【正文】 磨削工件時，當(dāng)工件表面層溫度達到或超過金屬材料的相變溫度時，表層金屬材料的金相組織將發(fā)生變化，表層顯微硬度也相應(yīng)變化，并伴隨有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微裂紋，同時出現(xiàn)彩色氧化膜，這種現(xiàn)象稱磨削燒傷。 （ 1）磨削燒傷 95 馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 θ 相變溫度 馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸾M織 （ 索氏體或屈氏體 ） 磨削淬火鋼時，由于磨削區(qū)溫度的不同，可能產(chǎn)生三種燒傷： 回火燒傷 淬火燒傷 退火燒傷 θ 相變溫度時急冷 ， 表層出現(xiàn)二次淬火 ， 硬度提高；內(nèi)層產(chǎn)生過回火組織 ， 硬度降低 未用磨削液， θ 相變溫度時慢冷，出現(xiàn)退火，硬度降低 96 磨削的高溫在工件表面層引起熱應(yīng)力和金相組織相變帶來的體積應(yīng)力，且多呈現(xiàn)為 殘余拉應(yīng)力 。 如果這種拉應(yīng)力超過了工件材料的抗拉強度極限時，工件磨削表面就會產(chǎn)生裂紋 —— 磨削裂紋。 （ 2）磨削裂紋 磨削淬火鋼、滲碳鋼及硬質(zhì)合金工件時，常常在垂直于磨削的方向上產(chǎn)生微小龜裂，嚴重時發(fā)展成 龜殼狀微裂紋 。有的裂紋不在工件的外表面，而是在表面層下，用肉眼根本無法發(fā)現(xiàn)。 97 在零件的制造過程中，一方面要設(shè)法避免裂紋的產(chǎn)生，另一方面要采用適宜的檢驗方法來檢查工件的表面質(zhì)量。 磨削裂紋的方向常與磨削方向垂直或呈網(wǎng)狀，并且與燒傷同時出現(xiàn)。 磨削裂紋降低零件疲勞強度，甚至早期出現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂。 98 （ 3）減輕磨削燒傷、裂紋的途徑 減少熱量的產(chǎn)生 加速熱量的傳出 ① 選擇合理的磨削用量 減小磨削深度 ap ， 直至進行無進給光磨 增大進給量 f， 減少砂輪和工件表面的接觸時間 ,以免升溫 。 為保證加工表面粗糙度 ， 可用寬砂輪 。 增加工件速度 vw， 減少接觸時間 ， 使傳到工件上的熱量相對減少 。 為防止表面粗糙度增大 ， 可同時增加砂輪速度 vc—— 高速磨削 ， 且可有效地避免磨削燒傷 。 99 ② 提高冷卻效果 采用高壓大流量法 提高冷卻、沖洗效果 安裝帶空氣擋板的噴嘴 使磨削液順利噴注到磨削區(qū) 采用磨削液霧化法或內(nèi)冷卻法 進一步增強冷卻效果 100 ③ 正確選用砂輪 正確選用磨料、結(jié)合劑、粒度、硬度與組織等 開槽砂輪 ④ 選用新結(jié)構(gòu)和新工藝 改進砂輪修整工藝 101 4. 表面強化工藝 利用表面層的冷作硬化和殘余壓應(yīng)力，提高零件的抗疲勞強度和使用壽命。 漲孔 滾柱滾壓 單滾珠滾壓 鋼球擠壓 多滾珠滾壓 噴丸 102 機械加工過程中的振動及控制 機械加工中的 振動類型 自由振動 5% 強迫振動 30% 自激振動 65% 概述 切削力突變 （ 切入時 ） ， 外力沖擊 受周期干擾力（地基、電機、齒輪嚙合、回轉(zhuǎn)件不平衡、多刃多齒刀具） 系統(tǒng)自身引起的交變切削力作用，加強和維持了自身振動 103 振動的危害 表面質(zhì)量下降 （振紋） 降低機床、夾具、刀具壽命 （聯(lián)接松動，崩刃、 磨損） 限制生產(chǎn)率的提高 （切削用量不能提高） 環(huán)境污染 （噪音） 104 超精密車床 實現(xiàn)了鏡面加工 掃描隧道顯微技術(shù) （ Scanning