【正文】 ? 習(xí)題： P 235 小結(jié)與習(xí)題集 。重點(diǎn)掌握機(jī)械加工精度和機(jī)械加工表面質(zhì)量的成因和提高加工精度和表面質(zhì)量的改進(jìn)措施，知道提高生產(chǎn)率的途徑和方法。 提高生產(chǎn)率的途徑 ? 本章講述了機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念及其控制方法。采用少或切削加工工藝，如滾壓加工、特種加工等。如采用成組技術(shù)或采用數(shù)控機(jī)床、液壓仿形機(jī)床、順序控制機(jī)床等。 ? （ 4） 縮短準(zhǔn)備和終結(jié)時(shí)間。 ? （ 3） 縮短布置工作地點(diǎn)時(shí)間。 ③ 將輔助時(shí)間與基本時(shí)間全部或部分地重合，如采用多工位夾具、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等措施。 提高生產(chǎn)率的途徑 ③ 采用多件加工，如圖 517所示。 ? ① 采用高效夾具。 ? （ 2）縮短輔助時(shí)間。 提高生產(chǎn)率的途徑 ② 減少工作行程。磨削方面，高速磨削達(dá)到 60 m/s以上。目前廣泛采用的是高速車削和高速磨削，高速切削中采用硬質(zhì)合金車刀的切削速度一般達(dá)到 200 m/min，陶瓷刀具的切削速度達(dá) 500 m/min，人造金剛石車刀在切削普通鋼材時(shí)的切削速度達(dá)到 900 m/min，而在切削 HRC60以上的淬火鋼時(shí)，切削速度達(dá)到 90 m/min。 ? ① 提高切削用量。 提高生產(chǎn)率的途徑 ? 1．縮短單件時(shí)間 ? 采取合理的工藝措施以縮短各工序的單件時(shí)間，是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有效措施之一，下面從單件時(shí)間的組成進(jìn)行分析。 ? 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率涉及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造工藝、生產(chǎn)管理等多方面因素。經(jīng)濟(jì)性一般指生產(chǎn)成本的高低。 影響金相組織變化的工藝因素 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 在制定工藝規(guī)程時(shí)，要在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本。此外，零件材料也是不容忽視的一個(gè)方面，一般而言，導(dǎo)熱系數(shù)低、比熱容小、密度大的材料，磨削時(shí)容易燒傷。 ? 磨削燒傷使零件的使用壽命和性能大大降低，有些零件甚至因此而報(bào)廢，所以磨削時(shí)應(yīng)盡量避免燒傷。不同的燒傷顏色表示表面層金屬經(jīng)歷的不同溫度和不同燒傷深度，它表明工件表面已經(jīng)受到熱損傷的程度。因?yàn)橄牡墓β蚀蟛糠洲D(zhuǎn)化為熱能，故工件表面溫度很高，有時(shí)高達(dá)1000℃ 左右，引起表面層金相組織發(fā)生變化，使表面硬度下降，并伴隨出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力甚至產(chǎn)生細(xì)微裂紋，從而降低零件物理、力學(xué)性能，這種現(xiàn)象稱為 磨削燒傷 。 影響殘余應(yīng)力的工藝因素 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 一般切削加工時(shí)，切削熱大部分被切屑帶走，加工表面溫度不高，故不影響工件表面層的金相組織。如切削加工中，當(dāng)切削溫度不高時(shí)，起主導(dǎo)作用的往往是冷塑性變形，表面層常產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力而使表面強(qiáng)化。 ? 實(shí)際上，已加工表面殘余應(yīng)力是以上三方面綜合作用的結(jié)果。例如磨削淬火鋼時(shí)，原來工件表面是馬氏體比熱容最大，當(dāng)表層出現(xiàn)回火結(jié)構(gòu)（回火燒傷），即回火托氏體或索氏體（密度接近珠光體）時(shí)，體積收縮受里層金屬的阻礙，故工件表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。由于不同的金相組織有不同的密度，表面層金相變化的結(jié)果造成了體積的變化。切削溫度越高，則殘余拉應(yīng)力越大，甚至出現(xiàn)裂紋。當(dāng)切削過程結(jié)束時(shí)，表層溫度下降較快，故收縮變形也大于里層。 