机械制造工程之加工表面质量优秀PPT.ppt

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1、机械制造工程之加工表面质量你现在浏览的是第一页，共51页（一）加工表面的几何形状特征表面几何误差包括：形状误差：波长/波幅1000 表面轮廓曲线经低通滤波获得 波纹度：50波长/波幅1000 表面轮廓曲线经带通滤波获得 一般与刃口形状，进给，刀瘤等有关。表面微观不平度误差：波长/波幅0.15mm时 f Rz f0.15mm时 f Rz f0.02mm时 f Rz 你现在浏览的是第十三页，共51页（2）切削速度的影响加工脆性材料时，切削速度对于粗糙度影响不大加工塑性材料时，积屑瘤对粗糙度影响很大。你现在浏览的是第十四页，共51页（3）切削深度ap的影响一般切削深度ap对于粗糙度影响不大，但太小时

2、，有可能吃不住刀，摩擦严重。2、工件材质的影响工件材质韧性、塑性增大，Ra增大工件材质晶粒越均匀，颗粒越细小，Ra减小3、刀具材料的影响刀具越硬，越耐磨，加工Ra越低硬质合金刀具加工后的Ra高速钢加工后的Ra金刚石刀具的性能：你现在浏览的是第十五页，共51页二、磨削加工 砂轮上的磨粒因几何角度，位置不同起三种不同的作用 锋利、位置靠前的起切削作用 较锋利、位置较靠前的起刻划作用 较钝、位置靠后的起抛光作用 磨削表面粗糙度与砂轮、工件材质、磨削用量有关你现在浏览的是第十六页，共51页1、砂轮：砂轮粒度 表面粗糙度Ra*一般磨料的粒度用粒度号表示，每英寸长度上的网眼个数为粒度号，例80#，60#；

3、n微粉用最大n颗粒的最大n尺寸的微米n数表示，例nW28、W14。你现在浏览的是第十七页，共51页2、磨削用量砂轮速度v砂 表面粗糙度Ra 你现在浏览的是第十八页，共51页工件速度v工 表面粗糙度Ra 你现在浏览的是第十九页，共51页砂轮相对于工件的进给量f 表面粗糙度Ra你现在浏览的是第二十页，共51页磨削深度ap 表面粗糙度Ra根据上述实验关系，可以得到经验公式：3、砂轮修整砂轮修整质量越高，磨削表面质量越好。三、超精研、研磨、珩磨、抛光超精研、研磨、珩磨、抛光加工的共同特点是：1、不选择切削用量，只限定压强和加工时间2、无需精密机床3、降低表面粗糙度效果明显，提高精度不明显4、加工余量你

4、现在浏览的是第二十一页，共51页（一）超精研1、工作原理：采用细粒度的磨条在一定压力和切削速度下往复运动，对表面进行光整加工。加工运动：A、工件低速回转运动；B、磨条轴向进给运动：C、磨条高速往复振动。你现在浏览的是第二十二页，共51页2、切削过程：可分为四个阶段（1）强烈切削阶段：少数波峰上压强很大，切削作用剧烈。（2）正常切削阶段：接触面积增大，接触压强减小，切削作用减弱。（3）微弱切削阶段：接触面积进一步增大，接触压强进一步减小，磨条起抛光作用。（4）停止切削阶段：工件被研平，接触压强很小，磨条与工件之间形成油膜，切削停止。你现在浏览的是第二十三页，共51页（二）研磨 研磨可以达到很高的

5、精度和表面质量。基本原理：通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研磨液的流动产生机械摩擦和化学作用去除微小加工余量。你现在浏览的是第二十四页，共51页1、研磨特点：（1）研具较软，以铸铁、塑料、硬木制成。（2）磨料中混有化学物质，机械与化学作用同时进行，磨粒运动轨迹复杂，保证均匀性。（3）加工表面质量高。2、研具：磨具应软硬适当,组织均匀。粗研采用铜、铝，精研采用铸铁。3、研磨剂：研磨剂为磨料与油脂的混合剂。磨料种类：金刚石微粉,碳化硅,氧化铝等。油脂起调和磨料.化学腐蚀作用。油脂种类：油酸,凡士林,变压汽油。你现在浏览的是第二十五页，共51页4、研磨参数（1）磨料粒度：粒度，则粗糙度，效率。（2

