機械加工表面質(zhì)量及控制方案分析(編輯修改稿)
2025-02-09 03:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 性能會發(fā)生變化，與基體材料性能有很大不同，主要變化： 表層金相組織的變化，微觀硬度變化和在表層中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。一、加工表面的冷作硬化 冷作硬化 ：在切削（磨削）過程中，如果加工表面層產(chǎn)生的塑性變形使 晶體間產(chǎn)生剪切滑移，晶格嚴重扭曲 ，并產(chǎn)生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料表層強度和硬度提高，這種現(xiàn)象稱冷作硬化。 冷硬的結(jié)果 ：變形阻力增大、塑性降低，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性發(fā)生變化。弱化： 冷作硬化使金屬處于高能位的不穩(wěn)定狀態(tài)，在溫度較高時會本能向低能位的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。冷作硬化的評定指標：1）表層金屬的顯微硬度，用 HV表示2）硬化層深度 h3）硬化程度 N 硬化程度越大，則硬化層的深度越大。硬化程度取決于 ： 1） 產(chǎn)生塑性變形的力 ： 力越大，塑性變形越大，硬化程度越大。 2） 變形速度 ： 變形速度越快，變形越不充分，硬化程度越小。 3） 變形溫度 ： 變形的溫度影響金相組織的恢復(fù)，當溫度在 —，產(chǎn)生恢復(fù)現(xiàn)象，部分消除冷作硬化。（二）影響切削加工表面冷作硬化的因素 切削用量的影響 切削用量中以 f 、 V影響最大 f增大，切削力增大，塑性變形程度也增大 ，因此硬化現(xiàn)象增大，但在 f較小時刀刃園角在表面上擠在使硬化增加。 V增大，則硬化層的深度和硬度都減小 ，因為 V增大會使溫度增高有助于冷硬的回復(fù)，同時 V增大，使刀具與工件的接觸時間縮短，塑性變形減少；切削深度對表面層金屬的冷作硬化影響不大。 刀具幾何形狀的影響 刀具前角減小，刃口圓角和后刀面的磨損量增大時，冷作硬化程度和深度增大。 刃口圓角半徑增大，則徑向切削分力增大，塑性變形加劇，引起冷硬增大 . 前角增大、切削力減小，塑性變形減小 , 冷硬減小 刀具磨損對表層金屬冷硬影響很大。后刀面磨損，磨損量小時，隨磨損的增大冷硬增大，磨損量很大時，軟化作用增強。 被加工材料性能的影響 材料的塑性越大、硬度越低，則材料冷硬越嚴重。 碳鋼含碳量越高，強度越大，其塑性越小，冷硬越輕。 有色金屬，熔點低，易弱化，其冷作硬化比鋼輕得多。減少切削加工表面冷作硬化的措施1）合理選擇刀具角度，前角大，刃口半徑小。2）限制后刀面的磨損。3）合理選擇切削用量， V大 f小。4）進行有效冷卻。(三 )影響磨削加工表面冷作硬件的因素工件材料性能的影響 從材料的塑性和導(dǎo)熱性兩個方面考慮 磨高碳鋼：硬化程度 6065%，個別達 100%。塑性差 磨純鐵：硬化程度 7580%，可達 140150%。因為塑性好，導(dǎo)熱性好，弱化傾向小。磨削用量背吃刀量： 吃刀量大，磨削力大，塑性變形加劇，冷硬增大縱向進給速度： 進給速度大，切屑的厚大，磨削力，冷硬增大；另一方面，溫度升高，弱化作用增強。兩者綜合作用。工件轉(zhuǎn)速 ：轉(zhuǎn)速增大，接觸時間短，弱化的能力降低，冷硬增大。磨削速度 ：砂輪速度增大，切削厚度減小，磨削溫度升高，冷硬降低。 砂輪粒度的影響 粒度越大，每顆磨粒的載荷減小，冷硬減小。