1、第4節(jié)加工表面質(zhì)量，零件的加工質(zhì)量不僅包括加工精度，還包括加工表面質(zhì)量。加工的零件表面實際上不是理想光滑表面，而是具有不同程度的表面粗糙度、冷鋼、裂紋等表面缺陷。雖然只有很薄的層(微米數(shù)十微米)，但它會對機械零件精度、耐磨性、配合精度、耐蝕性和疲勞強度等產(chǎn)生復(fù)雜的影響，因此必須充分重視，因為它們會影響產(chǎn)品的使用性能和壽命。一，概述，零件表面質(zhì)量，表面質(zhì)量的意義(內(nèi)容)，(1)表面粗糙度對零件耐磨性的影響表面粗糙度過大，太小，不耐磨。如圖所示。表面粗糙度太大，接觸表面的實際壓力增大，粗糙不平的凸棒徐璐嚙合，裂開，斷裂，磨損加劇。表面粗糙度太小會加劇磨損。表面太光滑，不能儲存潤滑油，因此接觸面之間

2、的油膜不容易形成，容易發(fā)生分子粘合，磨損嚴重。表面粗糙度的最佳值與機械零件的工作方式有關(guān)，隨著載荷的增加，磨損曲線向上、向右移動，最佳表面粗糙度值也向右移動。第二，表面質(zhì)量對零件使用性能的影響，圖片表面粗糙度與初始磨損量的關(guān)系，(2)表面層的冷硬化對零件耐磨性的影響，加工表面的冷硬化，一般可以提高零件的耐磨性。因為提高摩擦部表面層金屬的顯微硬度，塑性降低，減少摩擦部接觸部分的彈性變形和塑性變形。冷硬程度越高，耐磨性就越高。因為過度冷卻硬化導(dǎo)致金屬組織過度“膨脹”，在相對運動中金屬脫落，接觸面之間形成了小顆粒，零件可以加速磨損。(1)表面粗糙度對零件疲勞強度的影響越大，疲勞破壞阻力越低。對承受交

3、變載荷的零件的疲勞強度有很大影響。交變載荷下表面粗糙度的凹谷部分容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件的疲勞耐受度越高。相反，表面加工越粗糙，表面的花紋越深，著色半徑越小，防止疲勞破壞的能力越差。(2)表面層冷硬化和殘余應(yīng)力對零件疲勞強度的影響適當?shù)谋砻鎸永溆不梢蕴岣吡慵钠趶姸?。殘余?yīng)力有拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力的區(qū)別，殘余拉伸應(yīng)力容易在加工表面產(chǎn)生裂紋，降低殘余壓力應(yīng)力以降低疲勞強度，可以部分抵消工作載荷施加的拉伸應(yīng)力，延遲疲勞裂紋的擴展，從而提高零件的疲勞強度。3 .表面質(zhì)量對零件工作精度的影響(1)表面粗糙度對零件配合精度的影響表面粗糙度大，擬合精度低。(2

4、)表面殘余應(yīng)力對零件工作精度的影響表面層存在較大的殘余應(yīng)力影響精度的穩(wěn)定性。4表面質(zhì)量對零件腐蝕的影響，(1)表面粗糙度對零件腐蝕的影響，零件表面越粗糙，腐蝕性物質(zhì)越容易積累，凹度越深，滲透和腐蝕作用越強。因此，減少零件表面粗糙度可以提高零件的耐蝕性。(2)表面殘余應(yīng)力對零件耐蝕性的影響零件表面殘余壓力應(yīng)力使零件表面致密，腐蝕性物質(zhì)不易進入，提高零件的耐蝕性，表面殘余拉伸應(yīng)力降低零件的耐蝕性。表面質(zhì)量對零件使用性能的影響也有。減少表面粗糙度可以提高零件的接觸剛度、密封和測量精度。對于滑動零件，可以降低摩擦系數(shù)，以減少熱量和功率損失。，表面質(zhì)量對零件使用性能的影響，零件表面質(zhì)量，粗糙度過大，太小

