【文章內(nèi)容簡介】 中心孔 4－有徑向小孔的薄壁套 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 間斷磨削 → 受熱 ↓→ 磨削燒傷 ↓ 采用開槽砂輪 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 二、機(jī)械加工后表面層金相組織的變化 —— 熱變質(zhì)層 3. 影響磨削燒傷的因素及改善途徑 開槽砂輪 a） 等距開槽 b）變距開槽 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 三、機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 1. 殘余應(yīng)力的定義 定義： 機(jī)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(chǎn)生互相平衡的彈性力，這種應(yīng)力即為表面層的 殘余應(yīng)力 。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 冷塑性變形 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)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓 應(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。 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。表面層體積膨脹 時因受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力；反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 三、機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 2. 表面層殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 切削熱在表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力的示意圖 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 三、機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 磨削裂紋和殘余應(yīng)力有著十分密切的關(guān)系。 在磨削過程中，當(dāng)工件表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力超過工件材料的強(qiáng)度極限時，工件表面就會產(chǎn)生裂紋。 磨削裂紋常與燒傷同時出現(xiàn)。 磨削裂紋的產(chǎn)生與材料性質(zhì)及熱處理工序有很大關(guān)系。磨削硬質(zhì)合金時，由于其脆性大，抗拉強(qiáng)度低以及導(dǎo)熱性差，所以特別容易產(chǎn)生磨削裂紋。磨削合碳量高的淬火鋼時，由于其晶界脆弱，也容易產(chǎn)生磨削裂紋。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 三、機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 3. 磨削裂紋 第四章 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。切削加工時起主要作用的往往是冷態(tài)塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。磨削加工時起主要作用的通常是熱態(tài)塑性變形或金相組織變化引起的體積變化，表面層常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。 43 機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化 三、機(jī)械加工后表面層的殘余應(yīng)力 4. 影響表面殘余應(yīng)力的主要因素 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 對零件使用性能危害甚大的殘余拉應(yīng)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(chǎn)上的一項重要問題。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。 提高表面質(zhì)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(shù)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(xué)性能，以 提高其表面質(zhì)量 。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 一、選擇合理的磨削參數(shù) 生產(chǎn)中比較可行的辦法是通過試驗來確定磨削參數(shù)：先按初步選定的磨削參數(shù)試磨，檢查工件表面熱損傷情況，據(jù)此調(diào)整磨削參數(shù)直至最后確定下來。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)。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 光整加工是用粒度很細(xì)的磨料對工件表面進(jìn)行微量切削和擠壓、擦光的過程。光整加工工藝所使用的工具都是浮動連接，由加工面自身導(dǎo)向，而相對于工件的定位基準(zhǔn)沒有確定的位置，所使用的機(jī)床也不需要具有非常精確的成形運動。這些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，一般不能糾正形狀和位置誤差，加工精度主要由前面工序保證。 光整加工工藝方法有珩磨、超精加工、研磨、拋光等 。 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 二、光整加工工藝 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 二、光整加工工藝 超精加工： 用細(xì)粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤滑條件下，以快而短促的往復(fù)運動，對低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行振動研磨的一種微量磨削加工方法。 珩磨： 利用珩磨工具對工件表面施加一定的壓力，同時珩磨工具還要相對工件完成旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。珩磨后工件圓度和圓柱度一般可控制在 ~，尺寸精度可達(dá) IT6~IT5，表面粗糙度在 ~。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 二、光整加工工藝 研磨： 利用研磨工具和工件的相對運動，在研磨劑的作用下，對工件表面進(jìn)行光整加工的一種加工方法。