机械制造工艺学课件：机械加工表面质量 -.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Page,*,机械加工表面质量,6-1,概述,一、本讲的内容,1.,表面质量的,评价,指标；,2.,表面质量对零件,使用性能,的影响；,3.,影响,加工表面质量的,因素,；,4.,提高,加工表面质量的,方法,；,5.,切削加工过程中的,机械振动,与,控制,二、学习的目的,1.,了解表面质量形成,机理,，为,提高,表面加工,质量,应采取的工艺,措施,；,2.,解决,处理现场,生产这中产品,质量问题,的分析方法；,3.,掌握,加工表面质量的,评价,三、加工表面质量,表面,粗糙度,波纹度,纹理,方向,表面,缺陷,（划痕、裂纹、砂眼等）,表面质量,表面,几何形状,精度,(,表面几何形貌,),表面缺陷层,(,力学,物理,性能,和,化学,性能,),表层加工,冷作硬化,表层,金相组织变化,表层,残余应力,1.,定义：加工表面的,几何形貌,和表面层金属的,力学物理,性能和,化学,性能2.,零件加工表面,微观,几何形状,3.,零件,宏观,几何形状误差、,波纹,度、表面,粗糙度,宏观,几何形状误差（,平面度、圆度,等）：波长,/,波高,1000,；,波纹,度：波长,/,波高,=,50,1000,；有,周期性,；,表面,粗糙度,：波长,/,波高,50,；可,从下列,三项中,选取,:,轮廓算术平均偏差,：,R,a,；,微观不平度十点高度,：,R,z,轮廓最大高度,：,R,y,a）,波纹度,b）,表面粗糙度,零件加工表面的粗糙度与波度,R,Z,H,R,Z,四、表面质量对零件,使用性能,的影响,1.,对耐磨性影响,R,a,（,m,）,初始磨损量,重载荷,轻载荷,表面粗糙度与初始磨损量,1,）,表面粗糙度,值小,，,耐疲劳,性,好,；,2,）,适当硬化,可提高耐疲劳性。

1,）,表面粗糙度,值小,，,耐蚀,性,好,；,2,）,表面,压应力,：有利于,提高耐蚀,性表面粗糙度,值大,，,配合,质量,差,1,）,表面粗糙度,值大,，,耐磨,性,差,，有一定限度（图）；,2.,对耐疲劳性影响,3.,对耐蚀性影响,4.,对配合质量影响,2,）,纹理,形式,与,方向,：,圆弧,状、,凹坑,状较,好,；,3,）,适当硬化,可提高耐磨性零件表面质量,粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的影响,对耐磨性影响,对耐腐蚀性能的影响,对工作精度的影响,粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低,粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性总结：,注：,1,）,表面粗糙度对零件的,密封,和,摩擦,性能的影响,很大,降低,粗糙度,值,是保证良好,密封,、防止,泄漏,、,降摩减摩,、,提高效率,和,节能降耗,的有效途径；,2,）,表面粗糙度对机械产品的,精度,、,寿命,等起,重要作用,零件,设计,时，确定,表面粗糙度,要求时，应考虑,使用,、工艺方法的,可行,性和,经济,性；,3,）,图纸上一般,不规定,表面层物理,机械性能,，当得到的,表面粗糙度,要求，表面层物理,机械性能也合格,。

重要机械零件（如在高速、重载荷下工作，要求零件有较高的疲劳强度和耐磨性的零件）才作规定；,4,）,零件,精度等级,与表面,粗糙度值等级,两者应,协调一致,一、切削加工表面粗糙度影响因素,车削时残留面积的高度,1,）,直线,刃车刀（图,a,）,2,）,圆弧,刃车刀（图,b,）,3,）影响因素：,1.,切削残留面积,6-2,影响表面粗糙度工艺因素及改善措施,加工过程中存在,塑性,变形等物理因素影响一般比较,复杂,，与加工,表面形成,过程有关，如,积屑瘤,、,鳞刺,和,振动,等2.,物理因素,1,）工件材料的影响,（,1,）,塑性,材料：,塑性,、,韧性,愈好，,塑性,变形,愈大,，加工表面,愈粗糙,中碳钢,和,低碳钢,的工件，为,改善切削,性能，,减小,表面粗糙度，,粗,或,精,加工前,正火,或,调质,处理2,）,脆性,材料：,切屑,的,崩碎性,，加工表面粗糙2,）切削速度的影响,加工塑性材料，,切削速度,对,表面粗糙度,的影响（对,积屑瘤,的影响）见如下图所示切削速度,越高,，塑性变形越,不充分,，表面粗糙度,值越小,低速宽刀,和,高速,精切，表面粗糙度,值小,3.,工艺因素与改进措施,切削速度影响最大：,v,=10,50m/min,范围，易产生积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差,。

