dāng)切削深度達(dá)到一定值時，仍會發(fā)生顫振，這可以用 振型耦合原理 來解釋。合理調(diào)整它 們之間的關(guān)系，就可以有效地 提高系統(tǒng)的抗振性，抑制自激 振動。 機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施 沖擊式吸振器 1－自由質(zhì)量 2－彈簧 3－螺釘 機(jī)械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。 機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施 阻尼減振器 機(jī)械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 減振裝置 —— 當(dāng)無法從根本上消除產(chǎn)生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統(tǒng)的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。因此，振動得以維持。 ? 重迭系數(shù)越大，由前一次波紋激發(fā)的動態(tài)力影響越大。 當(dāng)工件轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后 ， 刀具要在留有振紋的表面上切削 ， 因切削厚度發(fā)生了變化 ， 所以引起了切削力周期性的變化 ， 產(chǎn)生動態(tài)切削力 。 產(chǎn)生自激振動的條件 機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施 機(jī)械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 對上述振動系統(tǒng)而言 ， 背向力 Fp是外力 ， Fp對振動系統(tǒng)作功 如圖所示 。 自激振動特點 不衰減的振動 f自 =f固 取決于一周期獲得的能量 取決于切削過程本身 機(jī)械加工中的自激振動及其控制措施 它由振動過程本身引起切削力周期性變化 ， 從不具備交變特性的能源中周期獲得能量 ， 使振動得以維持 。由強(qiáng)迫振動的特征可知， 強(qiáng)迫振動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)迫振動的這個規(guī)律去查找強(qiáng)迫振動的振源。 3）強(qiáng)迫振動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%) 機(jī)械加工中的振動及其控制措施 機(jī)械加工中的振動及其分類 第 5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：用一個獨立坐標(biāo)就可以確定的振動； ? 多自由度系統(tǒng)振動：用多個獨立坐標(biāo)才能確定的振動； 機(jī)械加工中的振動及其分類 機(jī)械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 強(qiáng)迫振動的振源有來自機(jī)床內(nèi)部的 機(jī)內(nèi)振源 和來自機(jī)床外部的 機(jī)外振源 兩大類。 ? 振動會在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量； ? 振動會引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損； ? 振動使機(jī)床連接部分松動，影響運動副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度； ? 強(qiáng)烈的振動及伴隨而來的噪聲，還會污染環(huán)境，危害操作者的身心健康。 2）干涉線沖散，線條好象變粗；由于多晶體金屬晶粒變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 (3) 金相組織法 同上 (4)酸洗法 將工件加工面浸泡在硝酸溶液（ 3～ 5%HNO3）中 30～ 45s后，如表面呈黑色則有燒傷，呈暗灰色則無燒傷。利用這一原理，先照出試件基體 X光譜，與加工層的 X光譜比較，用機(jī)械拋光或電拋光逐次去掉加工層，將所照 X光譜比較之，直至與基體一致，即可從機(jī)械拋光等去掉的厚度得到硬化深度。 采用超精加工 、 珩磨工藝雖然比直接采用精磨達(dá)到要求的粗糙度要多增加一道工序 ， 但由于這些加工方法都是靠加工表面自身定位進(jìn)行加工的 ， 所以機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單 ， 精度要求不高 ， 而且大多設(shè)計成多工位機(jī)床 ， 并能進(jìn)行多機(jī)操作 ， 所以生產(chǎn)效率較高 ， 加工成本較低 。 控制加工表面質(zhì)量的途徑 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 為了獲得要求的表面質(zhì)量，就必須對加工方法、切削參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤? 3. 磨削裂紋 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 表面層金屬的殘余應(yīng)力 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 機(jī)械加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱 態(tài)塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。 熱塑性變形 表層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力 金相組織變化 切削過程產(chǎn)生的高溫會引起表面層的相變，表面層 金相變化的結(jié)果會造成體積的變化。人們根據(jù)燒傷表面上看到的黃、褐、紫、青等燒傷顏色，便可鑒別它屬于哪一類燒傷。硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。 冷作硬化的概念 影響表層力學(xué)物理性能的工藝因素及其改進(jìn)的工藝措施 加工表面層的冷作硬化 第 5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： 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。 采用這些方法加工時，其加工余量都不可能太大，一般只是前道工序公差的幾分之一。 ? 工件速度 對表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響相反。 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 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↓ 表面粗糙度影響的工藝參數(shù)及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 工件的磨削表面是由砂輪上大量磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的刻痕形成的，工件單位面積上通過的砂粒數(shù)越多，則刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。 加工脆性材料時，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，使表面粗糙。 這主要是因為在加工過程中還有塑性變形等物理因素的影響 。 （ 2）表面殘余應(yīng)力對零件工作精度的影響 表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會影響它們精度的穩(wěn)定性。 這是因為過分的冷作硬化，將引起金屬組織過度 “ 疏松 ” ，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，使零件加速磨損。 3) 表面層殘余應(yīng)力： 是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(yīng)力。 機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究內(nèi)容包括加工表面幾何形狀特征和表面層物理、機(jī)械性能的變化。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 作為分析和研究對象的。機(jī)器零件使用性能的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性等，除與材料本身的性能和熱處理有關(guān)外，主要取決于加工后的表面質(zhì)量。 表面層的幾何形狀 概 述 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 L1范圍內(nèi)的凹凸不平 (表面粗糙度 )H1 L2范圍內(nèi)的凹凸不平 (波度 )H2 平面度 H3 表面粗糙度和波度 表面層的幾何形狀 概 述 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 參數(shù)及數(shù)值 /um 取樣長度 /mm 評定長度 /mm Ra Rz 、 Ry ≥~ ≥~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 50~320 表面層的幾何形狀 概 述 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 1) 表面層冷作硬化 (簡稱冷硬 )： 在機(jī)械加工中，零件表面層產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。 表面質(zhì)量對耐磨性的影響 概 述 機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 2）表面層的冷作硬化對零件耐磨性的影響 ? 加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨性。 表面質(zhì)量對零件疲勞強(qiáng)度的影響 概 述 機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 （ 2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響 ? 適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。 表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響 概 述 機(jī)械加工表面質(zhì)量對機(jī)器產(chǎn)品使用性能和使用壽命的影響 第 5章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 零件表面質(zhì)量 粗糙度太大、太小都不耐磨 適度冷硬能提高耐磨性 對疲勞強(qiáng)度的影響 對耐磨性的影響 對耐腐蝕性能的影響 對