Tunnel Microscope , STM） 實現(xiàn)了原子搬遷 需要精密的隔振環(huán)境 105 4 3 2 1 7 6 5 金剛石刀具研磨裝置示意圖 The lapping setup for diamond tool 1：空氣隔振墊 2：電機 3：空氣靜壓軸承 4：配重 5：裝夾系統(tǒng) 6：單晶金剛石 7：高磷鑄鐵研磨盤 金剛石刀具研磨技術(shù) 106 隔振前金剛石刀具前刀面 AFM形貌 The rake face AFM topography of lapped diamond tool without air vibration isolators a）水平方向 b）垂直方向 隔振前機床正常工作的振動情況 The amplitude and frequency of lapping machine without air vibration isolators 殘留在前刀面的研磨痕跡明顯 ，都為納米尺度的塑性溝槽 ， 表面波紋度相對較大 ， 其表面粗糙度值為 Ra nm 水平方向振幅為 μm 垂直方向振幅為 μm 隔振前 107 a）水平方向 隔振后機床正常工作的振動情況 The amplitude and frequency of lapping machine with air vibration isolators b）垂直方向 隔振后金剛石刀具前刀面 AFM形貌 The rake face AFM topography of lapped diamond tool with air vibration isolators 研磨后殘留在前刀面的塑性溝槽已模糊不清 ， 表面相對比較平整 ， 其表面粗糙度值為 Ra nm 水平方向振幅為 μm 垂直方向振幅為 μm 隔振后 108 強迫振源 機外振源 通過地基傳給工藝系統(tǒng) 機內(nèi)振源 電機振動 （ 轉(zhuǎn)子 、 磁力不平衡 ） 回轉(zhuǎn)零件不平衡 （ 卡盤 、 砂輪 、 刀盤 、 工件等 ） 傳動件振動 （ 齒輪嚙合 、 皮帶接頭 、 軸承誤差 ） 往復(fù)件慣性力 （ 牛頭刨床滑枕的運動 ） 切削沖擊（斷續(xù)切削、帶槽工件、材料不均） 強迫振動及控制 109 查找振源的方法 工件表面振紋 振動信號分析 車回轉(zhuǎn)零件 刨平面零件 頻譜分析 60nmf ?lvf601000?其中： f—— 振動頻率， Hz n—— 主軸轉(zhuǎn)數(shù)， rpm m—— 振紋數(shù)，個 v—— 切削速度， m/min l—— 振紋波長， mm 110 消除與控制強迫振動的措施 減小或消除 振源激振力 減小沖擊切削振動 改變機床轉(zhuǎn)速 增加刀具齒數(shù) 減小切削力（用量選擇） 刀具設(shè)計（不等齒距端銑） 回轉(zhuǎn)件動平衡 采用隔振裝置吸收振源能量，隔離或減少外界振動對加工的干擾 提高工藝系統(tǒng)剛度，增加系統(tǒng)阻尼，使系統(tǒng)固有頻率避開共振區(qū) 采用減振器和阻尼器，消耗振動能量 111 自激振動及其控制 因切削過程中交變切削力所產(chǎn)生的自激振動頻率較高，通常又稱顫振。它嚴重地影響機械加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。 （ 1）再生自激振動機理 切削過程中的偶然干擾使加工系統(tǒng)產(chǎn)生了振動，并在加工表面上留下振紋。當(dāng)?shù)诙巫叩稌r，刀具就將在有振紋的表面上切削，使得切削厚度發(fā)生變化，導(dǎo)致切削力作周期性地變化，這種效應(yīng)稱 再生效應(yīng) 。由此產(chǎn)生的自激振動稱 再生自激振動 。 