切削,45,钢时切削速度与粗糙度关系,100,120,v,（,m/min,）,0,20,40,60,80,140,表面粗糙度,R,z,（,m,）,4,8,12,16,20,24,28,收缩系数,K,s,1.5,2.0,2.5,3.0,积屑瘤高度,h,（,m,）,0,200,400,600,h,K,s,R,z,3,）进给量的影响,减少,进给量可,减小,切削,残留面积高度,，切削塑性,变形减小,，,有利于,表面粗糙度值,下降,进给量,太小,，刀刃在切削过程形成,挤压效应不利,，增加工件,塑性变形,，表面粗糙度,值变大,3,）切削深度的影响,切削深度,对表面粗糙度的影响,不明显,4,）工艺系统振动,工艺系统,低频,振动，产生表面,波度,，工艺系统,高频,振动将会对,粗糙度,产生影响确保工艺系统有,足够的刚度,和采用积极的,消振和减振,措施，如适当增加阻尼、接触刚度等5,）刀具的影响,（,1,）刀具的,几何形状,及,刃磨,质量,减小,刀具的,主偏角,、,副偏角,，,增大刀尖圆弧,半径均能,有效地降低,表面粗糙度值；,适当增大,刀具,前角,，刀具,轻松切入,，,减少,切屑,塑性变形,，可降低粗糙度值。

前角不能太大，否则刀刃有嵌入倾向，会增大表面粗糙度值,；,前角一定,，,增大后角,，,钝圆,半径,减小,，刀刃磨钝后，,后刀面,与,已加工,表面产生,摩擦,和,挤压,，有利于减小的粗糙度值刀具后角不能太大，否则刀刃强度下降，易产生切削振动，对表面粗糙度不利4,）刀具的,材料,化学成分,不同，刀具与被加工材料,分子亲合,程度、,摩擦系数,等,均不同,相同切削条件下，用,硬质合金,加工的表面粗糙度要比用,高速钢,好，,金刚石,刀具加工比用,硬质合金,好，金刚石刀具主要用于,有色金属,及,合金,件的,镜面,加工，其原因在于：,金刚石,硬度,和,强度高,，能在,高温,下,保持,其性能，长时间的切削，其,刀尖圆弧半径,和,刃口半径,均能,保持不变,，刃口,锋利,；,金刚石系,共晶,结合，与其它金属材料,亲合力很小,，切屑,不会焊接,或,粘结,在,刀尖,上,(,即不产生积屑瘤,),；,金刚石刀具前后刀面,摩擦系数非常小,，,切削力,及表面金属,塑性变形,程度小，可降低加工表面粗糙度值6,）其他因素：合理使用,冷却润滑液,等,影响切削加工表面粗糙度的因素,刀具几何形状,刀具材料、刃磨质量,切削用量,工件材料,残留面积,Ra,前角,Ra,后角摩擦,Ra,刃倾角会影响实际工作前角,v Ra,f Ra,ap,对,Ra,影响不大，太小会打滑，划伤已加工表面,材料塑性,Ra,同样材料晶粒组织大,Ra,，常用正火、调质处理,刀具材料强度,Ra,刃磨质量,Ra,冷却、润滑,Ra,总结：,1,）砂轮速度,v,越高，,R,a,好；,2,）工件速度,v,w,越高，,R,a,差；,3,）砂轮纵向进给,f,越大，,R,a,差；,4,）磨削深度,a,p,越大，,R,a,差。

