机械制造工艺教案15公开课.docx

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1、编案时间：2010年10月23日适用班级：0903、0904课 时：2课时教学课题：影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改善措施教学目标：掌握影响加工硬化的因素及消除加工硬化的方法；掌握影响表面残余应力的因素及消除表面残余应力的方法；了解磨削表面烧伤、磨削表面裂纹的产生原因及控制措施；教学重点：掌握影响表面残余应力的因素及消除表面残余应力的方法；了解磨削表面烧伤、磨削表面裂纹的产生原因及控制措施。教学难点：综合分析力热对表面力学性能的影响。教具仪器：多媒体第二节影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改善措施3.2影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改善措施表面冷作硬化影响加工硬化的主要因素

2、有刀具几何参数及磨损，切削用量和工件材料等。加工方法表4-9钢件表面的硬化程度N与硬化层深度Ahd加工方法硬化程度N( % )硬化层深度平均值最大值平均值最大值车削120-15020030-50200精车140-18022020-60端铳140-16020040-100200周铳120-14018040-80110钻扩孔160-170180-200250拉孑L150-20020-75滚插齿160-200120-150外回磨低碳钢1602002503060磨末淬硬中碳钢1401602003060平面磨1501635研磨37刀具磨损图4-65显不了刀具后刀面磨损对冷硬的影响。由图可见，刀具后刀面磨

3、损宽度VB从。增大 至U 0.2mm,表层金属的显微硬度由220HV增大到340HV,这是由于磨损宽度加大后，刀具后刀 面与被加工工件的摩擦加剧，塑性变形增大，导致表面冷硬增大。但磨损宽度继续加大，摩擦热 急剧增大，弱化趋势变得明显，表层金属的显微硬度逐渐下降，直至稳定在某一水平上。34026018010050钢,v = 40 (m/niin) f-0.12 02 (mtn/z 0.20.40.60.81.0磨损宽度13 I mm)图4-65后刀面磨损对冷硬的影响工件方面 研究表明，工件材料硬度越低、塑性增大，加工硬化程度N和硬化层深度 越大。就结构钢而言，含碳(C)量少，塑性变形大，硬化严重

4、。如：切削软钢N= 140%200%。切削用量切削用量vc、f对加工硬化的影响如图4-66、图4-67所示。图4柒Ahd-Vc关系曲线 刀具, !历合金：工外材料，45 4H 彳冽 用 像e =0.5mm. fM). 14mm*r 铳削用俄：=3mm f/=O3mm/ZVB图4 -67 Ahd-。关系曲线刀具：单齿蛙质合急诩铳刀.冽削条件：-2.5mm , vc-320m/min (45), .18 0m/min 2Crt3)通常加大进给量时，表层金属的显微硬度将随之增大。这是因为随着进给量的增大，切削力 也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬程度增大。切削速度对冷硬程度的影响是力因素和热因素综

5、合作用的结果。当切削速度增大时，刀具与 工件的作用时间减少，使塑性变形的扩展深度减小，因而有减小冷硬程度的趋势。但切削速度增 大时，切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了，又有使冷硬程度增加的趋势。切削深度对表层金属冷作硬化的影响不大。控制加工硬化的措施1）选择较大的刀具前角yo和后角ao及较小的刃口钝圆半径rno2）合理确定刀具磨钝标准VB值。3）提高刀具刃磨质量。4）合理选择切削用量，尽量选择较高的vc和较小的f。5）使用性能好的切削液。6）改善工件的切削加工性。3.2.1 影响表面金属残余应力的因素及控制措施影响表层金属残余应力的主要因素有刀具儿何参数及磨损，切削用量和工件材料等。刀具几

