青岛学院青岛学院机械制造工艺学机械制造工艺学青岛学院青岛学院 赵佳峰赵佳峰 20112011年年4 4月月1 1 zhaojiafeng2010yahoo.cnzhaojiafeng2010yahoo.cn 密码：密码：123456789123456789QQ:1574641234QQ:1574641234机械制造工艺学机械制造工艺学u加工表面质量及其对使加工表面质量及其对使用性能的影响度用性能的影响度u影响表面粗糙度的工艺影响表面粗糙度的工艺因素及其改进措施因素及其改进措施u影响表层金属力学物理影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改性能的工艺因素及其改进措施进措施u机械加工过程中的振动 第三章第三章 机械加工表面质量及控制机械加工表面质量及控制机械制造工艺学机械制造工艺学n 第三章 第一讲n主要内容主要内容n 1、加工表面质量的概念：表面的几何形状误差；表面层金属的力学物理性能和化学性能变化。n 2、表面质量对零件使用性能的影响（耐磨性、耐腐蚀、疲劳强度、配合性质）n 3、影响表面粗糙度的因素：切削加工、磨削加工n重点重点：n 表面的几何形状误差；表面质量对零件使用性能的影响（耐磨性、耐腐蚀、疲劳强度、配合性质）n难点：难点：n 影响表面粗糙度的因素 n 作业：3-3机械制造工艺学机械制造工艺学 尺寸精度尺寸精度形状精度形状精度位置精度位置精度（通常形状误差限制在位置公差内，位（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）置公差限制在尺寸公差内）表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度加工精度表面质量表面质量表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层残余应力加工质量加工质量加工质量加工质量加工质量包含的内容加工质量包含的内容机械制造工艺学机械制造工艺学一、一、加工表面质量的概念加工表面质量的概念3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响表面粗糙度表面粗糙度表面波度表面波度表面物理力学表面物理力学性能的变化性能的变化表面微观几表面微观几何形状特征何形状特征表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层残余应力表面层残余应力表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化纹理方向纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）机械制造工艺学机械制造工艺学 a）波度 b）表面粗糙度 零件加工表面的粗糙度与波度RZHRZ（一）（一） 表面的几何形状误差表面的几何形状误差 表面粗糙度表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于值小于5050。表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在505010001000的几何形状误差的几何形状误差3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响机械制造工艺学机械制造工艺学纹理方向纹理方向 是指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采是指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采用的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要用的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。求。伤痕伤痕 是指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气是指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气孔、裂痕等。孔、裂痕等。机械制造工艺学机械制造工艺学（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能变化变化变化变化表面层金属的冷表面层金属的冷表面层金属的冷表面层金属的冷作硬化作硬化作硬化作硬化表面层的残余应表面层的残余应表面层的残余应表面层的残余应力力力力表面层金相组织表面层金相组织表面层金相组织表面层金相组织的变化的变化的变化的变化3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响切屑刀具 切屑的分离和积屑瘤积屑瘤机械制造工艺学机械制造工艺学表示方法表示方法1、表面金属层的冷作硬化、表面金属层的冷作硬化 在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使工件加在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使工件加工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。