6、）研磨速度：一般研磨速度0.5m/s，精研速度0.16m/s。（3）研磨余量：手工研磨余量10m，机械研磨余量（0.250.3）倍的金属熔化温度时，变形金相组织会有所恢复，冷作硬化你现在浏览的是第三十页，共51页（一）影响表面层冷作硬化的因素1、刀具：刀刃钝圆半径，冷作硬化；后刀面磨损，冷作硬化。2、切削用量：切削速度，切削温度，则 冷作硬化；进给量，冷作硬化。3、被加工材料：硬度，冷作硬化；塑性，冷作硬化你现在浏览的是第三十一页，共51页（二）减少表面层冷作硬化的措施1、合理选择刀具几何参数 前角，冷作硬化；后角，冷作硬化；钝圆半径，冷作硬化。2、限制后刀面磨损3、合理选择切削用量 切削速度

7、，冷作硬化；进给量，冷作硬化。你现在浏览的是第三十二页，共51页二、表面层的金相组织变化 切削一般不会导致金相组织变化，磨削因单位切削截面消耗的功率较大，常常导致金相组织变化。你现在浏览的是第三十三页，共51页 对于磨削加工来说，由于单位面积上产生的切削热比一般切削方法要大几十倍，易使工件表面层的金相组织发生变化，从而使表面层的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹。这种现象称为磨削烧伤磨削烧伤。机械加工过积中，在工件的加工区及其邻近的区域，温度会急剧升高，当温度超过工件材料金相组织变化的临界点，就会发生金相组织变化。对于一般切削加工而言，温度还不会上升到如此程度。磨削烧伤将严重地影响零

8、件的使用性能。你现在浏览的是第三十四页，共51页磨削淬火钢时容易出现的烧伤：回火烧伤：磨削区温度超过马氏体转变温度，而未达相变温度，产生回火组织 （索氏体或屈氏体）。淬火烧伤：磨削区温度超过相变温度，由于冷 却液急冷，表层出现二次淬火马氏体。退火烧伤：磨削区温度超过相变温度，不用冷 却液，工件缓慢冷却，发生退火。你现在浏览的是第三十五页，共51页表面颜色与烧伤之间的关系：黑 青 淡青 米黄 淡黄你现在浏览的是第三十六页，共51页影响磨削烧伤的因素及其改善措施尽可能减少磨削热的产生；改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤可有两个途径：(1)合理选择磨

9、削用量(2)工件材料(3)砂轮的选择(4)冷却条件改善措施实践证明，同时提高砂轮速度和工件速度，可以避免烧伤。你现在浏览的是第三十七页，共51页二、表面层的残余应力二、表面层的残余应力(1)冷态塑性变形引起的残余应力(2)热态塑性变形引起的残余应力(3)金相组织变化引起的残余应力l、表面层残余应力及其产生的原因 表面层残余应力 外部载荷去除后，工件表面层及其与基体材料的交界处仍残存的互相平衡的应力。表面层残余应力产生的原因你现在浏览的是第三十八页，共51页(1)冷态塑性变形引起的残余应力 当刀具从被加工表面上去除金属时，由于后刀面的挤、压和摩擦作用，加大了表面层伸长的塑性变形，表面层的伸长变形

10、受到基体金属的限制，也在表面层产生了残余压应力。在切削力作用下，已加工表面产生强烈的塑性变形。表面层金属比容增大，体积膨胀，与它相连的里层金属的阻止其体积膨胀；里层产生残余拉应力表面层产生残余压应力结果：结果：你现在浏览的是第三十九页，共51页(2)热态塑性变形引起的残余应力 磨削温度越高，热塑性变形越大，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。在切削热作用下产生热膨胀金属基体温度较低工件加工表面表层产生热压应力切削时切削过程结束时温度下降，已产生热塑性变形的表层收缩基体表层收缩结结果果表面产生残余拉应力你现在浏览的是第四十页，共51页(3)金相组织变化引起的残余应力 如：马氏体密度为7.75 g

11、/cm3，奥氏体密度为7.96 g/cm3，珠光体密度为7.78 g/cm3，铁索体密度为7.88 g/cm3；切削时产生的高温会引起表面层金相组织变化。因为不同的金属组织，它们的密度不同，因而引起的残余应力。以淬火钢磨削为例淬火钢原来的组织是马氏体7.75 g/cm3磨削加工后表层可能产生回火，马氏体变为珠光体7.78 g/cm3密度增大而体积减小表面产生残余拉应力导致结果你现在浏览的是第四十一页，共51页四、减小残余拉应力、防止表面烧伤和裂纹 的工艺措施（一）合理选择磨削用量 磨削传热分析模型*磨削区温度与磨削用量之间的关系为：磨削深度，磨削温度；砂轮速度，磨削温度；工件速度，磨削温度；进

