《機械加工表面質(zhì)量》PPT課件

《《機械加工表面質(zhì)量》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《機械加工表面質(zhì)量》PPT課件（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 任 何 機 械 加 工 所 得 到 的 零 件 表 面 實 際 上 都 不 是完 全 理 想 的 表 面 ， 實 踐 表 明 ， 機 械 零 件 的 破 壞 一 般 總是 從 表 面 層 開 始 的 。 這 說 明 零 件 的 表 面 質(zhì) 量 是 至 關 重 要的 它 對 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 有 很 大 影 響 。 研 究 加 工 表 面 質(zhì) 量 的 目 的 ， 就 是 要 掌 握 機 械 加 工 的各 種 工 藝 因 素 對 加 工 表 面 質(zhì) 量 影 響 的 規(guī) 律 ， 以 便 應 用 這些 規(guī) 律 控 制 加 工 過 程 最 終 達 到 提 高 加 工 表 面 質(zhì) 量 、 提高 產(chǎn)

2、品 使 用 性 能 的 目 的 。 2零 件 表 面 質(zhì) 量 表 面 粗 糙 度表 面 波 度表 面 物 理 力 學性 能 的 變 化表 面 微 觀 幾 何形 狀 特 征 表 面 層 冷 作 硬 化表 面 層 殘 余 應 力表 面 層 金 相 組 織 的 變 化 3 a） 波 度 b） 表 面 粗 糙 度 零 件 加 工 表 面 的 粗 糙 度 與 波 度 RZ H RZ 表 面 粗 糙 度 ： 加 工 表 面 的 微 觀 幾 何 誤 差 ， 波 長 與 波 高 比值 小 于 50。表 面 波 度 ： 加 工 表 面 不 平 度 波 長 與 波 高 比 值 在 501000的幾 何 形 狀 誤

3、 差紋 理 方 向 ： 表 面 刀 紋 的 方 向傷 痕 ： 加 工 表 面 個 別 位 置 出 現(xiàn) 的 缺 陷 4 5 （ 1） 表 面 粗 糙 度 對 零 件 耐 磨 性 的 影 響 v 表 面 粗 糙 度 太 大 和 太 小 都 不 耐 磨 。 如 圖 所 示 。 6 v表 面 粗 糙 度 太 大 ， 接 觸 表 面 的 實 際 壓 強 增 大 ， 粗 糙 不 平 的凸 峰 相 互 咬 合 、 擠 裂 、 切 斷 ， 故 磨 損 加 劇 ；v表 面 粗 糙 度 太 小 ， 也 會 導 致 磨 損 加 劇 。 因 為 表 面 太 光 滑 ，存 不 住 潤 滑 油 ， 接 觸 面 間 不 易

4、 形 成 油 膜 ， 容 易 造 成 干 摩 擦 而加 劇 磨 損 。v表 面 粗 糙 度 的 最 佳 值 與 機 器 零 件 的 工 作 情 況 有 關 ， 載 荷 加大 時 ， 磨 損 曲 線 向 上 、 向 右 移 動 ， 最 佳 表 面 粗 糙 度 值 也 隨 之右 移 。 7 （ 2） 表 面 層 的 冷 作 硬 化 對 零 件 耐 磨 性 的 影 響v 加 工 表 面 的 冷 作 硬 化 ， 一 般 能 提 高 零 件 的 耐 磨 性 。 因為 它 使 磨 擦 副 表 面 層 金 屬 的 顯 微 硬 度 提 高 ， 塑 性 降 低 ，減 少 了 摩 擦 副 接 觸 部 分 的 彈

5、性 變 形 和 塑 性 變 形 。v 并 非 冷 作 硬 化 程 度 越 高 ， 耐 磨 性 就 越 高 。 這 是 因 為 過分 的 冷 作 硬 化 ， 將 引 起 金 屬 組 織 過 度 “ 疏 松 ” ， 在 相 對運 動 中 可 能 會 產(chǎn) 生 金 屬 剝 落 ， 在 接 觸 面 間 形 成 小 顆 粒 ，使 零 件 加 速 磨 損 。 8 2 表 面 質(zhì) 量 對 零 件 疲 勞 強 度 的 影 響（ 1） 表 面 粗 糙 度 對 零 件 疲 勞 強 度 的 影 響 v 表 面 粗 糙 度 越 大 ， 抗 疲 勞 破 壞 的 能 力 越 差 。v 對 承 受 交 變 載 荷 零 件 的

6、 疲 勞 強 度 影 響 很 大 。 在 交 變 載 荷作 用 下 ， 表 面 粗 糙 度 的 凹 谷 部 位 容 易 引 起 應 力 集 中 ， 產(chǎn) 生 疲 勞裂 紋 。v 表 面 粗 糙 度 值 越 小 ， 表 面 缺 陷 越 少 ， 工 件 耐 疲 勞 性 越 好 ；反 之 ， 加 工 表 面 越 粗 糙 ， 表 面 的 紋 痕 越 深 ， 紋 底 半 徑 越 小 ， 其抗 疲 勞 破 壞 的 能 力 越 差 。 9 （ 2） 表 面 層 冷 作 硬 化 與 殘 余 應 力 對 零 件 疲 勞 強 度 的 影 響 v 適 度 的 表 面 層 冷 作 硬 化 能 提 高 零 件 的 疲 勞

7、 強 度 。v 殘 余 應 力 有 拉 應 力 和 壓 應 力 之 分 ， 殘 余 拉 應 力 容 易 使已 加 工 表 面 產(chǎn) 生 裂 紋 并 使 其 擴 展 而 降 低 疲 勞 強 度 。v 殘 余 壓 應 力 則 能 夠 部 分 地 抵 消 工 作 載 荷 施 加 的 拉 應 力 ，延 緩 疲 勞 裂 紋 的 擴 展 ， 從 而 提 高 零 件 的 疲 勞 強 度 。 10 （ 1） 表 面 粗 糙 度 對 零 件 配 合 精 度 的 影 響 表 面 粗 糙 度 較 大 ， 則 降 低 了 配 合 精 度 。（ 2） 表 面 殘 余 應 力 對 零 件 工 作 精 度 的 影 響 表 面

8、 層 有 較 大 的 殘 余 應 力 ， 就 會 影 響 它 們 精 度 的 穩(wěn) 定性 。 11 （ 1） 表 面 粗 糙 度 對 零 件 耐 腐 蝕 性 能 的 影 響 零 件 表 面 越 粗 糙 ， 越 容 易 積 聚 腐 蝕 性 物 質(zhì) ， 凹 谷 越 深 ，滲 透 與 腐 蝕 作 用 越 強 烈 。 因 此 減 小 零 件 表 面 粗 糙 度 ， 可 以 提 高 零 件 的 耐 腐 蝕 性 能 。（ 2） 表 面 殘 余 應 力 對 零 件 耐 腐 蝕 性 能 的 影 響 零 件 表 面 殘 余 壓 應 力 使 零 件 表 面 緊 密 ， 腐 蝕 性 物 質(zhì) 不 易進 入 ， 可 增

9、強 零 件 的 耐 腐 蝕 性 ， 而 表 面 殘 余 拉 應 力 則 降 低 零件 耐 腐 蝕 性 。 表 面 質(zhì) 量 對 零 件 使 用 性 能 還 有 其 它 方 面 的 影 響 ： 如 減 小表 面 粗 糙 度 可 提 高 零 件 的 接 觸 剛 度 、 密 封 性 和 測 量 精 度 ； 對滑 動 零 件 ， 可 降 低 其 摩 擦 系 數(shù) ， 從 而 減 少 發(fā) 熱 和 功 率 損 失 。 12 表 面 質(zhì) 量 對 零 件 使 用 性 能 的 影 響 小 結(jié) ：零 件 表 面 質(zhì) 量 粗 糙 度 太 大 、 太 小 都 不 耐 磨適 度 冷 硬 能 提 高 耐 磨 性對 疲 勞 強