引起殘余應(yīng)力的原因 有下述 3個(gè)方面： ? 1．冷塑變形的影響 ? 在機(jī)械加工過程中，因切削力的作用使工件表面受到強(qiáng)烈的塑性變形，尤其是切削刀具對(duì)已加工表面的擠壓和摩擦，使表面層產(chǎn)生冷態(tài)塑性變形，表面體積趨向增大，但受基體金屬牽制而產(chǎn)生了殘余應(yīng)壓力，與里層殘余應(yīng)力相平衡。殘余壓應(yīng)力可提高工件表面的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，殘余拉應(yīng)力則使耐磨性和疲勞強(qiáng)度降低。 ? 被加工工件材料的硬度越低，塑性越好，則切削時(shí)的塑性變形也越大，冷硬現(xiàn)象就越嚴(yán)重。 ? 進(jìn)給量增大，使切削厚度增加，切削力和材料的塑性變形都隨之增大，因此硬化現(xiàn)象增強(qiáng)。因?yàn)榍邢魉俣仍龃?，則切削溫度升高，從而有利于冷硬回復(fù)。 影響冷作硬化的工藝因素 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 減小刀具前角和增大刀尖圓弧半徑都將增大已加工表面層塑性變形，從而使冷硬層的深度和硬化程度也隨之增加。變形速度越大，塑性變形越不充分，則硬化程度降低。表面強(qiáng)化層的深度有時(shí)可達(dá) mm，硬化層的硬度比基體金屬硬度高1～ 2倍。 影響加工表面粗糙度的因素及改善措施 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 由于切削力作用，使被加工表面產(chǎn)生塑性變形，加工表面層晶格間剪切滑移，晶粒拉長、破碎，阻礙金屬進(jìn)一步變形，造成加工表面層材料強(qiáng)化和硬度增加，稱為 加工硬化 。切削液的冷卻和潤滑作用能減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，使切削層金屬表面的塑性變形程度下降，抑制刀瘤、鱗刺的生成，因此可大大減小表面粗糙度。刀具材料與刃磨質(zhì)量對(duì)產(chǎn)生刀瘤、鱗刺等現(xiàn)象影響很大，如用金剛石車刀精車鋁合金時(shí)，由于摩擦因數(shù)較小，刀面上就不會(huì)產(chǎn)生切屑的黏附、冷焊現(xiàn)象，因此能減小粗糙度。后角過小會(huì)增加摩擦。前角值增大時(shí)，塑性變形程度減小，粗糙度也減小。 ? （ 3）刀具的幾何形狀、材料、刃磨質(zhì)量的影響。在中低速切削塑性材料時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤，且塑性變形較大，加工后零件表面粗糙度較大。因此，減小進(jìn)給量可有效地減小表面粗糙度。 影響加工表面粗糙度的因素及改善措施 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? （ 2）切削用量。對(duì)于同種材料，其晶粒組織越大，加工表面粗糙度越大。 ? （ 1）加工材料。減小進(jìn)給量和刀具的主、副偏角，增大刀尖圓角半徑，均能有效地降低表面粗糙度。如動(dòng)力減震器是通過一個(gè)彈性元件和阻尼元件將附加質(zhì)量連接到主震系統(tǒng)上，當(dāng)主震系統(tǒng)震動(dòng)時(shí)，利用附加質(zhì)量的動(dòng)力作用，使加到主振系統(tǒng)上的附加作用力與激振力大小相等、方向相反，從而達(dá)到抑制主振系統(tǒng)震動(dòng)的目的。增強(qiáng)連接結(jié)合面的接觸剛度，對(duì)滾動(dòng)軸承施加預(yù)載荷，加工細(xì)長工件外圓時(shí)采用中心架或跟刀架，鏜孔時(shí)對(duì)鏜桿設(shè)置鏜套等措施，都可以提高工藝系統(tǒng)的剛度。 影響加工表面粗糙度的因素及改善措施 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? ② 改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。使震源產(chǎn)生的部分震動(dòng)被隔震裝置所隔離或吸收。因此，可通過改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比，使激振力的頻率遠(yuǎn)離機(jī)床加工薄弱環(huán)節(jié)的固有頻率，以避免共振。其次調(diào)整震源頻率。盡量減小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷，提高帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及其他傳動(dòng)裝置的穩(wěn)定性。首先減小機(jī)內(nèi)外干擾力。 