能量抵消 能量抵消 消耗能量 獲得能量 振動 112 （ 2）振型耦合自激振動機理 實際生產(chǎn)中 ， 機械加工系統(tǒng)一般是具有不同剛度和阻尼的彈簧系統(tǒng) ， 具有不同方向性的各彈簧系統(tǒng)復(fù)合在一起 ， 滿足一定的組合條件就會產(chǎn)生自激振動 ， 這種復(fù)合在一起的自激振動機理稱振型耦合自激振動機理 。 車床刀架振動系統(tǒng) 刀尖沿橢圓軌跡 abcd 作順時針方向運動時 ， 因 x1 為低剛度主軸 ， 且位于切削力 F 與法向 X 的夾角 β 之內(nèi) ，切入半周期內(nèi) （ abc） 的平均切削厚度比切出半周期 （ cda） 的小 ， 系統(tǒng)有能量獲得 ， 使振動得以維持 。 k1 = k2 無振動 k1 k2 無振動 k1 k2 振動 113 若在切削 （ 磨削 ） 過程中產(chǎn)生兩次走刀間的重疊現(xiàn)象 ， 則由于前次的波紋 ， 將引起后次的切厚發(fā)生變化 ， 使切削力改變而產(chǎn)生振動 。 消除或減少自激振動的方法 Ⅰ ）減小重疊系數(shù) μ ① 破壞自振條件，提高切削穩(wěn)定性 0≤ μ ≤ 1 無再生振動 再生振動大 bbd??（外圓車削） 重疊系數(shù)為： BfB ???（外圓磨削） f 114 例如： 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 115 例如： 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 Ⅱ ） 合理選擇切削用量 增大 f 、 vc， 減小 ap， 避開振動易發(fā)區(qū) 116 例如： 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 Ⅱ ） 合理選擇切削用量 增大 f 、 vc， 減小 ap， 避開振動易發(fā)區(qū) Ⅲ ）合理選擇刀具參數(shù) 加大主偏角 kr 、前角 γ0，減少切削力； 適當(dāng)減小后角 α 0，增大摩擦阻尼 117 Ⅱ ） 合理選擇切削用量 增大 f 、 vc， 減小 ap， 避開振動易發(fā)區(qū) Ⅲ ）合理選擇刀具參數(shù) 加大主偏角 kr 、前角 γ0，減少切削力； 適當(dāng)減小后角 α 0，增大摩擦阻尼 例如： 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 采用 消振棱 ，增加切削阻尼 118 Ⅱ ） 合理選擇切削用量 增大 f 、 vc， 減小 ap， 避開振動易發(fā)區(qū) Ⅲ ）合理選擇刀具參數(shù) 加大主偏角 kr 、前角 γ0，減少切削力； 適當(dāng)減小后角 α 0，增大摩擦阻尼 例如： 采用 消振棱 ，增加切削阻尼 Ⅳ ）調(diào)整系統(tǒng)低剛度主軸位置 削扁鏜桿 車三角螺紋 μ = 0 切斷車刀切斷工件 μ = 1 90186。主偏角車刀車外圓 μ = 0 119 ② 提高工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性 刮研結(jié)合面，減少連接薄弱環(huán)節(jié)，提高接觸剛度 滾動軸承加預(yù)載 使用固定頂尖代替活動頂尖 細長軸加工時采用中心架、跟刀架， 反向車削 鏜孔時鏜桿加鏜套 Ⅰ ）提高機床、刀具和工件夾持系統(tǒng)的動剛度 Ⅱ ）增加加工系統(tǒng)阻尼 材料內(nèi)阻尼 混凝土 鑄鐵 鋼 鑄鐵 加 薄壁封砂 結(jié)合面摩擦阻尼 活動面：調(diào)整間隙，施加預(yù)緊 固定面：加工方法，表面粗糙度 120 ③ 采用阻尼減振裝置 Ⅰ ） 利用摩擦阻尼消耗振動能量 （ 摩擦減振器 ） 121 Ⅱ ） 利用附加質(zhì)量隨系統(tǒng)振動平衡干擾力以減振 （動力減振器） 122 演講完畢，謝謝觀看！