10、 度 的影 響對 耐 磨 性 影 響 對 耐 腐 蝕 性 能的 影 響對 工 作 精 度 的影 響 適 度 冷 硬 、 殘 余 壓 應 力 能 提 高 疲勞 強 度粗 糙 度 越 大 、 配 合 精 度 降 低殘 余 應 力 越 大 ， 加 工 精 度 降 低粗 糙 度 越 大 ， 耐 腐 蝕 性 越 差壓 應 力 提 高 耐 腐 蝕 性 ， 拉 應 力 反之 則 降 低 耐 腐 蝕 性 13 切 削 加 工 后 表 面 粗 糙 度 的 值 主 要 取 決 于 切 削 殘 留 面積 的 高 度 ， 影 響 殘 留 面 積 高 度 的 因 素 有 ： 刀 尖 圓 弧 半 徑r ， 主 偏 角 k

11、r、 副 偏 角 kr ， 進 給 量 f。 如 圖 所 示1、 刀 尖 的 幾 何 因 素 的 影 響 14 . Kr Kr Y=f(x) L Kr Kr X X 0 0 Y Y f ff/2 H HH/2圖: 理論表面粗糙度 15 . 如 右 上 圖 所 示 ， 由 國 家 標 準 規(guī) 定 的 表 面 粗 糙 度 定 義 ，輪 廓 的 算 術 平 均 偏 差 ： 陰 影 部 分 面 積 / 測 量 長 度同 理 ， 如 右 下 圖 所 示 ， 取 測 量 長 度 為 f的 一 段 工 件 廓 ， 則理 論 表 面 粗 糙 度 為 ： 陰 影 部 分 面 積 / 測 量 長 度 =0La f

12、 ( x )dxR L 0fa f ( x )dx R f 422212 Hf Hf 16 . 而 三 角 形 底 邊 長 度 即 ： 則 而 工 件 外 圓 的 輪 廓 的 算 術 平 均 偏 差 （ 理 論 表 面 粗 糙度 ） 為 ： ，rr ctgHctgHf 222 重 要 結(jié) 論 ： 刀 具 的 幾 何 形 狀 影 響 工 件 的表 面 粗 糙 度 。 生 產(chǎn) 中 ， 一 般 應 減 小 f 和 來 提 高 表 面 粗 糙 度 。）rr ctgctg fH ( 4 a r rfR (ctg ctg ） rk )( ，rrZ ctgctg fHR 17 r rfH ctg ctg 2

13、8fH r 切 削 殘 留 面 積 的 高 度 ： 18 2、 物 理 因 素 的 影 響（ 1） 工 件 材 料 的 影 響v韌 性 材 料 ： 工 件 材 料 韌 性 愈 好 ， 金 屬 塑 性 變 形 愈 大 ， 加 工 表 面 愈 粗 糙 。v材 料 金 相 組 織 ： 對 同 樣 的 材 料 ， 金 相 組 織 越 粗 大 ， 加 工 表 面 粗 糙 度 大 ， 故 對中 碳 鋼 和 低 碳 鋼 材 料 的 工 件 ， 為 改 善 切 削 性 能 ， 減 小 表 面 粗 糙 度 ，常 在 粗 加 工 或 精 加 工 前 安 排 正 火 或 調(diào) 質(zhì) 處 理 。v 脆 性 材 料 ： 加

14、 工 脆 性 材 料 時 ， 其 切 削 呈 碎 粒 狀 ， 由 于 切 屑 的 崩 碎 而 在 加工 表 面 留 下 許 多 麻 點 ， 使 表 面 粗 糙 。 19 （ 2） 切 削 速 度 的 影 響 加 工 塑 性 材 料 時 ， 切 削 速 度 對 表 面 粗 糙 度 的 影 響 隨 切削 速 度 的 變 化 而 變 化 （ 對 積 屑 瘤 和 鱗 刺 的 影 響 ）積 屑 瘤 和 鱗 刺 對 表 面 粗 糙 度 的 影 響 較 大 。鱗 刺 ： 工 件 表 面 上 微 小 的 魚 鱗 狀 倒 刺 。鱗刺的生成機理：在中低速切削塑性金屬材料且 較大時，刀屑之間由于冷焊而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，