12、给量，磨削温度*磨削区温度剃度分布规律：工件速度，温度剃度，高温层厚度；可以同时提高砂轮和工件速度，既减小高温层厚度，又控制表面粗糙度。较薄的烧伤层可在清磨时去掉你现在浏览的是第四十二页，共51页（二）提高冷却效果1、采用高压大流量冷却，冲刷砂轮，加强冷却；2、在砂轮上安装空气挡板，消除附着气流；3、利用砂轮孔隙实现内冷却。你现在浏览的是第四十三页，共51页（三）提高砂轮磨削性能1、锐化磨粒，减小摩擦；2、砂轮硬度不宜过高，保持自锐性；3、砂轮应具一定弹性，避免过载；4、使用开槽砂轮；5、使用螺旋槽砂轮。你现在浏览的是第四十四页，共51页五、表面强化工艺 表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表面

13、层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面层产生残余压应力。这种方法工艺简单、成本低廉，应用广泛。主要指冷压工艺，使表面层发生冷塑变形，硬 度提高，产生残余压应力。常用冷压工艺有：（一）喷丸强化 （二）滚柱滚压强化你现在浏览的是第四十五页，共51页你现在浏览的是第四十六页，共51页你现在浏览的是第四十七页，共51页1喷九强化 利用压缩空气或离心力将大量的珠丸(直径为0.4 4mm)以高速打击被加工零件表面，使表面产生冷硬层和残余压应力，可以显著提高零件的疲劳强度。珠丸可以是铸铁或砂石，钢丸更好。喷丸所用设备是压缩空气喷丸装置或机械离心式喷丸装置，这些装置使珠丸能以35

14、50ms的速度喷出。珠丸(直径为0.4 4mm)高速(35 50 m/s)打击被加工零件表面使表面产生冷硬层和残余压应力方法概要 喷九加工主要用于强化形状复杂的零件，如齿轮、连杆、曲轴等。零件经喷九强化后，硬化层深度可达0.7mm，表面租糙度Ra值可由3.2 减少到0.4 ，使用寿命可提高几倍到几十倍。应用 喷九加工主要用于强化形状复杂的零件，如齿轮、连杆、曲轴等。零件经喷九强化后，硬化层深度可达0.7mm，表面租糙度Ra值可由3.2 减少到0.4 ，使用寿命可提高几倍到几十倍。你现在浏览的是第四十八页，共51页 2滚压加工 利用淬硬的滚压工具(滚轮或滚珠)在常温下对工件表面施加压力，使其产生

15、塑性变形，工件表面上原有的波峰被填充到相邻的波谷中，以减小表面粗糙度值，并使表面产生冷硬层和残余压应力，从而提高零件的承裁能力和疲劳强度。方法滚压工具波峰被填充到相邻的波谷中表面产生冷硬层和残余压应力 滚压可以加工外圆、孔、平面及成形表面，通常在卧式车床、转塔车床或自动车床上进行。功效表面层硬度一般可提高20 40；表面层金属的耐疲劳强度可提高30 50。应用你现在浏览的是第四十九页，共51页滚压加工应用实例1.弹性外圆滚压工具弹簧主要用于控制压力的大小为了提高强化效率，可以采用双排滚压工具，第一排滚珠直径较小，作粗加工用，第二排滚珠直径较大，作精加工用。2.孔滚压工具小滚珠作粗加工用大滚珠作精加工用你现在浏览的是第五十页，共51页3液体磨料强化 如图所示，液体和磨料在400 800kPa下，经过喷嘴高速喷出，射向工件表面，借磨粒的冲击作用，磨平工件表面的表面粗糙度并碾压金属表面。液体磨料强化是利用液体和磨料的混合物强化工件表面的方法。方法 由于磨粒的冲击和微量切削作用，使工件表面产生几十微米的塑性变形层。加工后的工件表面层具有残余压应力，提高了工件的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度。效果 液体磨料强化工艺最宜于加工复杂型面，如锻摸、汽轮机叶片、螺旋桨、仪表零件和切削刀具等。应用你现在浏览的是第五十一页，共51页