研磨可采用專用的設(shè)備進(jìn)行加工，也可采用簡單的工具，如研磨心棒、研磨套、研磨平板等對工件表面進(jìn)行手工研磨。研磨可提高工件的形狀精度及尺寸精度，但不能提高表面位置精度，研磨后工件的尺寸精度可達(dá) ，表面粗糙度可達(dá) ~ 。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 對于承受高應(yīng)力、交變載荷的零件可以采用噴丸、液壓、擠壓等表面強(qiáng)化工藝使表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷硬層并降低表面粗糙度值，從而提高耐疲勞強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能。但是采用強(qiáng)化工藝時應(yīng)很好控制工藝參數(shù)，不要造成過度硬化，否則會使表面完全失去塑性性質(zhì)，甚至引起顯微裂紋和材料剝落，帶來不良的后果。 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 1. 噴丸 噴丸強(qiáng)化 是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為 ~4mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。珠丸可以采用鑄鐵、砂石以及鋼鐵制造。所用設(shè)備是壓縮空氣噴丸裝置或機(jī)械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以 35~50mm/s的速度噴出。噴丸強(qiáng)化工藝可用來加工各種形狀的零件，加工后零件表面的硬化層深度可達(dá) mm，表面粗糙度值 Ra可由 ，使用壽命可提高幾倍甚至幾十倍。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 2. 滾壓加工 滾壓加工是在常溫下通過淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應(yīng)力，使零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度得以提高。滾壓加工可使表面粗糙度 Ra值從 ~5μm減小到 ~，表面層硬度一般可提高 20%～ 40%，表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高 30%～ 50%。滾壓用的滾輪常用碳素工具鋼 T12A或者合金工具鋼 CrWMn、 Cr1 CrNiMn等材料制造，淬火硬度在 62~64HRC；或用硬質(zhì)合金 YG YT15等制成。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 3. 金剛石壓光 金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用。壓光后的零件表面粗糙度可達(dá) ~，耐磨性比磨削后的提高 ~3倍，但比研磨后的低 20~40%，而生產(chǎn)率卻比研磨高得多。金剛石壓光用的機(jī)床必須是高精度機(jī)床，它要求機(jī)床剛性好、抗振性好，以免損壞金剛石。此外，它還要求機(jī)床主軸精度高，徑向跳動和軸向竄動在 ，主軸轉(zhuǎn)速能在 2500~6000 r/min的范圍內(nèi)無級調(diào)速。機(jī)床主軸運動與進(jìn)給運動應(yīng)分離，以保證壓光的表面質(zhì)量。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 三、采用冷壓強(qiáng)化工藝 4. 液體磨料強(qiáng)化 液體磨料強(qiáng)化是利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強(qiáng)化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度的一種工藝方法。 液體和磨料在 400~800Pa壓力下，經(jīng)過噴嘴高速噴出，射向工件表面，借磨粒的沖擊作用，碾壓加工表面，工件表面產(chǎn)生塑性變形，變形層僅為幾十微米。加工后的工件表面具有殘余壓應(yīng)力，提高了工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 1. 表面粗糙度的測定 2. 冷作硬化的測定 1）金相法 將試件的側(cè)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。 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。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(shù)有變化， 則干涉圈將產(chǎn)生位移，同時強(qiáng)度減弱，可用膠片記錄其結(jié)果。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。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 2. 冷作硬化的測定 3）測量顯微硬度法 a、 HV值法：用機(jī)械拋光或電拋光逐層去除冷硬層，測量其顯微硬度，直至與基體相同為止，從去除的厚度可得到硬化深度。 b、 硬化層深度 h：在試件的側(cè)面磨出金相磨片，從外向內(nèi)打顯微硬度，從其硬度變化得知硬化深度，如果硬化層很薄，則這種方法不行。 c、 當(dāng)硬化層很薄時，可在斜切面上測量顯微硬度。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。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 2. 冷作硬化的測定 4）脆性涂料法 5）激光全息法 6）再結(jié)晶法 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 3. 金相組織變化的測定 (1)氧化膜法 磨削燒傷時，表面形成氧化膜，隨著燒傷時的溫不同，呈現(xiàn)不同顏色，從而可看出其燒程度。 (2)顯微硬度法 由于磨削燒傷時表層的顯微硬度有變化，故可從顯微硬度來測定燒傷的程度和深度。具體方法同上。 (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。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 4. 殘余應(yīng)力的測定 （ 1）物理化學(xué)法 將有殘余應(yīng)力的試件放人相應(yīng)的腐蝕劑中，表面就會產(chǎn)生裂紋。從裂紋的方向可以判斷殘余應(yīng)力的性質(zhì)，縱向裂紋是由切向應(yīng)力引起的，橫向裂紋是由軸向拉應(yīng)力引起的。從裂紋出現(xiàn)的時間，可定性的估計殘余應(yīng)力的大小。裂紋出現(xiàn)愈快，殘余應(yīng)力愈大。 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。 第四章 機(jī)械加工表面質(zhì)量 44 控制加工表面質(zhì)量的途徑 四、表面質(zhì)量的檢查 4. 殘