15、切屑在前刀面上流動時周期性地受阻而瞬時停留，切屑代替前刀面推擠切削層，造成已加工表面上出現(xiàn)拉應力而導裂，生成鱗刺。 ca 20加 工 塑 性 材 料 時 切 削 速 度 對 表 面 粗 糙 度 的 影 響 切 削 速 度 越 高 ， 塑 性 變 形 越 不 充 分 ， 表 面 粗 糙 度 值 越 小 ：選 擇 低 速 寬 刀 精 切 和 高 速 精 切 ， 可 以 得 到 較 小 的 表 面 粗 糙 度 。切 削 速 度 對 脆 性 材 料 的 影 響 不 大 。 21 （ 3） 進 給 量 的 影 響 減 小 進 給 量 f 固 然 可 以 減 小 表 面 粗 糙 度 值 ， 但 進 給量

16、過 小 ， 表 面 粗 糙 度 會 有 增 大 的 趨 勢 ， 效 率 降 低 。（ 4） 其 它 因 素 的 影 響 此 外 ， 合 理 使 用 冷 卻 潤 滑 液 ， 適 當 增 大 刀 具 的 前 角 ， 提高 刀 具 的 刃 磨 質(zhì) 量 等 ， 均 能 有 效 地 減 小 表 面 粗 糙 度 值 。 22 機 械 加 工 時 ， 工 件 表 面 層 金 屬 受 到 切 削 力 的 作 用 產(chǎn)生 強 烈 的 塑 性 變 形 ， 使 晶 格 扭 曲 ， 晶 粒 間 產(chǎn) 生 剪 切 滑 移 ，晶 粒 被 拉 長 、 纖 維 化 甚 至 碎 化 ， 從 而 使 表 面 層 的 強 度 和硬 度

17、 增 加 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 加 工 硬 化 ， 又 稱 冷 作 硬 化 和 強化 。 1、 定 義 23 2、 切 削 用 量 影 響f 切 削 力 塑 變 冷 硬 f 和 v 對 冷 硬 的 影 響硬度(HV) 0 f (mm /r)0.2 0.4 0.6 0.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400 工 件 材 料 ： 45 一 方 面 ： 切 削 速 度 v塑 變 冷 硬 另 一 方 面 ： 切 削 熱 作 用 時 間 短 ，使 冷 硬 程 度 有 所 增 加 240 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

18、磨 損 寬 度 VB(mm)100180260340硬度(HV) 50鋼 ， v = 40(m/min) f = 0.12 0.2(mm/z)刀 具 后 刀 面 磨 損 對 冷 硬 影 響 工 件 材 料刀 具 幾 何 形 狀 的 影 響 25 1.表 面 層 金 相 組 織 變 化 與 磨 削 燒 傷 的 產(chǎn) 生 切 削 加 工 中 ， 由 于 切 削 熱 的 作 用 ， 在 工 件 的 加 工 區(qū) 及 其鄰 近 區(qū) 域 產(chǎn) 生 了 一 定 的 溫 升 。 產(chǎn) 生 磨 削 燒 傷 現(xiàn) 象 。 磨 削 燒 傷 ： 磨 削 加 工 時 ， 表 面 層 有 很 高 的 溫 度 ， 當 溫 度 達

19、到 相 變 臨界 點 時 ， 表 層 金 屬 就 發(fā) 生 金 相 組 織 變 化 ， 強 度 和 硬 度 降 低 、產(chǎn) 生 殘 余 應 力 、 甚 至 出 現(xiàn) 微 觀 裂 紋 。 同 時 出 現(xiàn) 彩 色 氧 化 膜這 種 現(xiàn) 象 稱 為 磨 削 燒 傷 。 淬 火 鋼 在 磨 削 時 ， 由 于 磨 削 條 件 不 同 ， 產(chǎn) 生 的 磨 削 燒 傷有 三 種 形 式 。 26 2. 磨 削 燒 傷 的 三 種 形 式 淬 火 燒 傷 ： 磨 削 時 工 件 表 面 溫 度 超 過 相 變 臨 界 溫 度 （ 碳 鋼 為 720）時 ， 則 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 為 奧 氏 體 。 在 冷 卻