5、，不耐磨，適度的冷硬提高耐磨性，對疲勞強度的影響，對耐磨性的影響，對耐磨性的影響，對工作精度的影響，粗糙度越大，疲勞強度越低，適度的冷，剩馀的壓力應(yīng)力可以提高疲勞強度。耐蝕性越低，壓縮應(yīng)力就越能提高耐蝕性，拉伸應(yīng)力就越能降低耐蝕性。第三，影響表面粗糙度的主要因素和控制、加工中表面粗糙度形成的原因大體上可以概括為幾何因素和物理力學(xué)因素。(a)切削表面粗糙度，1，幾何因子，刀尖圓弧半徑r主偏轉(zhuǎn)角kr，輔助偏轉(zhuǎn)角kr進給F(圖)，圖車削，切刀時的剩馀區(qū)域高度，h=f/(Cotr Cotr)，h=因此中等碳脆性材料：加工脆性材料時，切削精細，碎屑崩潰，加工表面留下了很多麻點，表面變得粗糙。(2)切削速

6、度的影響，加工塑料材料時切削速度對表面粗糙度的影響(屑和鱗片的影響)，如圖所示。此外，切削速度越高，塑性變形不足，表面粗糙度值越小，選擇低速寬刀精加工和高速精加工時表面粗糙度越小。(4)有效降低表面粗糙度值，包括其他因素的影響、合理使用冷卻潤滑油、適當增加刀具前角度和提高刀具銳化質(zhì)量。(3)進給的影響，減小進給F可以減小表面粗糙度值，但如果進給太小，則表面粗糙度會增加。加工塑料材料時，切削速度對表面粗糙度的影響，影響切削表面粗糙度的因素，刀具幾何，刀具材料，切削質(zhì)量，切削用量，工件材料，影響切削表面粗糙度的因素，(2)磨削表面粗糙度，1，影響磨削中粗糙度的幾何因素，工件的磨削表面，以及在砂輪的

7、單位面積上參與磨削的研磨顆粒越多，磨削表面的瑕疵就越密、均勻，表面粗糙度值就越小。(1)砂輪的磨，砂輪旋轉(zhuǎn)速度越高，在單位時間內(nèi)通過磨削表面的磨數(shù)越多，表面粗糙度值就越小。工件速度對表面粗糙度值的影響與四輪速度的影響相反。隨著工件旋轉(zhuǎn)速度的增加，加工表面的拋光粒子數(shù)的減少，表面粗糙度值增加。如果砂輪的縱向進給小于砂輪的寬度，工件表面重疊，磨損越多，工件表面粗糙度值越小。(3)磨削量，(2)除了使砂輪修整、砂輪修整、砂輪具備正確的幾何形狀外，更重要的是使砂輪工作表面形成整齊尖銳的刀刃(見圖)。因此，砂輪修剪的質(zhì)量對磨削表面的粗糙度有很大影響。砂輪的磨削粒子，2，磨削中影響粗糙度的物理因素，磨削速

8、度遠遠快于正常切削速度，大部分磨削顆粒為負前角，切削葉片不鋒利。大多數(shù)磨粒僅在研磨過程中加工的表面被擠壓，沒有切削效果。加工表面在多次擠壓的情況下發(fā)生凹槽和隆起，拋光時高溫使塑性變形更加嚴重，從而增加了表面粗糙度值。，(1)磨削用量，砂輪的旋轉(zhuǎn)速度材料塑性變形表面粗糙度值磨削深度，工件速度塑性變形表面粗糙度值；為了提高磨削效率，通常在開始磨削時使用較大的徑向進給，在磨削后期使用較小的徑向進給或無進給磨削，以減小表面粗糙度值。(2)工件材料，太硬，磨粒容易制作鈍ra。太軟了，可以阻止四輪RA。韌性太大，由于熱導(dǎo)率差異，磨粒在早期可能會破壞Ra。(2)砂輪的粒度、硬度、磨粒太細，容易使砂輪細微堵塞