消減震動(dòng)的途徑有三 ：消除或減弱產(chǎn)生震動(dòng)的條件；改善工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；采用消震減震裝置。 影響加工表面粗糙度的因素及改善措施 機(jī)械加工表面質(zhì)量 圖 515 工藝系統(tǒng)震動(dòng)的分類及產(chǎn)生原因 ? （ 2）減少機(jī)械加工震動(dòng)的途徑。 ? 強(qiáng)迫震動(dòng) —— 工藝系統(tǒng)在外部激振力作用下產(chǎn)生的震動(dòng)。同時(shí)發(fā)出刺耳噪聲，使勞動(dòng)者容易疲勞、身心受到損害、工作效率降低，污染環(huán)境。機(jī)械加工中的震動(dòng)使刀具與工件之間產(chǎn)生相對(duì)位移，嚴(yán)重破壞了工件和刀具之間正常的運(yùn)動(dòng)軌跡，震動(dòng)不僅惡化加工表面質(zhì)量、縮短了刀具和機(jī)床的使用壽命，而且震動(dòng)嚴(yán)重時(shí)加工無法進(jìn)行。鱗刺的出現(xiàn)并不依賴于刀瘤，但刀瘤的存在會(huì)影響鱗刺的生成。加工中出現(xiàn)鱗刺是由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性地停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層與工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，如圖 514（ b）所示。由于刀瘤有時(shí)會(huì)伸出切削刃之外，其輪廓也很不規(guī)則，因而使加工表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕，大大增加了表面粗糙度。另外在切削過程中出現(xiàn)的刀瘤與鱗刺，會(huì)使表面粗糙度嚴(yán)重地惡化，在加工塑性材料（如低碳鋼、鉻鋼、不銹鋼、鋁合金等）時(shí)，常是影響粗糙度的主要因素。 H為殘留面積最大高度， f為進(jìn)給量。 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 機(jī)械加工時(shí)，表面粗糙度形成的原因主要有幾何因素，物理因素、機(jī)床、刀具和工藝系統(tǒng)的震動(dòng)幾方面。 ? 零件表面層的殘余壓應(yīng)力和一定程度的強(qiáng)化都有利于提高零件的抗腐蝕能力，因?yàn)楸砻鎸拥膹?qiáng)化和壓應(yīng)力都有利于阻礙表面裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。腐蝕性物質(zhì)沉積于粗糙表面的凹谷處而發(fā)化學(xué)反應(yīng)，最后使粗糙的凸出部分腐蝕掉，特別是當(dāng)腐蝕作用和摩擦作用同時(shí)存在時(shí)，已被腐蝕的凸出處將因摩擦作用而很快被磨掉，從而加速其腐蝕過程。所以，配合精度要求越高，配合表面 Ra值應(yīng)該越小。 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 3．對(duì)零件配合精度的影響 ? 對(duì)間隙配合表面，如表面粗糙，磨損后會(huì)使配合間隙增大，改變?cè)浜闲再|(zhì)。 ? 表面層的殘余壓應(yīng)力能夠部分抵消工作載荷而引起的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度。 ? 表面層一定程度的加工硬化能阻礙疲勞裂紋的產(chǎn)生和已有裂紋的擴(kuò)展，能提高疲勞強(qiáng)度。 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 2．對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 ? 在交變載荷的作用下，零件表面粗糙度、劃痕和裂紋等缺陷容易引起應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過材料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生和擴(kuò)展疲勞裂紋，造成疲勞損壞。 ? 零件表面層材料的冷作硬化，能提高表面層硬度，增強(qiáng)表面層的接觸剛度，減少了摩擦副接觸部分的彈性和塑性變形，使金屬之間咬合的現(xiàn)象減少，因而增強(qiáng)了耐磨性。但并不是粗糙度越小越耐磨，過于光滑的表面會(huì)擠出接觸面間的潤滑油，形成干摩擦，導(dǎo)致分子之間親和力加強(qiáng)，從而產(chǎn)生表面咬焊、膠合，反而使磨損加劇。 機(jī)械加工表面質(zhì)量概念 機(jī)械加工表面質(zhì)量 ? 1．對(duì)零件耐磨性的影響 ? 零件的耐磨性主要與摩擦副的材料、熱處理狀態(tài)及潤滑條件有關(guān)，但在這些條