【正文】 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 減振裝置 —— 當無法從根本上消除產生切削振動的條件，又無法有效提高工藝系統的抗振性和穩(wěn)定性時，可采用消振、減振裝置。 再生顫振產生的條件 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 再生顫振產生的條件 結論：在再生顫振中，只有當后一轉的振紋的相位滯后于前一轉振紋時才有可能產生再生顫振。 刀架振動系統同時還有 F彈 作用在它上面 。即： 機械加工中的強迫振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 機械加工中的強迫振動及其控制措施 減小強迫振動的措施 ? 減小激振力 ? 調整振源頻率 ? 提高工藝系統的剛度和阻尼 ? 采取隔振措施 ? 采用減振裝置。 (占 30%) 在沒有周期性干擾力作用的情況下， 由振動系統本身產生的交變力所激發(fā) 和維持的振動，稱為自激振動。 表面質量的檢查 控制加工表面質量的途徑 第 5章 機械加工表面質量 4. 殘余應力的測定 （ 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、粗細的標準。 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，在光譜上得出許多成虛線的干涉圈。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。 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的殘余應力 第 5章 機械加工表面質量 冷塑性變形 工件表面受到擠壓與摩擦，表層產生伸長塑變，基 體仍處于彈性變形狀態(tài)。 1. 機械加工表面層金相組織的變化 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的金相組織變化 第 5章 機械加工表面質量 淬火燒傷 回火燒傷 退火燒傷 2. 磨削燒傷的三種形式 磨削時，當工件表面層溫度超過相變臨界溫度 Ac3時，則馬氏體轉變?yōu)閵W氏體。加工時所用的工具由加工面本身導向而相對于工件的定位基準沒有確定的位置，所使用的機床也不需要具有非常精確的成型運動。 (2)物理力學因素 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 (3)工藝系統振動 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 工藝系統的低頻振動，一般在工件的已加工表面上產生表面波度，而工藝系統的高頻振動將對已加工表面的粗糙度產生影響。 第 5章 機械加工表面質量 機械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可歸納為 幾何因素 和 物理力學 因素兩個方面。 因為它使磨擦副表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形。隨著產品性能的不斷提高，一些重要零件必須在高應力、高速、高溫等極端條件下工作，因其工作表面作用有最大應力并直接受外界介質的腐蝕，表面層的任何缺陷都可能引起應力集中、應力腐蝕等現象而導致零件的損壞，于是表面質量問題也會變得突出和復雜。 概 述 第 5章 機械加工表面質量 研究表面質量的目的，是要掌握機械加工中各種工藝因素對表面質量的作用及影響規(guī)律，以便應用這些規(guī)律控制加工過程，最終提高零件的表面質量和產品使用性能。 ? 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 切削加工表面粗糙度的形成及影響因素 (1)幾何因素 ?刀尖圓弧半徑 rε ?主偏角 kr、副偏角 kr′ ?進給量 f 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 (2)物理力學因素 切削加工表面粗糙度的形成 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 切削加工表面粗糙度 切削加工后表面的實際輪廓與純幾何因素所形成的理想輪廓往往差別較大 。為降低加工表面的粗糙度，則必須采取相應措施防止加工過程中產生高頻振動。 這些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，而加工精度則主要由前面工序保證。若此時無冷卻液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。切削后，表層產生殘余壓 應力，而在里層產生殘余拉伸應力。 提高表面質量的工藝途徑大致可以分為兩類：一類是用低效率、高成本的加工方法，尋求各工藝參數的優(yōu)化組合，以 減小表面粗糙度 ；另一類是著重改善工件表面的物理力學性能，以 提高其表面質量 。如果晶粒破碎或晶格扭曲變形時，則干涉圈變成實線；如果晶格參數有變化， 則干涉圈將產生位移，同時強度減弱，可用膠片記錄其結果。在試件上照下光譜圖，與銀箔 X光譜圖進行比較： 1）干涉線由虛線變?yōu)閷嵕€；工件由于受力、熱作用產生塑性變形的整體內應力。切削 過程中產生的自激振動也稱為顫振。 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 如果已經確認機械加工過程中發(fā)生了強迫振動，就要設法查找振源，以便去除振源或減小振源對加工過程的影響。 