9、，因此表面粗糙度值提高，熱傳導(dǎo)狀態(tài)不好會導(dǎo)致工件表面燒傷。砂輪太硬，表面粗糙度增加。砂輪選擇得太軟，增加了表面粗糙度值。影響磨削表面粗糙度的因素、影響磨削表面粗糙度的因素、砂輪粒度、工作材料特性、砂輪修正、磨削用量、砂輪硬度、4、影響表面層物理和機械特性的主要因素、表面物理和機械特性、1 .表面層的冷硬化，(工件表面層金屬在切削力的作用下產(chǎn)生強烈的塑性變形，導(dǎo)致晶格扭曲，晶粒之間的剪切滑移，晶粒長度，纖維化，甚至破碎，增加表面層的強度和硬度)。這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷硬和強化。(2)測量表面層加工硬化的指標，測量表面層加工硬化度的指標1)表面層的顯微鏡也是HV。2)硬化層深度h；3)硬化度

10、N=(HV-HV0)/HV0100式HV0工件原始表面層的顯微硬度。(3)影響表面層加工硬化的因素，刀具幾何的影響，切削量的影響，工件材料性能的影響，2 .表面層殘余應(yīng)力，定義：在加工過程中，工件表面層組織發(fā)生變化時，在表面層和基礎(chǔ)材料的邊界上創(chuàng)建徐璐平衡的彈性。牙齒應(yīng)力是表面層的殘余應(yīng)力。(1)表面層殘余應(yīng)力生成，1)冷狀態(tài)塑性變化，2)熱塑性變化，3)金相組織變化，切削熱在表面金屬中產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力的示意圖，加工后工件表面層的殘余應(yīng)力是冷狀態(tài)塑性變形，熱塑性變形和金相組織變化的綜合結(jié)果。加工時主要作用是冷塑性變形，表面層經(jīng)常產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。磨削時的主要作用通常是熱塑性變形或金相組織變化引

11、起的體積變化，表面層經(jīng)常產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。(2)磨削裂紋的產(chǎn)生，磨削裂紋和殘余應(yīng)力有很密切的關(guān)系。磨削過程中工件表面層發(fā)生的殘余應(yīng)力超過工件材料的強度極限時，工件表面出現(xiàn)裂紋。磨削裂紋經(jīng)常與燒傷同時出現(xiàn)。(3)影響表面殘余應(yīng)力的主要因素，5，提高表面層物理機械性能的加工方法，1滾動加工利用回火和微細拋光輥或球在室溫下擠壓金屬表面，在壓縮點產(chǎn)生彈性和塑性變形，向下壓表面凸起部分，向上壓凹部分，展平先前工藝留下的峰。還可以在工作表面生成硬化層和殘余壓力應(yīng)力。這樣可以提高零件的承載能力和疲勞強度。滾動加工可加工外部圓、孔、平面和整形表面，通常在普通車床、刀架車床或自動車床上進行。圖是典型的滾動加工圖

12、。軋制加工原理，2 .噴霧強化噴霧強化對使用大量快速運動的滾珠加工的工件表面進行打擊，在工作表面產(chǎn)生冷硬層和壓縮殘余應(yīng)力，大大提高了零件的疲勞強度。周環(huán)可以是鑄鐵，也可以是切碎的鐵絲。(過了一段時間，它就會變成自然球體。)對于鋁工件，建議使用鋁藥丸或玻璃藥丸，以免因表面殘留的鐵質(zhì)微粒而發(fā)生電解腐蝕。主環(huán)的直徑通常為0.24mm，對于尺寸較小、表面粗糙度值較小的工件，使用直徑較小的主環(huán)。噴霧強化主要用于加強形狀復(fù)雜或通過其他方法(如板塊彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊接等)加固的渡邊杏工件。噴涂加工后，表面可達到硬化層深度0.7mm，零件表面粗糙度值可從Ra52.5m減少到Ra0.630.32m，

13、零件壽命可增加幾倍或幾十倍。6，機械加工中的振動，振動在工件加工表面產(chǎn)生振動，降低工件的加工精度和表面質(zhì)量。振動引起刀的崩潰，加速刀或砂輪的磨損。振動使機床連接部分松弛，影響運動部的工作性能，失去機床精度。強烈的震動和伴隨的噪音會污染環(huán)境，損害操作員的身心健康。有時，為了減少加工過程中的振動，需要減少加工用量，從而降低加工生產(chǎn)率。(A)機器加工中的振動現(xiàn)象，振動對機器加工的影響，機器加工中的振動種類和主要特征，機器加工振動，當系統(tǒng)被初始干涉力激勵破壞平衡狀態(tài)時，系統(tǒng)僅以彈性恢復(fù)力維持的振動稱為自由振動(圖A)。因為總是有阻尼，自由振動逐漸衰減，周期性沖擊力(干涉力)的持續(xù)作用產(chǎn)生的振動稱為強制