6、何参数刀具几何参数中对残余应力影响最大的是刀具前角。图4.55给出了硬质合金刀具切削45钢 时，刀具前角yo对残余应力的影响规律。当yo由正变为负时，表层残余拉应力逐渐减小。这是 因为丫。减小，rn增大，刀具对加工表面的挤压与摩擦作用加大，从而使残余拉应力减小；当 为较大负值且切削用量合适时，甚至可得到残余压应力。图4 68前角对残余应力的影响刀具：硬质合金刀具,工件：45铜,切削条件：Vc=150nVmin, ap=0.5mm,=0.05mmT刀具磨损刀具后刀面磨损VB值增大，使后刀面与加工表面摩擦增大，也使切削温度升高，从而由热 应力引起的残余应力的影响增强，使加工表面呈残余拉应力，同时使

7、残余拉应力层深度加大（见 图 4.56 )o050100150200距成表面层深度（um）图4 69VB -残余应力曲刀具，单一硬质合金端铳刀,工件?合金钢轴向俏角：0 .径向前角：“5 1=8，=45 , k；=5050100150200距成表面层深度（um）图4 69VB -残余应力曲刀具，单一硬质合金端铳刀,工件?合金钢轴向俏角：0 .径向前角：“5 1=8，=45 , k；=59 4 4 9 .63 O3.6o O 4)工件材料工件材料塑性越大，切削加工后产生的残余拉应力越大，如：工业纯铁、奥氏体不锈钢等。 切削灰铸铁等脆性材料时，加工表面易产生残余压应力，原因在于刀具的后刀面挤压与摩

8、擦使得 表面产生拉伸变形，待与刀具后刀面脱离接触后在里层的弹性恢复作用下，使得表层呈残余压应 力。切削用量切削用量三要素中的切削速度VC和进给量f对残余应力的影响较大。因为VC增加，切削温 度升高，此时由切削温度引起的热应力逐渐起主导作用，故随着VC增加，残余应力将增大，但 残余应力层深度减小。进给量f增加，残余拉应力增大，但压应力将向里层移动。背吃刀量ap 对残余应力的影响不显著。3.2.2 影响表面金属残余应力的因素及控制措施磨削烧伤、磨削裂纹及控制措施磨削烧伤磨削工件时，当工件表面层温度达到或超过金属材料的相变温度时，表层金属材料的金相组 织将发生变化，表层显微硬度也相应变化，并伴随有残

9、余应力产生，甚至出现微裂纹，同时出现 彩色氧化膜，这种现象称磨削烧伤。磨削裂纹一般情况下磨削表面多呈残余拉应力，磨削淬火钢、渗碳钢及硬质合金工件时，常常在垂直 于磨削的方向上产生微小龟裂，严重时发展成龟壳状微裂纹，有的裂纹不在工件外表面，而是在 表面层下用肉眼根本无法发现。裂纹的方向常与磨削方向垂直或呈网状，并且与烧伤同时出现。 其危害是降低零件的疲劳强度，甚至出现早期低应力断裂。磨削烧伤、磨削裂纹的控制措施(1)正确选择砂轮为避免产生烧伤，应选择较软的砂轮。选择具有一定弹性的结合剂(如橡胶结合剂，树脂结 合剂)，也有助于避免烧伤现象的产生。(2)合理选择磨削用量从减轻烧伤而同时又尽可能地保持

10、较高的生产率考虑，在选择磨削用量时，应选用较大的工 件速度Vw和较小的磨削深度ap。(3)改善冷却条件 采用高压大流量法 此法不但可以增强冷却作用，而且也增强了对砂轮的冲洗作用，使砂 轮不易堵塞。安装带空气挡板的喷嘴此法可以减轻高速回转砂轮表面处的高压附着气流作用，使磨削 液能顺利喷注到磨削区。 采用磨削液雾化法或内冷却法采用专门装置将磨削液雾化，使其带走大量磨削热，增强 冷却效果；也可采用内冷却砂轮，其工作原理如图4-70所示。经过严格过滤的磨削液由锥形套1 经空心主轴法兰套2引入砂轮的中心腔3内，由于离心力的作用，磨削液经由砂轮内部有径向小 孔的薄壁套4的孔隙甩出，直接浇注到磨削区。图4-70内冷却砂轮结构1锥形盖2-主轴法兰套3一砂轮中心腔4薄壁套授后感: