第四节 机械加工表面质量精选PPT.ppt
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1、第四节 机械加工表面质量第1页,此课件共37页哦一、加工表面质量的概念一、加工表面质量的概念 加工表面质量包含以下两个方面的内容:加工表面质量包含以下两个方面的内容:1表面粗糙度与波度表面粗糙度与波度 根据加工表面轮廓的特征(波距根据加工表面轮廓的特征(波距L与波高与波高H的比的比值),可将表面轮廓分为以下三种:值),可将表面轮廓分为以下三种:LH1000:称为:称为宏观几何形状误差宏观几何形状误差,例如,例如圆度误差、圆柱度误差等,它们属于加工精度圆度误差、圆柱度误差等,它们属于加工精度范畴;范畴;LH501000,称为,称为波纹度波纹度,它是由机械,它是由机械加工振动引起的;加工振动引起的
2、;如图如图第2页,此课件共37页哦 LH50,称为,称为微观几何形状误差微观几何形状误差,亦称,亦称表面粗糙度。表面粗糙度。2表面层材料的物理力学性能和化学性能表面层材料的物理力学性能和化学性能 表面层材料的物理力学性能,包括表面层表面层材料的物理力学性能,包括表面层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变化。的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变化。第3页,此课件共37页哦 (1)表面层的冷作硬化)表面层的冷作硬化 冷作硬化:冷作硬化:机械加工过程中表面层金属产生强机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒间产生剪切烈的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒间产生剪切滑移,晶粒被
3、拉长,这些都会使表面层金属的硬度增滑移,晶粒被拉长,这些都会使表面层金属的硬度增加,塑性减小,统称为冷作硬化。加,塑性减小,统称为冷作硬化。(2)表面层残余应力)表面层残余应力 表面层残余应力:表面层残余应力:机械加工过程中由于切削变机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力,称为表面层残余应力。内应力,称为表面层残余应力。第4页,此课件共37页哦 在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生的在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别在于内应力与这里介绍的表面残余应力的区别在于前者是在整个工件
4、上平衡的应力,它的重新分前者是在整个工件上平衡的应力,它的重新分布会引起工件的变形;后者则是在加工表面材布会引起工件的变形;后者则是在加工表面材料中平衡的应力,它的重新分布不会引起工件料中平衡的应力,它的重新分布不会引起工件变形,但它对机器零件表面质量有重要影响。变形,但它对机器零件表面质量有重要影响。第5页,此课件共37页哦 (3)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 机械加工过机械加工过程中,在工件的加工区域,温度会急剧升高,程中,在工件的加工区域,温度会急剧升高,当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时,就会发生金相组织变化。例如磨削淬界点时
5、,就会发生金相组织变化。例如磨削淬火钢件时,常会出现回火烧伤、退火烧伤等金火钢件时,常会出现回火烧伤、退火烧伤等金相组织变化,将严重影响零件的使用件能。相组织变化,将严重影响零件的使用件能。第6页,此课件共37页哦二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响 1表面质量对耐磨性的影响表面质量对耐磨性的影响 零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热处理情零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关,而且还与摩擦副表面质量有关。况和润滑条件有关,而且还与摩擦副表面质量有关。第7页,此课件共37页哦 (1)表面粗糙度对耐磨性的影响)表面粗糙度对耐磨性的影响
6、表面粗表面粗糙度值大,接触表面的实际压强增大,粗糙不平糙度值大,接触表面的实际压强增大,粗糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂,使磨损加剧,表面粗的凸峰间相互咬合、挤裂,使磨损加剧,表面粗糙度值越大越不耐磨;但表面糙度值越大越不耐磨;但表面粗糙度值也不能太小,表面太光滑,因存不住润粗糙度值也不能太小,表面太光滑,因存不住润滑油使接触面间容易发生分子粘接,也会导致磨滑油使接触面间容易发生分子粘接,也会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工况损加剧。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工况有关,载荷加大时,磨损曲线向上向右位移,最有关,载荷加大时,磨损曲线向上向右位移,最佳粗糙度值也随之右移。佳粗糙度值
7、也随之右移。第8页,此课件共37页哦 (2)表面冷作硬化对耐磨性的影响)表面冷作硬化对耐磨性的影响 机械机械加工后的表面,由于冷作硬化使表面层金属的加工后的表面,由于冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高,可降低磨损。加工表面的冷作显微硬度提高,可降低磨损。加工表面的冷作硬化,一般能提高耐磨性;但是过度的冷作硬硬化,一般能提高耐磨性;但是过度的冷作硬化将使加工表面金属组织变得化将使加工表面金属组织变得“疏松疏松”,严重,严重时甚至出现裂纹,使磨损加剧。时甚至出现裂纹,使磨损加剧。第9页,此课件共37页哦 (3)表面纹理对耐磨性的影响)表面纹理对耐磨性的影响 在轻载运在轻载运动副中,两相对运动零件表
