《44+机械加工表面质量.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《44+机械加工表面质量.ppt（26页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、4.4 机械加工表面质量 surface quality of Machining,内容提要： 表面质量对零件使用性能的影响 影响表面粗糙度的因素 降低表面粗糙度的工艺措施,概述,重要性：机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取决于零件表面层的质量。 目的：为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。,概述,零件机加工表面质量的评定： （1）表面几何形状特征 （2）加工表面层的物理机械性能,a、表面粗糙度：表面的微观几何形状误差。,b、波度：介于微观几何
2、形状误差和表面粗糙度之间的周期性的几何形状误差。,a、表面层材料的塑性变形与加工硬化；,b、表面层金相组织的变化（高温）-特别是针对磨削，也称磨削烧伤；,c、表面层产生残余应力。,表面粗糙度与波度 Roughness and Waviness,H表面粗糙度高度,A波度的高度,机加工表面质量对机器使用性能的影响,（一）表面质量对耐磨性的影响 1.表面粗糙度对耐磨性的影响 一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的峰部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损（三个阶段？）
3、。 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。(1)一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。(2)但若表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。,2.表面冷作硬化对耐磨性的影响 impact of Surface work-harden on the wearability,(1)加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。 (2)但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现
4、裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。,（二）表面质量对疲劳强度的影响 impact of Machining surface quality on fatigue strength,金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表 面冷硬层下面： 1.表面粗糙度对疲劳强度的影响 交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集 中，产生疲劳裂纹。 规律：Ra，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏能力 。 2.残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响 表面层残余拉应力疲劳裂纹 ，疲劳破坏加速； 表面残余压应力阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏产生。 一般，表面冷硬伴有残余压应力的产生，可以
5、防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。硬化过高，则反之。,（三)表面质量对耐蚀性的影响,1、零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。 表面粗糙度值愈大凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀 性就愈差。 2、表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，耐磨性 残余压应力 防止应力腐蚀开裂。,（四）表面质量对配合质量的影响 the influence of Surface quality on fit quality,表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量： a、间隙配合 Ra，磨损 ,间隙增大，破坏了要求的配合性质。 b、过盈配合 装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量，降低了配合