y越大 ， F彈 也越大 ，當 Fp=F彈 時 ， 刀架的振動停止 。 機械加工中的自激振動及其控制措施 機械加工中的振動及其控制措施 第 5章 機械加工表面質量 ? 一般 0＜ μ＜ 1，徑向切入 μ=1（切槽、鉆、端銑等） ? 橫向切削 0＜ μ＜ 1 ? 車方牙螺紋， μ=0，無重迭切削，不可能發(fā)生再生顫振。 阻尼減振器： 利用固體或液體的摩擦阻尼來消耗振動的能量，實現減振。 提高工藝系統 抗振性 合理選擇 切削用量 合理選擇 刀具參數 采用變速切削 采用減振裝置 合理調整主振模態(tài)剛度比及其組合 ?前角、主偏角 ↑→自振 ↓ ?后角 ↓→自振 ↓；但太小時 →自振 ↑ 抑制再生顫振方法，用于工藝 系統剛性較好的場合。 ? 圖 c): y比 y0滯后一個相位角 Φ，正功＞負功，有能量輸入系統補償阻尼對能量的消耗，產生自激振動。 在背向力 Fp作用下 ， 刀具作切入 、 切出運動 （ 振動 ） 。 振動系統的動剛度 當系統在周期性動載荷作用下，交變力的幅值與振幅（動態(tài)位移）之比稱為系統的動剛度。強迫 振動的穩(wěn)態(tài)過程是諧振動，只要有激 振力存在振動系統就不會被阻尼衰減 掉。 所用腐蝕劑，對鋼來說是弱堿溶液，對黃銅、錫青銅來說是銨、汞鹽。 采用表面強化工藝 控制加工表面質量的途徑 第 5章 機械加工表面質量 1. 表面粗糙度的測定（比較法，光切法，干涉法，針描法） 2. 冷作硬化的測定 1）金相法 將試件的側面制成金相磨片，腐蝕后放大 200— 1000倍，即可從其金相組織判斷硬化深度及程度。 第 5章 機械加工表面質量 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層強化工藝 常用的冷壓強化工藝方法 第 5章 機械加工表面質量 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層強化工藝 典型的滾柱滾壓加工 第 5章 機械加工表面質量 對零件使用性能危害甚大的殘余拉應力、磨削燒傷和磨削裂紋均起因于磨削熱，所以如何降低磨削熱并減少其影響是生產上的一項重要問題。 第 5章 機械加工表面質量 金相組織法 第 5章 機械加工表面質量 磨削燒傷檢測儀 磁彈儀利用巴克豪森效應檢測表面磨削缺陷和熱處理燒傷 第 5章 機械加工表面質量 1) 砂輪轉速 ↑ → 磨削燒傷 ↑ 2) 徑向進給量 fp↑→ 磨削燒傷 ↑ 3) 軸向進給量 fa↑→磨削燒傷 ↓ 4) 工件速度 vw ↑→磨削燒傷 ↓ 1)磨削時，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)磨削導熱性差的材料 (耐熱鋼、軸承鋼、不銹鋼 )↓→ 磨削燒傷 ↑ 3)應合理選擇砂輪的硬度、結合劑和組織 → 磨削燒傷↓ 磨削用量 砂輪與 工件材料 4. 改善加工表面金相組織的工藝途徑 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的金相組織變化 第 5章 機械加工表面質量 采用內冷卻法 → 磨削燒傷 ↓ 改善冷卻條件 內冷卻裝置 1－錐形蓋 2－通道孔 3－砂輪中心孔 4－有徑向小孔的薄壁套 4. 改善加工表面金相組織的工藝途徑 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的金相組織變化 第 5章 機械加工表面質量 間斷磨削 → 受熱 ↓→ 磨削燒傷 ↓ 采用開槽砂輪 開槽砂輪 4. 改善加工表面金相組織的工藝途徑 影響表層力學物理性能的工藝因素及其改進的工藝措施 表面層金屬的金相組織變化 第 5章 機械加工表面質量 1. 殘余應力的定義 定義： 機械加工中工件表面層組織發(fā)生變化時，在表面層及其與基體材料的交界處會產生互相平衡的彈性力，這種應力即為表面層的 殘余應力 。 淬火鋼在磨削時，由于磨削條件不同，產生的磨削燒傷有三種形式。 磨削中影響粗糙度的因素 (4)工件材料 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 磨削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 影響磨削加工表面粗糙度的因素 ? 粒度 ↓→Ra↓ ? 金剛石筆鋒利 ↑，修正導程、徑向進給量 ↓→ Ra↓ ?磨粒等高性 ↑→Ra↓ ?硬度 ↑→鈍化磨粒脫落 ↓→ Ra↑ ?硬度 ↓→磨粒脫落 ↑→Ra↑ ?硬度合適、自勵性好 ↑→Ra↓ ?太硬、太軟、韌性、導熱性差 ↑→ Ra↓ 砂輪粒度 工件材料性質 砂輪修正 磨削用量 砂輪硬度 ?砂輪 V↑→ Ra↓ ?ap、工件 V↑→ 塑變 ↑→ Ra↑ ?粗磨 ap↑→生產率 ↑ ?精磨 ap↓→ Ra↓(ap=0光磨 ) 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 磨削加工表面粗糙度 第 5章 機械加工表面質量 表面粗糙度影響的工藝參數及其改善的工藝措施 超精研、研磨、珩磨和拋光加工的表面粗糙度 超精研、研磨、珩磨和拋光加工，一般只規(guī)定加工時的壓強。 ③ 進給量的影響 減小 進給量 f固然可以減小表面粗糙度值，但進給量過小，表面粗糙度會有增大的趨勢。 表面質量對零件耐腐蝕性能的影響 概 述 機械加工表面質量對機器產品使用性能和使用壽命的影響 第 5章 機械加工表面質量 零件表面質量 粗糙度太大、太小都不耐磨 適度冷硬能提高耐磨性 對疲勞強度的影響 對耐磨性的影響 對耐腐蝕性能的影響 對工作精度的影