冷硬层深度冷硬层深度 h硬化程度硬化程度 N硬化程度：硬化程度：其中：其中：HV加工后表面层的显微硬度加工后表面层的显微硬度HV0材料原有的显微硬度材料原有的显微硬度（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能（二）表面层金属的力学物理性能和化学性能变化变化变化变化机械制造工艺学机械制造工艺学2 2、表面层金相组织变化、表面层金相组织变化3 3、表面层产生残余应力、表面层产生残余应力 在加工中，在加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织发生由于切削热的作用引起表层金属金相组织发生变化的现象。变化的现象。 在加工中，在加工中，由于切削变形和切由于切削变形和切削热的作用，工件表层及其基体材削热的作用，工件表层及其基体材料的交界处产生相互平衡的弹性应料的交界处产生相互平衡的弹性应力的现象。力的现象。机械制造工艺学机械制造工艺学1 1表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度表面粗糙度Ra值约为0.320.25m较好。1)1)表面粗糙度对表面粗糙度对耐磨性耐磨性的影响的影响机械制造工艺学机械制造工艺学重裁重裁2)2)表面纹理方向对耐磨性的影响表面纹理方向对耐磨性的影响表面纹理方向影响金属表面的表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积实际接触面积和和润滑液的存留情况润滑液的存留情况。轻载轻载 过度的加工硬化也会使耐磨性下降。过度的加工硬化也会使耐磨性下降。加工硬化一般能提高耐磨性加工硬化一般能提高耐磨性0.5 0.5 1 1倍。倍。3)3)冷作硬化对耐磨性的影响冷作硬化对耐磨性的影响机械制造工艺学机械制造工艺学2 2表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度、划痕、裂纹等表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷员易形成应力集中。缺陷员易形成应力集中。 适当的加工硬化能有助于提高疲劳强度。适当的加工硬化能有助于提高疲劳强度。 应控制在一定范应控制在一定范围内。围内。拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲劳强度提高。残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲劳强度提高。2)2)表面残余应力对疲劳强度的影响表面残余应力对疲劳强度的影响影响极大影响极大1)1)表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响3)3)表面层的加工硬化对疲劳强度影响表面层的加工硬化对疲劳强度影响机械制造工艺学机械制造工艺学3 3表面质量对零件耐腐蚀性的影响表面质量对零件耐腐蚀性的影响残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进入，可增强零件的耐腐蚀性；可增强零件的耐腐蚀性；表面粗糙表面粗糙度的影响度的影响表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质；表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质；波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度表面残余应力对零件耐腐蚀性影响表面残余应力对零件耐腐蚀性影响拉应力则降低耐腐蚀性拉应力则降低耐腐蚀性机械制造工艺学机械制造工艺学 4表面质量对配合性质的影响表面质量对配合性质的影响 表面残余应力会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生表面残余应力会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生变化，因此对配合性质有一定的影响。变化，因此对配合性质有一定的影响。相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。表面粗糙表面粗糙度的影响度的影响 对间隙配合而言，会使配合表面很快磨损对间隙配合而言，会使配合表面很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度。度。 对过盈配合而言，减小实际过盈量，降低对过盈配合而言，减小实际过盈量，降低了连接强度，影响了配合的可靠性。了连接强度，影响了配合的可靠性。