6、件间的连接强度。,三、影响表面粗糙度的因素及措施,三个方面的因素： 1、几何因素切削层的残留面积（参数：Ac,hc) 车削为例，切削层残留面积越大，则Ra 措施：(1）降低f或减小kr、kr; (2)增大刀尖圆弧半径r,几何因素,物理因素,工艺系统的振动,H,H,理论粗糙度,影响表面粗糙度的因素,2、物理因素积屑瘤、鳞刺 抑制积屑瘤和鳞刺的措施：关键减少加工时的塑性变形，影响最大的是切削速度与切削材料性质。,具体 措施：,（1）选择合适的切削速度，避开中速区如：精加工钢料时，常用低速（如铰孔、拉孔）或高速（精车、精镗）,（2）合理选择加工材料和热处理方法，如低碳钢与低合金钢，常预先做调质或正火
7、。,（3）采用合适刀具材料、角度提高刀具刃磨质量，请思考:前角、后角？金钢石车刀精车铝合金，Ra降低，为什么?,（4）合理选用冷却润滑液。思考：为什么？,影响表面粗糙度的因素 affecting factors of surface roughness,3、加工过程中的振动(Vibration),机械加工中的 振动类型,切削力突变（切入时），外力冲击,受周期干扰力（地基、电机、齿轮啮合、回转件不平衡、多刃多齿刀具）,系统自身引起的交变切削力作用，加强和维持了自身振动,振动的危害,表面质量下降 （振纹）,降低机床、夹具、刀具寿命 （联接松动，崩刃、 磨损）,限制生产率的提高 （切削用量不能提高）
8、,环境污染 （噪音）,（2）强迫振动的特点及来源 the feature and source of forced vibration,两个重要特点：,a、工艺系统 激振力,b、当激振频率等于工艺系统固有频率，共振，可能使振动系统受到严重破坏。,两个主要振源：,a、机床内部机内振源（四个方面，思考？）,b、机床外部机外振源：附近设备的振动通过地基传给机床,（1）高速旋转件不平衡引起的振动；,（2）传动机构缺陷引起的振动；,（3）切削过程中的冲击引起的振动；,（4）往复运动部件的惯性力引起的振动。,减小强迫振动的途径,（1）减小和消除振源的激振力（根本） 举例1：消除工艺系统回转零件的不平衡形成
9、周期性的干 扰振源,控制方法：,静平衡针对轴向尺寸较小（b/D0.2)的盘状转子,如：齿轮、带轮、链轮等。 方法：加减配重，使惯性力之和为0，P=0,动平衡针对轴向尺寸较大的转子（b/D=0.2) 方法： P=0 M=0,举例2：提高机床传动元件的制造精度与装配精度。 如：齿轮精度不高、齿形误差过大会引瞬间传动比突变； 基节误差过大会在啮合过渡瞬间发生冲击。,减小强迫振动的途径,（2）隔振在振动传递的路线上设置障碍，使振动不能传递到刀具和工件上去。,两类：,（i)积极隔振将机外振源隔离起来，防止振动向机床传递,(ii)消极隔振把机床本身用隔振垫隔离起来，防止外部振源向 机床传递。,措施：,把需
10、要隔离的机床或设备安装在合适的弹性装置（隔振器）上，使大部分振动为隔振装置所吸收。,（3）提高工艺系统的刚度和阻尼。自己思考：如何提高？,（3）自激振动的特点及来源 the feature and source of self-excited vibration,三个特点：,c、一种不衰减的振动（因周期性的切削力加强和维持振动，补充阻尼损耗）,b、振动频率等于或接近系统的固有频率,a、停止切削或磨损，即使机床仍空转，自激振动也就停止。,振源：周期性变化的切削力,因切削过程中交变切削力所产生的自激振动频率较高，通常又称颤振。它严重地影响机械加工表面质量和生产率。,能量抵消,能量抵消,消耗能量,获
11、得能量,（2）振型耦合自激振动机理,实际生产中，机械加工系统一般是具有不同刚度和阻尼的弹簧系统，具有不同方向性的各弹簧系统复合在一起，满足一定的组合条件就会产生自激振动，这种复合在一起的自激振动机理称振型耦合自激振动机理。,车床刀架振动系统 刀尖沿椭圆轨迹 abcd 作顺时针方向运动时，因 x1 为低刚度主轴，且位于切削力 F 与法向 X 的夹角 之内，切入半周期内（abc）的平均切削厚度比切出半周期（cda）的小，系统有能量获得，使振动得以维持。,k1 = k2 无振动 k1 k2 无振动 k1 k2 振动,若在切削（磨削）过程中产生两次走刀间的重叠现象，则由于前次的波纹，将引起后次的切厚发
12、生变化，使切削力改变而产生振动。,消除或减少自激振动的方法,）减小重叠系数,（1）破坏自振条件，提高切削稳定性,） 合理选择切削用量 增大 f 、vc，减小ap，避开振动易发区,）合理选择刀具参数 加大主偏角kr 、前角0，减少切削力； 适当减小后角0，增大摩擦阻尼,例如：,消除或减少自激振动的方法,(2) 提高工艺系统刚度，增强抗振性；,刮研结合面，减少连接薄弱环节，提高接触刚度 滚动轴承加预载 使用固定顶尖代替活动顶尖 细长轴加工时采用中心架、跟刀架，反向车削 镗孔时镗杆加镗套,）提高机床、刀具和工件夹持系统的动刚度, ）增加加工系统阻尼,材料内阻尼 混凝土 铸铁 钢 铸铁 加 薄壁封砂 结合面摩擦阻尼 活动面：调整间隙，施加预紧 固定面：加工方法，表面粗糙度,(i)阻尼器通过阻尼作用把振动能量转变为热能而达到减小振动的目的。分固体摩擦、液体摩擦以及电磁式。,(ii)减振器：分动力式和冲击式。,（3）采用减振装置,金刚石刀具研磨装置示意图 The lapping setup for diamond tool 1：空气隔振垫 2：电机 3：空气静压轴承 4：配重 5：装夹系统 6：单晶金刚石 7：高磷铸铁研磨盘,金刚石刀具研磨技术,