（四）冷作硬化的測量方法 主要測量表層的顯微硬度和硬化層深度，硬化程度可通過計算得出。 顯微硬度：顯微硬度計二、表面金相組織的變化 （一）、機械加工表面金相組織的轉(zhuǎn)變 在機械加工過程中 ,所消耗的能量絕大多數(shù)轉(zhuǎn)化成熱能, 在切削熱的作用下，加工表面溫度會升高，當溫度升高到一定程度后，則產(chǎn)生金相組織的變化。對切削加工，一般不會嚴重到如此程度，但對磨削來說，由于消耗的功率大，可能出現(xiàn)這種情況。磨削溫度 磨削時，速度高，磨粒帶有很大的負前角，除起切削作用外，還括擦擠壓工件表面 ，因而產(chǎn)生的磨削熱比切削時大得多，加上有 80%的磨削熱傳入工件 ，只有少部分通過切屑、砂輪、冷卻液帶走，而切削時只有約 5%的熱量進入工件，致使磨削時工件表面溫度比切削時高得多。磨削燒傷 磨削表層溫度一般高達 500℃—600℃ 有時甚至達 700℃以上，這樣工件表面層產(chǎn)生金相組織變化，并使表層金屬硬度下降，并呈現(xiàn)氧化膜顏色，這種現(xiàn)象稱磨削燒傷。 淬火鋼磨削可能產(chǎn)生三種燒傷：回火燒傷： 當磨削區(qū)溫度沒有超過相變溫度但超過馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（ 250℃ —300 ℃ ）時，馬氏體轉(zhuǎn)變成回火屈氏體或索氏體等與回火退火相近的組織，硬度低于回火馬氏體。淬火燒傷： 當磨削區(qū)溫度超過相變臨界溫度（ 720℃ ）時，馬氏體轉(zhuǎn)變成奧氏體，又由于冷卻液的急劇冷卻，會發(fā)生二次淬火現(xiàn)象，其硬度比回火馬氏體的硬度高。退火燒傷： 如果不用冷卻液進行干磨，如溫度超過相變臨界溫度，由于冷卻速度較慢，表面硬度下降。 燒傷顏色 表面燒傷以后在光線的照射下呈一定的顏色，從 燒傷色可以判斷出表面層發(fā)生金相組織變化的程度 。褐色、紫色、青色都是淬火燒傷。黃、淺黃回火燒傷。 但表面沒有燒傷顏色并不等于表面不存在損傷。 如在磨削中，采用過大的磨削用量，造成很深的熱變質(zhì)層，以后的無進給磨削僅磨去表面燒傷色，但還并不意味著這層金屬沒有燒傷。（二）減小磨削燒傷的工藝途徑 燒傷主要原因是磨削區(qū)域中溫度過高。為此應(yīng)盡量減少磨削時產(chǎn)生的磨削熱，并迅速將磨削熱傳走，以降低工件表層溫度。措施如下：正確選擇砂輪 對于導(dǎo)熱性差的材料 ，如耐熱鋼、軸承鋼和不銹鋼，容易產(chǎn)生燒傷， 應(yīng)選擇較軟的砂輪，使磨粒鈍化后盡快脫離 。同時可選擇具有一定彈性的結(jié)合劑（如橡膠結(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑），也可避免燒傷。合理選擇磨削用量 在磨削過程中，當增大磨削深度、砂輪轉(zhuǎn)速和工件轉(zhuǎn)速時，均會引起表面溫度升高。其中， 磨削深度影響最顯著，應(yīng)減少磨削切深 。 工件轉(zhuǎn)速越大，表面的溫度梯度越大，發(fā)生高溫的表面層越薄。 在以后的無進給磨削中將會被磨去。 由于金相組織轉(zhuǎn)變需要一定時間， 提高工件轉(zhuǎn)速后，工件與砂輪的接觸時間會極短 ，而一出磨削區(qū)域，馬上冷卻，故一般來不及回火。 在加工中，如果出現(xiàn)燒傷層很薄，在以后的無進給磨削中會將其磨去。因此，問題不在于是否存在燒傷，而在于燒傷到底有多厚。 所以 提高工件速度有利于減輕表面的燒傷 。但提高工件轉(zhuǎn)速后，會影響表面粗糙度， 故在生產(chǎn)中采用同時提高砂輪與
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