表面残余应力的影响表面残余应力的影响机械制造工艺学机械制造工艺学二、二、 表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响 对耐磨性影响对耐磨性影响Ra（m）初始磨损量重载荷轻载荷 表面粗糙度与初始磨损量表面粗糙度值 耐疲劳性适当硬化可提高耐疲劳性表面粗糙度值耐蚀性表面压应力：有利于提高耐蚀性表面粗糙度值 配合质量对耐疲劳性影响对耐疲劳性影响对耐蚀性影响对耐蚀性影响对配合质量影响对配合质量影响纹理形式与方向：圆弧状、凹坑状较好适当硬化可提高耐磨性3.1 3.1 加工表面质量及其对使用性能的影响加工表面质量及其对使用性能的影响表面粗糙度值耐磨性，但有一定限度机械制造工艺学机械制造工艺学n 第三章 第一讲 小结n主要内容主要内容n 1、加工表面质量的概念：表面的几何形状误差；表面层金属的力学物理性能和化学性能变。n 2、表面质量对零件使用性能的影响（耐磨性、蚀、疲劳强度、配合性质）n 3、影响表面粗糙度的因素：切削加工、磨削加工n重点重点：n 表面的几何形状误差；表面层金属的力学物理性能和化学性能变n难点：难点：n 影响表面粗糙度的因素机械制造工艺学机械制造工艺学n 第三章 第二讲 n主要内容主要内容n 1、影响表面粗糙度的因素及改进措施；切削加工表面的粗糙度；磨削加工表面粗糙度影响；切削表面塑性变形和积屑瘤；他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等n 2、影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施：表层材料的冷作硬化；表层金属金相组织变化；表层材料的残余应力；n重点重点：切削加工表面的粗糙度n n难点：难点：材料力学物理性能的工艺因素; 表层材料的残余应力；n 机械制造工艺学机械制造工艺学直线刃车刀（图直线刃车刀（图直线刃车刀（图直线刃车刀（图a a a a）圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图圆弧刃车刀（图b b b b）影响因素：影响因素：影响因素：影响因素： 车削时残留面积的高度frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf一、切削加工表面的粗糙度一、切削加工表面的粗糙度一、切削加工表面的粗糙度一、切削加工表面的粗糙度3.23.2影响表面粗糙度的因素及改进措施影响表面粗糙度的因素及改进措施机械制造工艺学机械制造工艺学二、二、二、二、磨削加工磨削加工磨削加工磨削加工表面粗糙度影响因素表面粗糙度影响因素表面粗糙度影响因素表面粗糙度影响因素 磨磨磨磨屑屑屑屑的的的的形形形形成成成成过过过过程程程程 磨屑形成过程a）平面示意图 b）截面示意图机械制造工艺学机械制造工艺学v 砂轮速度v，Rav 工件速度vw，Ra v 砂轮纵向进给f，Ra v 磨削深度ap，Ra 磨削用量对表面粗糙度的影响vw = 40(m/min)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v = 50(m/s)f = 2.36(m /min)ap = 0.01(mm)v(m/s), vw(m/min)Ra(m)0304050600.51.0a）ap(mm)00.010.40.8Ra(m)00.20.60.020.030.04b）磨削用量影响磨削用量影响磨削用量影响磨削用量影响 光磨次数-Ra关系Ra(m)01020300.020.040.06光磨次数粗粒度砂轮(WA60KV)细粒度砂轮(WA/GCW14KB)v光磨次数，Ra二、磨削加工表面粗糙度影响因素二、磨削加工表面粗糙度影响因素 机械制造工艺学机械制造工艺学v 砂轮粒度砂轮粒度，R Ra a；但要适量；但要适量v 砂轮硬度适中，砂轮硬度适中， R Ra a ；常取中软；常取中软v 砂轮组织适中，砂轮组织适中，R Ra a ；常取中等组织；常取中等组织v 采用超硬砂轮材料，采用超硬砂轮材料，R Ra a v 砂轮精细修整，砂轮精细修整， R Ra a 砂轮影响砂轮影响砂轮影响砂轮影响其他影响因素其他影响因素其他影响因素其他影响因素v 工件材料工件材料v 冷却润滑液等冷却润滑液等二、磨削加工表面粗糙度影响因素二、磨削加工表面粗糙度影响因素 机械制造工艺学机械制造工艺学 切切削削速速度度影影响响最最大大：v v = = 101050m/min50m/min范范围围，易易产产生生积积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（如图）屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差（如图） 。 其他影响因素：其他影响因素：刀具几何角度刀具几何角度、刃磨质量，切削液等、刃磨质量，切削液等图3-61 切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428积屑瘤高度 h（m） 0200400600hRz3.23.2影响表面粗糙度的因素及改进措施影响表面粗糙度的因素及改进措施三、切削表面塑性变形和三、切削表面塑性变形和三、切削表面塑性变形和三、切削表面塑性变形和积屑瘤积屑瘤积屑瘤积屑瘤机械制造工艺学机械制造工艺学 机械加工中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变、晶机械加工中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变、晶粒间产生滑移，表层材料硬度增加的现象粒间产生滑移，表层材料硬度增加的现象冷作硬化冷作硬化机械加工中力的作用强化、热的作用弱化机械加工中力的作用强化、热的作用弱化冷作硬化程度可用三个指标衡量：冷作硬化程度可用三个指标衡量： 表层金属的显微硬度表层金属的显微硬度HVHV 硬化层深度硬化层深度h h（微米）（微米）硬化程度硬化程度N N一、表层材料的冷作硬化一、表层材料的冷作硬化一、表层材料的冷作硬化一、表层材料的冷作硬化3.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施及改进措施机械制造工艺学机械制造工艺学进给量进给量冷硬程度冷硬程度 切切削削速速度度影影响响复复杂杂（力力与热综合作用结果）与热综合作用结果）切削深度影响不大切削深度影响不大 切削用量工件材料 材料塑性材料塑性 冷硬倾向冷硬倾向 材料强度材料强度 冷硬倾向冷硬倾向 1 1、切削加工中影响表面冷作硬化的因素切削加工中影响表面冷作硬化的因素切削加工中影响表面冷作硬化的因素切削加工中影响表面冷作硬化的因素 f 对冷硬的影响硬度(HV)0f (mm /r)0.20.40.60.8v =170(m/min)135(m/min)100(m/min )50(m/min)100200300400工件材料：453.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施及改进措施机械制造工艺学机械制造工艺学 刀具几何参数00.20.40.60.81.0磨损高度VB(mm)100180260340硬度(HV)50钢，v = 40(m/min) f = 0.120.2(mm/z)刀具后刀面磨损对冷硬影响 冷硬程度冷硬程度 3.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施及改进措施机械制造工艺学机械制造工艺学磨削速度磨削速度冷硬程度冷硬程度 （弱化作用加强）（弱化作用加强）工件转速工件转速冷硬程度冷硬程度 纵向进给量影响复杂纵向进给量影响复杂磨削深度磨削深度冷硬程度冷硬程度 磨削用量 砂轮 砂轮粒度砂轮粒度冷硬程度冷硬程度 砂轮硬度、组织影响不显著砂轮硬度、组织影响不显著工件材料 材料塑性材料塑性 冷硬倾向冷硬倾向 材料导热性材料导热性冷硬倾向冷硬倾向 磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00.253003504505004000.500.75普通磨削高速磨削2 2、磨削加工磨削加工磨削加工磨削加工中影响表面冷作硬化的因素中影响表面冷作硬化的因素中影响表面冷作硬化的因素中影响表面冷作硬化的因素 3.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施及改进措施机械制造工艺学机械制造工艺学回回火火烧烧伤伤：磨磨削削温温度度介介于于其其相相变变温温度度720C720C和和马氏体转变温度马氏体转变温度300C300C之间之间马氏体回火转变马氏体回火转变淬淬火火烧烧伤伤：磨磨削削温温度度超超过过其其相相变变温温度度723C723C+急急冷冷二次淬火二次淬火退退火火烧烧伤伤：磨磨削削温温度度超超过过其其相相变变温温度度723C723C+不不冷却冷却退火退火 机械加工过程中加工区域温度达到或超过工件材料相机械加工过程中加工区域温度达到或超过工件材料相变温度时，金相组织会发生变化（主要指磨削）变温度时，金相组织会发生变化（主要指磨削）磨削烧伤（淬火钢）磨削烧伤（淬火钢）二、表层金属金相组织变化二、表层金属金相组织变化二、表层金属金相组织变化二、表层金属金相组织变化 3.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施及改进措施烧伤表现：烧伤表现：彩色氧化膜彩色氧化膜 残余应力残余应力 微裂纹微裂纹1 1、机械加工表层金相组织变化、机械加工表层金相组织变化、机械加工表层金相组织变化、机械加工表层金相组织变化 机械制造工艺学机械制造工艺学 带空气挡板冷却喷嘴2 2、磨削烧伤与磨削裂纹的控制、磨削烧伤与磨削裂纹的控制、磨削烧伤与磨削裂纹的控制、磨削烧伤与磨削裂纹的控制3.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施及改进措施 合理选择砂轮合理选择砂轮根根据据工工件件材材料料、磨磨削削性性质质选选择择砂砂轮轮的硬度、结合剂和组织的硬度、结合剂和组织 合理选择磨削用量合理选择磨削用量合理选择磨削过程的合理选择磨削过程的a ap p、f f1 1、v vw w、v vs s 改善冷却条件改善冷却条件内冷却、喷汽冷却、强制冷却等内冷却、喷汽冷却、强制冷却等机械制造工艺学机械制造工艺学2 2、磨削烧伤与磨削裂纹的控制、磨削烧伤与磨削裂纹的控制、磨削烧伤与磨削裂纹的控制、磨削烧伤与磨削裂纹的控制3.33.3影响表层材料力学物理性能的工艺影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施因素及改进措施 内冷却砂轮内冷却砂轮 内冷却砂轮内冷却砂轮 开槽砂轮开槽砂轮 a） 槽均匀分布槽均匀分布 b）90度内变距开槽度内变距开槽 选择开槽砂轮选择开槽砂轮机械制造工艺学机械制造工艺学n 第三章 第二讲 小结n主要内容主要内容n 1、影响表面粗糙度的因素及改进措施；切削加工表面的粗糙度；磨削加工表面粗糙度影响；切削表面塑性变形和积屑瘤；他影响因素：刀具几何角度、刃磨质量，切削液等n 2、影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施：表层材料的冷作硬化；表层金属金相组织变化；表层材料的残余应力；n重点重点：切削加工表面的粗糙度n n难点：难点：材料力学物理性能的工艺因素; 表层材料的残余应力；n 机械制造工艺学机械制造工艺学n 回顾内容n主要内容主要内容n 影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施：n1、表层材料的冷作硬化；n2、表层金属金相组织变化； n 机械制造工艺学机械制造工艺学n 第三章 第三讲 n主要内容主要内容n教学内容要点n1、影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施： 表层材料的残余应力；表面强化工艺n2、机械加工过程中振动：危害、类型：自由振动、强迫振动、自激振动；消除振动的方法n重点：重点：n影响表层材料力学物理性能的工艺因素；消除振动的方法n难点：难点：n影响表层材料力学物理性能的工艺因素 ：表层材料的残余应力 机械制造工艺学机械制造工艺学3.3影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施1 1、残余应力产生的原因、残余应力产生的原因三、表层材料的残余应力三、表层材料的残余应力1)1)机机械械加加工工中中表表层层材材料料的的塑塑性性变形变形外压内拉外压内拉（表表面面层层金金属属产产生生塑塑性性变变形形，比比容容增增大大，体积膨胀体积膨胀) )2)2)磨磨削削温温度度造造成成表表层层材材料料的的塑塑性变形性变形外拉内压外拉内压热生残余拉应力的示意图机械制造工艺学机械制造工艺学奥氏体密度为奥氏体密度为7.96 g/cm3，铁索体密度为，铁索体密度为7.88 g/cm3；珠光体密；珠光体密度为度为7.78 g/cm3，马氏体密度为，马氏体密度为7.75 g/cm3.(奥铁珠玛奥铁珠玛)淬火钢原来的组织是马氏体淬火钢原来的组织是马氏体7.75 g/cm3磨削加工后磨削加工后表层可能产生回火，马氏体变为珠光体表层可能产生回火，马氏体变为珠光体7.78 g/cm3密度增大而体积减小密度增大而体积减小表面产生残余拉应力表面产生残余拉应力导致导致结果结果3)3)3)3)金相组织变化金相组织变化金相组织变化金相组织变化体积变化体积变化体积变化体积变化表层比容增大表层比容增大外压内拉外压内拉外压内拉外压内拉表层比容减小表层比容减小外拉内压外拉内压外拉内压外拉内压机械制造工艺学机械制造工艺学 v v残余应力残余应力 （热应力起主导作用）（热应力起主导作用） 切削用量2 2、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素机械制造工艺学机械制造工艺学 切削用量 f 对残余应力的影响工件：45，切削条件：vc=86m/min，ap=2mm，不加切削液 残余应力(Gpa)0.2000.200100200300400距离表面深度(m) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r f f残余应力残余应力 切削深度影响不显著切削深度影响不显著2 2、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素机械制造工艺学机械制造工艺学 刀具前角前角+，残余拉应力，残余拉应力 刀具磨损刀具磨损残余应力残余应力 工件材料材料塑性材料塑性残余应力残余应力 铸铸铁铁等等脆脆性性材材料料易易产产生生残残余压应力余压应力2 2、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素、影响切削残余应力的工艺因素机械制造工艺学机械制造工艺学3 3、影响磨削残余应力的工艺因素、影响磨削残余应力的工艺因素、影响磨削残余应力的工艺因素、影响磨削残余应力的工艺因素uu 热变形和塑性变形对残余应力影响很大热变形和塑性变形对残余应力影响很大热因素起主导作用残余拉应力塑性变形起主导作用残余压应力淬火烧伤时，金相组织变化起主导作用残余压应力机械制造工艺学机械制造工艺学 磨削用量的影响磨削用量的影响背吃刀量背吃刀量a ap p、砂轮速度、砂轮速度v vs s 工件的转速工件的转速v vw w和进给和进给f f1 1 工件材料工件材料强强度度 、导导热热性性 、塑塑性性 残余拉应力残余拉应力 3 3、影响磨削残余应力的工艺因素、影响磨削残余应力的工艺因素、影响磨削残余应力的工艺因素、影响磨削残余应力的工艺因素磨削背吃刀量对残余应力的影响磨削背吃刀量对残余应力的影响11普通磨削普通磨削 22高速磨削高速磨削磨削磨削T8T8钢时背吃刀量对残余应力的影响钢时背吃刀量对残余应力的影响1T81T8钢磨削钢磨削 22工业铁磨削工业铁磨削机械制造工艺学机械制造工艺学4 4、工件最终工序加工方法的选择、工件最终工序加工方法的选择、工件最终工序加工方法的选择、工件最终工序加工方法的选择加工方法加工方法残余应力符号残余应力符号 /MPa应力层深度应力层深度h/mm车削车削一般外拉内压一般外拉内压 外压内拉外压内拉200800 刀具磨损刀具磨损1000一般外拉内压一般外拉内压0.050.1高速、负前角时高速、负前角时0.65磨削磨削一般外压内拉一般外压内拉20010000.050.30铣削铣削外压内拉外压内拉6001500碳钢淬硬碳钢淬硬外压内拉外压内拉400750钢珠滚压钢件钢珠滚压钢件外压内拉外压内拉700800喷丸强化钢件喷丸强化钢件外压内拉外压内拉10001200渗碳淬火渗碳淬火外压内拉外压内拉10001100镀铬镀铬外拉内压外拉内压400镀铜镀铜外拉内压外拉内压200各种加工方法在工件表面残余的内应力各种加工方法在工件表面残余的内应力机械制造工艺学机械制造工艺学1 1、喷丸强化、喷丸强化、喷丸强化、喷丸强化 滚压加工原理图板板弹弹簧簧、螺螺旋旋弹弹簧簧、齿齿轮轮、焊焊缝等缝等2 2、滚压加工滚压加工滚压加工滚压加工珠丸挤压引起残余应力 压缩拉伸塑性变形区域四、表面强化工艺四、表面强化工艺四、表面强化工艺四、表面强化工艺硬硬度度提提高高10%-40%10%-40%，强强度度提提高高30%-50%30%-50%机械制造工艺学机械制造工艺学滚压加工滚压加工机械制造工艺学机械制造工艺学一、机械加工过程中振动的危害一、机械加工过程中振动的危害v 影响加工表面粗糙度，振动频率较低时会产生波度v 影响生产效率 v 加速刀具磨损，易引起崩刃v 影响机床、夹具的使用寿命v 产生噪声污染，危害操作者健康二、机械加工过程中振动的类型二、机械加工过程中振动的类型自由振动强迫振动自激振动3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学三、强迫振动产生原因三、强迫振动产生原因v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起v 强迫振动振源：机外机内。机外振源均通过地基把振动传给机床。机内： 1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动四、自激振动的概念四、自激振动的概念 在在没没有有周周期期性性外外力力作作用用下下，由由系系统统内内部部激激发发反反馈馈产生的周期性振动产生的周期性振动电动机(能源)交变切削力F(t)振动位移X(t)图4-72 自激振动闭环系统机床振动系统（弹性环节）调节系统（切削过程）机械制造工艺学机械制造工艺学 减小机内干扰力的幅值减小机内干扰力的幅值 调整振源的频率调整振源的频率 调整振动系统小刚度主轴的位置 五：消除或减弱产生强迫振动的条件五：消除或减弱产生强迫振动的条件 隔振隔振x2x2x1x1x1x1x2x2六：消除或减弱产生自激振动的条件六：消除或减弱产生自激振动的条件3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学 减小切削或磨削时的重叠系数 重叠系数faBb）磨削3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学图4-78 车刀消振棱0.10.3-5 -202 3 增加切削阻尼（例采用倒棱车刀 ）3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学 提高工艺系统刚度 增大工艺系统阻尼 七、改善工艺系统动态特性七、改善工艺系统动态特性阻尼材料铸铁环铸铁套筒图4-79 零件上加阻尼材料3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学摩擦式减振器1飞轮 2摩擦盘 3摩擦垫 4螺母 5弹簧v动力减振器 v摩擦式减振器）采用减振装置采用减振装置3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学v冲击式减振器 采用减振装置采用减振装置图4-81 冲击式减振镗刀与减振镗杆1冲击块 2紧定螺钉a）减振镗刀 b）减振镗杆3.4 3.4 机械加工过程中的振动机械加工过程中的振动机械制造工艺学机械制造工艺学n 第三章 第三讲 小结 n主要内容主要内容n教学内容要点n1、影响表层材料力学物理性能的工艺因素及改进措施：表层材料的残余应力；表面强化工艺n2、机械加工过程中振动：危害、类型：自由振动、强迫振动、自激振动；消除振动的方法n重点：重点：n表层材料的残余应力；消除振动的方法n难点：难点：n表层材料的残余应力n 机械制造工艺学机械制造工艺学机械加工振动机械加工振动表面粗糙度表面粗糙度波度波度表面几何形状精度表面几何形状精度表面缺陷层表面缺陷层表层加工硬化表层加工硬化表层金相组织变化表层金相组织变化表层残余应力表层残余应力n作业：作业：3-3 3-7 3-12机械加工机械加工表面质量表面质量切削、磨削用量切削、磨削用量材料材料强度强度塑性塑性机械制造工艺学机械制造工艺学n 切削速度切削速度对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响 当当=0.16=0.161.3m/s1.3m/s时，容易产生积屑瘤，表面较为粗糙。时，容易产生积屑瘤，表面较为粗糙。切屑刀具 切屑的分离和积屑瘤积屑瘤 冷硬程度冷硬程度 后后刀刀面面磨磨损损量量 , ,冷冷硬硬程程度度变变化化如如图图成成阶阶段性段性后后角角 、主主偏偏角角 、副副偏偏角角 、刀刀尖尖圆圆弧弧半半径径 对对冷冷作作硬硬化化影影响响不大不大