20、液 作 用 下 ， 工 件 最 外層 金 屬 會 出 現(xiàn) 二 次 淬 火 馬 氏 體 組 織 。 其 硬 度 比 原 來 的 回 火馬 氏 體 高 ， 但 很 薄 ， 其 下 為 硬 度 較 低 的 回 火 索 氏 體 和 屈 氏體 。 由 于 二 次 淬 火 層 極 薄 ， 表 面 層 總 的 硬 度 是 降 低 的 ， 這種 現(xiàn) 象 稱 為 淬 火 燒 傷 。 27 回 火 燒 傷 磨 削 時 ， 如 果 工 件 表 面 層 溫 度 只 是 超 過 原 來 的 回 火溫 度 ， 則 表 層 原 來 的 回 火 馬 氏 體 組 織 將 產(chǎn) 生 回 火 現(xiàn) 象 而轉(zhuǎn) 變 為 硬 度 較 低 的

21、 回 火 組 織 （ 索 氏 體 或 屈 氏 體 ） ， 這 種現(xiàn) 象 稱 為 回 火 燒 傷退 火 燒 傷 磨 削 時 ， 當 工 件 表 面 層 溫 度 超 過 相 變 臨 界 溫 度 時 ， 則馬 氏 體 轉(zhuǎn) 變 為 奧 氏 體 。 若 此 時 無 冷 卻 液 ， 表 層 金 屬 空 氣冷 卻 比 較 緩 慢 而 形 成 退 火 組 織 。 硬 度 和 強 度 均 大 幅 度 下降 。 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 退 火 燒 傷 。 28 3.影 響 磨 削 燒 傷 的 因 素 及 改 善 途 徑1） 砂 輪 與 工 件 材 料（ 1)磨 削 時 ， 砂 輪 表 面 上 磨 粒 的 切 削

22、刃 口 鋒 利 磨 削 力 磨 削 區(qū) 的 溫 度 （ 2)磨 削 導 熱 性 差 的 材 料 (耐 熱 鋼 、 軸 承 鋼 、 不 銹 鋼 ) 磨 削 燒 傷 （ 3)應 合 理 選 擇 砂 輪 的 硬 度 、 結(jié) 合 劑 和 組 織 磨 削 燒 傷 29 2） 磨 削 用 量（ 1） 砂 輪 轉(zhuǎn) 速 磨 削 燒 傷 （ 2） 徑 向 進 給 量 ap 磨 削 燒 傷 （ 3） 軸 向 進 給 量 fa 磨 削 燒 傷 （ 4） 工 件 速 度 vw 磨 削 燒 傷 3） 改 善 冷 卻 條 件采 用 內(nèi) 冷 卻 法 磨 削 燒 傷 內(nèi) 冷 卻 裝 置 1 錐 形 蓋 2 通 道 孔 3 中

23、 心 孔 4 有 徑 向 小 孔 的 薄 壁 套 30 機 械 加 工 中 工 件 表 面 層 組 織 發(fā) 生 變 化 時 ， 在 表 面 層 及 其與 基 體 材 料 的 交 界 處 會 產(chǎn) 生 互 相 平 衡 的 彈 性 力 。 這 種 應 力即 為 表 面 層 的 殘 余 應 力 。1、 表 面 層 金 屬 產(chǎn) 生 殘 余 應 力 的 原 因 工 件 表 面 受 到 擠 壓 與 摩 擦 ， 表 層 產(chǎn) 生 伸 長 塑 性 變 形， 基 體 仍 處 于 彈 性 變 形 狀 態(tài) 。 切 削 后 ， 表 層 產(chǎn) 生 殘 余 壓應 力 ， 而 在 里 層 產(chǎn) 生 殘 余 拉 伸 應 力 。1）

24、冷 態(tài) 塑 性 變 形 31 2） 熱 態(tài) 塑 性 變 形表 層 產(chǎn) 生 殘 余 拉 應 力 ， 里 層 產(chǎn) 生 產(chǎn) 生 殘 余 壓 應 力切 削 熱 在 表 層 金 屬 產(chǎn) 生 殘 余 拉 應 力 的 示 意 圖 32 工 件 表 面 在 切 削 熱 的 作 用 下 ， 產(chǎn) 生 熱 膨 脹 ， 此 時 基 體溫 度 較 低 ， 因 此 表 面 層 熱 膨 脹 受 基 體 的 限 制 產(chǎn) 生 壓 應力 ； 當 表 面 層 的 熱 膨 脹 程 度 超 過 材 料 的 彈 性 變 形 范 圍時 ， 會 產(chǎn) 生 熱 塑 性 變 形 。 當 切 削 結(jié) 束 ， 表 層 溫 度 下 降到 與 基 體 溫