14、振動(圖B)。強制振動的穩(wěn)態(tài)過程是振動，只要振動系統(tǒng)存在，就不會被阻尼衰減。在沒有周期性干擾力的情況下，由振動系統(tǒng)本身產(chǎn)生的交變力刺激和維持的振動稱為資格振動。切削過程中產(chǎn)生的自激振動也稱為顫振。系統(tǒng)外部的周期干涉力旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量偏心傳動機構(gòu)的缺陷切削過程的間隙特性，(2)加工中的強制振動和控制，(1)強制振動是由周期沖擊力引起的，不會因阻尼而衰減，振動本身也不能改變振動力。2)強制振動的振動頻率與外部沖擊力的頻率相同，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。3)強迫振動的振幅與沖擊力的振幅和工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。沖擊力的影響。A0=F/k，進入正常狀態(tài)的強制振動方程是形式中A強制振動的大小。振動體相對于振動力位

15、移的相角；t時間內(nèi)強制振動的幅度為：拓樸角度為：格式的f f f f=f/m；A0系統(tǒng)的靜態(tài)F作用下的靜態(tài)變位(M)，k系統(tǒng)的靜態(tài)剛度(N/M)；頻率比，/0衰減比，C臨界阻尼系數(shù)，)0:1，0.60.7，準靜態(tài)區(qū)域，在牙齒區(qū)域中增加系統(tǒng)靜態(tài)剛度可以減小振動。)1時急劇增加。牙齒現(xiàn)象稱為共振，0.7 1.4區(qū)域稱為共振域，增加牙齒區(qū)域中的阻尼共振。)1點0，1.4區(qū)域稱為慣性區(qū)域，在牙齒區(qū)域中增加振動體的質(zhì)量可以減小振動振幅。采取防塵措施，提高頻率比(圖)的影響、沖擊力減小震源頻率曹征工藝系統(tǒng)的剛度和阻尼，使用減振裝置。(c)機器加工中的自激振動和控制，實際加工過程中偶然的外部干涉(例如工件材

16、料的硬度不平衡、加工馀量變化等)導(dǎo)致切削力發(fā)生變化，從而使工藝系統(tǒng)自由振動。系統(tǒng)的振動會周期性地改變工件和刀具之間的相對位置，從而在切削力波動再次發(fā)生時，工藝系統(tǒng)發(fā)生振動。因此，通常認為自沖擊振動是由振動系統(tǒng)(工藝系統(tǒng))和曹征系統(tǒng)(切削過程)兩部分組成的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖所示。激勵工藝系統(tǒng)產(chǎn)生振動運動的交變力由切削過程本身產(chǎn)生，而切削過程由工藝系統(tǒng)的振動同時控制，當工藝系統(tǒng)的振動停止時，動態(tài)切削力也消失了。圖自振系統(tǒng)的組成，自振特性，自振是由振動系統(tǒng)本身的參數(shù)決定的，與強迫振動明顯不同。自由振動在制動作用下快速衰減，資格振動不會因制動的存在而衰減。自振頻率接近系統(tǒng)的固有頻率。也就是說，振動頻率取決于振動系統(tǒng)的固有特性。這類似于自由振動，但與強制振動根本不同。如圖A所示，是單自由度加工振動模型。將工件系統(tǒng)設(shè)置為絕對剛體，振動系統(tǒng)連接到刀架，僅在Y方向進行單自由度振動。在轉(zhuǎn)向力Fp的作用下，刀具切入，切削運動(振動)。刀柄振動系統(tǒng)同時作用于F彈道之上。y越大，F(xiàn)彈道越大，當Fp=F彈時，刀架的振動停止。對于上述振動系統(tǒng)，反向力Fp是外力，F(xiàn)p