《機(jī)械制造工藝學(xué)》教案課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)課題：影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素及其改善措施教學(xué)目標(biāo)：掌握影響加工硬化的因素及消除加工硬化的方法；掌握影響表面殘余應(yīng)力的因素及消除表面殘余應(yīng)力的方法；了解磨削表面燒傷、磨削表面裂紋的產(chǎn)生原因及控制措施；教學(xué)重點(diǎn)：掌握影響表面殘余應(yīng)力的因素及消除表面殘余應(yīng)力的方法；了解磨削表面燒傷、磨削表面裂紋的產(chǎn)生原因及控制措施。教學(xué)難點(diǎn)：綜合分析力熱對(duì)表面力學(xué)性能的影響。教具儀器：多媒體第二節(jié)影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素及其改善措施3.2影響表層金屬力學(xué)物理性能的工藝因素及其改善措施3.2.1表面冷作硬化影響加工硬化的主要因素有刀具幾何參數(shù)及磨損，切削用量和工件材料等。加工方法刀具磨損圖4-65顯示了刀具后刀面磨損對(duì)冷硬的影響。由圖可見，刀具后刀面磨損寬度VB從0增大到0.2mm，表層金屬的顯微硬度由220HV增大到340HV，這是由于磨損寬度加大后，刀具后刀面與被加工工件的摩擦加劇，塑性變形增大，導(dǎo)致表面冷硬增大。但磨損寬度繼續(xù)加大，摩擦熱急劇增大，弱化趨勢(shì)變得明顯，表層金屬的顯微硬度逐漸下降，直至穩(wěn)定在某一水平上。圖4-65后刀面磨損對(duì)冷硬的影響工件方面研究表明，工件材料硬度越低、塑性增大，加工硬化程度N和硬化層深度越大。就結(jié)構(gòu)鋼而言，含碳（C）量少，塑性變形大，硬化嚴(yán)重。如：切削軟鋼N=140%～200%。切削用量切削用量vc、f對(duì)加工硬化的影響如圖4-66、圖4-67所示。通常加大進(jìn)給量時(shí)，表層金屬的顯微硬度將隨之增大。這是因?yàn)殡S著進(jìn)給量的增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增大。切削速度對(duì)冷硬程度的影響是力因素和熱因素綜合作用的結(jié)果。當(dāng)切削速度增大時(shí)，刀具與工件的作用時(shí)間減少，使塑性變形的擴(kuò)展深度減小，因而有減小冷硬程度的趨勢(shì)。但切削速度增大時(shí)，切削熱在工件表面層上的作用時(shí)間也縮短了，又有使冷硬程度增加的趨勢(shì)。切削深度對(duì)表層金屬冷作硬化的影響不大?？刂萍庸び不拇胧?）選擇較大的刀具前角γo和后角αo及較小的刃口鈍圓半徑rn。2）合理確定刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB值。3）提高刀具刃磨質(zhì)量。4）合理選擇切削用量，盡量選擇較高的vc和較小的f。5）使用性能好的切削液。6）改善工件的切削加工性。3.2.2影響表面金屬殘余應(yīng)力的因素及控制措施影響表層金屬殘余應(yīng)力的主要因素有刀具幾何參數(shù)及磨損，切削用量和工件材料等。刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)中對(duì)殘余應(yīng)力影響最大的是刀具前角。圖4.55給出了硬質(zhì)合金刀具切削45鋼時(shí)，刀具前角γo對(duì)殘余應(yīng)力的影響規(guī)律。當(dāng)γo由正變?yōu)樨?fù)時(shí)，表層殘余拉應(yīng)力逐漸減小。這是因?yàn)棣胦減小，rn增大，刀具對(duì)加工表面的擠壓與摩擦作用加大，從而使殘余拉應(yīng)力減小；當(dāng)γo為較大負(fù)值且切削用量合適時(shí)，甚至可得到殘余壓應(yīng)力。刀具磨損刀具后刀面磨損VB值增大，使后刀面與加工表面摩擦增大，也使切削溫度升高，從而由熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力的影響增強(qiáng)，使加工表面呈殘余拉應(yīng)力，同時(shí)使殘余拉應(yīng)力層深度加大（見圖4.56）。工件材料工件材料塑性越大，切削加工后產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力越大，如：工業(yè)純鐵、奧氏體不銹鋼等。切削灰鑄鐵等脆性材料時(shí)，加工表面易產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，原因在于刀具的后刀面擠壓與摩擦使得表面產(chǎn)生拉伸變形，待與刀具后刀面脫離接觸后在里層的彈性恢復(fù)作用下，使得表層呈殘余壓應(yīng)力。切削用量切削用量三要素中的切削速度vc和進(jìn)給量f對(duì)殘余應(yīng)力的影響較大。因?yàn)関c增加，切削溫度升高，此時(shí)由切削溫度引起的熱應(yīng)力逐漸起主導(dǎo)作用，故隨著vc增加，殘余應(yīng)力將增大，但殘余應(yīng)力層深度減小。進(jìn)給量f增加，殘余拉應(yīng)力增大，但壓應(yīng)力將向里層移動(dòng)。背吃刀量ap對(duì)殘余應(yīng)力的影響不顯著。3.2.3影響表面金屬殘余應(yīng)力的因素及控制措施磨削燒傷、磨削裂紋及控制措施磨削燒傷磨削工件時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度達(dá)到或超過金屬材料的相變溫度時(shí)，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(shí)出現(xiàn)彩色氧化膜，這種現(xiàn)象稱磨削燒傷。磨削裂紋一般情況下磨削表面多呈殘余拉應(yīng)力，磨削淬火鋼、滲碳鋼及硬質(zhì)合金工件時(shí)，常常在垂直于磨削的方向上產(chǎn)生微小龜裂，嚴(yán)重時(shí)發(fā)展成龜殼狀微裂紋，有的裂紋不在工件外表面，而是在表面層下用肉眼根本無(wú)法發(fā)現(xiàn)。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(shí)出現(xiàn)。其危害是降低零件的疲勞強(qiáng)度，甚至出現(xiàn)早期低應(yīng)力斷裂。磨削燒傷、磨削裂紋的控制措施（1）正確選擇砂輪為避免產(chǎn)生燒傷，應(yīng)選擇較軟的砂輪。選擇具有一定彈性的結(jié)合劑（如橡膠結(jié)合劑，樹脂結(jié)合劑），也有助于避免燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。（2）合理選擇磨削用量從減輕燒傷而同時(shí)又盡可能地保持較高的生產(chǎn)率考慮，在選擇磨削用量時(shí)，應(yīng)選用較大的工件速度vw和較小的磨削深度ap。（3）改善冷卻條件①采用高壓大流量法此法不但可以增強(qiáng)冷卻作用，而且也增強(qiáng)了對(duì)砂輪的沖洗作用，使砂輪不易堵塞。②安裝帶空氣擋板的噴嘴此法可以減輕高速回轉(zhuǎn)砂輪表面處的高壓附著氣流作用，使磨削液能順利噴注到磨削區(qū)。③采用磨削液霧化法或內(nèi)冷卻法采用專門裝置將磨削液霧化，使其帶走大量磨削熱，增強(qiáng)冷卻效果；也可采用內(nèi)冷卻砂輪，其工作原理如圖4-70所示。經(jīng)過嚴(yán)格過濾的磨削液