25、 度 一 致 時 ， 因 為 表 面 層 已 產(chǎn) 生 熱 塑 性 變 形而 不 能 彈 性 恢 復 ， 表 面 層 收 縮 時 受 彈 性 變 形 基 體 的 限制 產(chǎn) 生 了 殘 余 拉 應 力 ， 里 層 產(chǎn) 生 壓 應 力 。 33 3） 表 面 層 金 相 組 織 變 化 磨 削 淬 火 鋼 時 ， 工 件 表 層 金 屬 溫 度 極 高 ， 表 層 金 屬 出現(xiàn) 回 火 或 退 火 ， 工 件 表 層 金 屬 的 金 相 組 織 發(fā) 生 變 化 （ 馬 氏體 向 奧 氏 體 或 回 火 馬 氏 體 轉(zhuǎn) 化 ） ， 相 變 的 金 屬 體 積 收 縮 ，但 受 到 未 相 變 的 內(nèi)

26、層 金 屬 的 牽 制 ， 故 工 件 表 面 產(chǎn) 生 殘 余 拉應 力 。 34 2、 由 于 刀 具 鈍 圓 刃 切 削 時 的 金 屬 塑 性 變 形 所 產(chǎn)生 的 殘 余 應 力 的 機 理 。 acac 如 上 右 圖 所 示 ， 具 有 鈍 圓 刃 的 刀 具 切 削 工 件 時 ， 有 一 厚度 為 的 薄 層 金 屬 無 法 被 鈍 圓 刃 切 離 工 件 而 被 強 烈 擠 壓 成 為已 加 工 表 面 。 35 機 理 ： 工 件 已 加 工 表 面 的 表 層 金 屬 受 刀 具鈍 圓 刃 的 強 烈 擠 壓 和 摩 擦 ， 產(chǎn) 生 嚴 重 塑 性 變形 而 不 能 彈

27、性 恢 復 ， 當 內(nèi) 層 金 屬 彈 性 恢 復 時 受到 表 層 金 屬 的 牽 制 ， 故 工 件 表 層 金 屬 產(chǎn) 生 產(chǎn) 生殘 余 拉 應 力 。 36 表 面 強 化 工 藝 是 指 通 過 冷 壓 加 工 方 法 使 表 面 層 金 屬 發(fā)生 冷 態(tài) 塑 性 變 形 ， 以 降 低 表 面 粗 糙 度 值 ， 提 高 表 面 硬 度 ，并 在 表 面 層 產(chǎn) 生 殘 余 壓 應 力 的 表 面 強 化 工 藝 。 常 見 的 冷 壓 加 工 方 法 有 ： 噴 丸 強 化 ， 滾 壓 加 工 等 ， 37珠 丸 擠 壓 引 起 殘 余 應 力 壓 縮 拉 伸塑 性 變 形 區(qū)

28、域珠 丸 可 以 是 鑄 鐵 的 ， 也 可 以 是切 成 小 段 的 鋼 絲 （ 使 用 一 段 時 間后 ， 自 然 變 成 球 狀 ） 。 對 于 鋁 質(zhì)工 件 ， 為 避 免 表 面 殘 留 鐵 質(zhì) 微 粒而 引 起 電 解 腐 蝕 ， 宜 采 用 鋁 丸 或玻 璃 丸 。 珠 丸 的 直 徑 一 般 為0.24mm， 對 于 尺 寸 較 小 、 表 面粗 糙 度 值 較 小 的 工 件 ， 采 用 直 徑較 小 的 珠 丸 38 39 滾 壓 加 工 可 以 加 工 外 圓 、 孔 、 平 面 及 成 型 表 面 ， 通 常 在 普通 車 床 、 轉(zhuǎn) 塔 車 床 或 自 動 車 床 上 進 行滾 壓 加 工 原 理 圖 40