8、面的刀纹方向均与动副中,两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时,耐磨性好;两者的刀纹方向运动方向相同时,耐磨性好;两者的刀纹方向均与运动方向垂直时,耐磨性差,这是因为两均与运动方向垂直时,耐磨性差,这是因为两个摩擦面在相互运动中,切去了妨碍运动的加个摩擦面在相互运动中,切去了妨碍运动的加工痕迹。但在重载时,两相对运动零件表面的工痕迹。但在重载时,两相对运动零件表面的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生咬刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生咬合,磨损量反而大;两相对运动零件表面的刀合,磨损量反而大;两相对运动零件表面的刀纹方向相互垂直,且运动方向平行于下表面的纹方向相互垂直,且运动方
9、向平行于下表面的刀绞方向,磨损量较小。刀绞方向,磨损量较小。第10页,此课件共37页哦 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 表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。在交表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下,表面粗糙度的凹谷部位容易产生变载荷作用下,表面粗糙度的凹谷部位容易产生应力集中,出现疲劳裂纹,加速疲劳破坏。零件应力集中,出现疲劳裂纹,加速疲劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗上容易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度,对疲劳强度的影响更大。糙度,对疲劳强度的影响更大。第11页,此课件共37页哦 减小零件的表面粗糙度,可以提高零件的
10、疲劳强减小零件的表面粗糙度,可以提高零件的疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化,可以阻碍表面疲度。零件表面存在一定的冷作硬化,可以阻碍表面疲劳裂纹的产生,缓和已有裂纹的扩展,有利于提高疲劳裂纹的产生,缓和已有裂纹的扩展,有利于提高疲劳强度;但冷作硬化强度过高时,可能会产生较大的劳强度;但冷作硬化强度过高时,可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。加工表面层如有一层残脆性裂纹反而降低疲劳强度。加工表面层如有一层残余压应力产生,可以提高疲劳强度。余压应力产生,可以提高疲劳强度。第12页,此课件共37页哦 3表面质量对抗腐蚀性能的影响表面质量对抗腐蚀性能的影响 大气中所含的气体和液体与零件接触时会
11、凝聚大气中所含的气体和液体与零件接触时会凝聚在零件表面上使表面腐蚀。零件表面粗糙度越大,在零件表面上使表面腐蚀。零件表面粗糙度越大,加工表面与气体、液体接触面积越大,腐蚀作用就加工表面与气体、液体接触面积越大,腐蚀作用就越强烈。加工表面的冷越强烈。加工表面的冷作硬化和残余应力,使表层材料处于高能位状作硬化和残余应力,使表层材料处于高能位状态,有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度,控态,有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度,控制表面的加工硬化和残余应力,可以提高零件制表面的加工硬化和残余应力,可以提高零件的抗腐蚀性能。的抗腐蚀性能。第13页,此课件共37页哦 4表面质量对零件配合性质的影响表面质量对零件
12、配合性质的影响 对于间隙配合,零件表面越粗糙,磨损越对于间隙配合,零件表面越粗糙,磨损越大,使配合间隙增大,降低配合精度;对于过大,使配合间隙增大,降低配合精度;对于过盈配合,两零件粗糙表面相配时凸峰被挤平,盈配合,两零件粗糙表面相配时凸峰被挤平,使有效过盈量减小,将降低过盈配合的连接强使有效过盈量减小,将降低过盈配合的连接强度。度。第14页,此课件共37页哦三、加工表面的表面粗糙度三、加工表面的表面粗糙度 切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。残留面积的高度。对于刀尖圆弧半径对于刀尖圆弧半径 的刀具,工件表面的刀具,工件表面残留面积的高度残留
13、面积的高度第15页,此课件共37页哦 对于刀尖圆弧半径对于刀尖圆弧半径 的刀具,工件表面的刀具,工件表面残留面积的残留面积的 减小减小f、及增大及增大 ,均可减小残留,均可减小残留面积的高度面积的高度H值。值。第16页,此课件共37页哦 切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状,一般都切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状,一般都与纯几何因素形成的理论轮廓有较大的差别,这是与纯几何因素形成的理论轮廓有较大的差别,这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。加工塑性材料时,切削速度对加工表面粗加工塑性材料时,切削速度对加工表面粗糙度的影响如糙度的影响如图图443所示。在图示某一
14、切削所示。在图示某一切削速度范围内,容易生成积屑瘤,使表面粗糙度速度范围内,容易生成积屑瘤,使表面粗糙度增大。加工脆性材料时,切削速度对表面粗糙增大。加工脆性材料时,切削速度对表面粗糙度的影响不大。度的影响不大。第17页,此课件共37页哦返回返回第18页,此课件共37页哦 加工相同材料的工件,晶粒越粗大,切削加工相同材料的工件,晶粒越粗大,切削加工后的表面粗糙度值越大。为减小切削加工加工后的表面粗糙度值越大。为减小切削加工后的表面粗糙度值,常在加工前或精加工前对后的表面粗糙度值,常在加工前或精加工前对工件进行正火、调质等热处理,目的在于得到工件进行正火、调质等热处理,目的在于得到均匀细密的晶粒
15、组织,并适当提高材料的硬度。均匀细密的晶粒组织,并适当提高材料的硬度。第19页,此课件共37页哦 适当增大刀具的前角,可以降低被切削材料适当增大刀具的前角,可以降低被切削材料的塑性变形;降低刀具前刀面和后刀面的表面粗的塑性变形;降低刀具前刀面和后刀面的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成;增大刀具后角,可糙度可以抑制积屑瘤的生成;增大刀具后角,可以减少刀具和工件的摩擦;合理选择冷却润滑液,以减少刀具和工件的摩擦;合理选择冷却润滑液,可以减少材料的变形和摩擦,降低切削区的温度;可以减少材料的变形和摩擦,降低切削区的温度;采取上述各项措施均有利于减小加工表面的粗糙采取上述各项措施均有利于减小加工表面的粗
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