图 磨削用量对表面粗糙度的影响,v,w,=40(m/min),f,=2.36(m/min),a,p,=0.01(mm,),v,=50(m/s),f,=2.36(m/min),a,p,=0.01(mm,),v,(m/s),v,w,(m/min),R,a,(,m),0,30,40,50,60,0.5,1.0,a,b,）,a,p,(mm),0,0.01,0.4,0.8,R,a,(,m),0,0.2,0.6,0.02,0.03,0.04,c,）,二、磨削加工表面粗糙度影响因素,1.,磨削用量影响,光磨次数,-,Ra,关系,Ra,(,m),0,10,20,30,0.02,0.04,0.06,光磨次数,粗粒度砂轮,(WA60KV),细粒度砂轮,(WA/GCW14KB),2),光磨次数越多，,Ra,越好1,）砂轮粒度大，,R,a,小；应适当；,2,）砂轮硬度适中，,R,a,小；常取中软；,3,）砂轮组织适中，,R,a,小,；常取中等组织；,4,）采用超硬砂轮材料，,R,a,小；,5,）砂轮精细修整，,R,a,小；,2.,砂轮影响,3.,其他影响因素,1,）工件材料；,2,）冷却润滑液等四、表面粗糙度的测量,1.,表面粗糙度的测量,表面粗糙度的测量,比较法,触针法,光切法,干涉法,1,）,比较法,：,将被测表面与表面粗糙度样板进行对比，以确定被测表面的表面粗糙度等级。

2,）方法简便，适应在生产现场使用3,）准确度取决于检测人员的经验4,）仅用于粗糙度值较大的工件表面1,）方法要求样板的材料与加工纹理与被测表面尽可能一致2,）,触针法,：,将,触针,在被测表面,移动,时所作的上下运动经机电转换放大后输出表面轮廓参数值或表面轮廓图形1,）,接触式测量,（,2,）,测量精度的影响因素：,触针针尖圆角半径；,触针的作用力；,传感信号随触针移动的非线性等因素的影响3,）适用检测,R,a,=0.025,m,3,）,光切法,：,利用,光切原理,测量表面粗糙度的方法1,）,Rz,值是在测量长度范围内，,n(n,取,5),个取样长度的平均值2,）检测精度,R,z,=0.560,m,Zp,2,lr,Zv,6,Zv,5,Zp,6,Zp,5,Zp,4,Zp,3,Zv,4,Zv,3,Zp,1,Rz,中线,Zv,1,Zv,2,4,）,干涉法,：应用,光波干涉,原理测量粗糙度1,）,R,z,值是在测量长度范围内，,n,（,n,取,5,）个取样长度的平均值,;,（,2,）检测精度,R,z,=0.050.8,m,.,扫描隧道显微测量,（,STM,）,（,1,）,扫描隧道显微镜,1981,年由在,IBM,瑞士苏黎世实验室工作的,G.Binning,和,H.Rohrer,发明，可用于观察物体 级的表面形貌。

被列为,20,世纪,80,年度世界十大科技成果之一，,1986,年因此获诺贝尔物理学奖2,）,STM,工作原理基于量子力学的隧道效应当两电极之间距离缩小到,1nm,时，由于粒子波动性，电流会在外加电场作用下，穿过绝缘势垒，从一个电极流向另一个电极当一个电极为非常尖锐的探针时，由于尖端放电使隧道电流加大G.Binning H.Rohrer,2.,表面微观形貌的测量,STM,图,b,STM,工作过程演示,图,a,STM,实物照片,通过扫描隧道显微镜操纵氙原子用,35,个原子排出的,“,IBM,”,字样,石墨三维图像,AF,M,实物照片,扫描探针,磁盘图像,影响表面层物理力学性能的主要因素,表面物理力学性能,影响金相组织变化因素,影响显微硬度因素,影响残余应力因素,塑变引起的冷硬,金相组织变化引起的硬度变化,冷塑性变形,热塑性变形,金相组织变化,切削热,6-3,影响表面物理力学性能的工艺因素及其控制,一、,表面层的冷作硬化,1.,产生原因,机械加工时，工件表面层金属受到,切削力,的作用产生,强烈,的,塑性,变形，使,晶格扭曲,、,剪切滑移,、,晶粒拉长,、,纤维化,甚至碎化，使表面层的强度和硬度增加。

2.,评定指标,1,）表面层的,显微,硬度,HV,；,2,）硬化层,深度,h,；,3,）硬化,程度,N,N=(HV-HV0)/HV0100,式中：,HV0,工件原表面层的显微硬度二、,影响表面冷作硬化的因素,1.,切削加工,进给量,增大。