机械制造工艺学702.pptx

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1、第三节第三节 影响加工外表物理影响加工外表物理力学性能的因素力学性能的因素本节内容本节内容一、加工外表层的冷作硬化一、加工外表层的冷作硬化二、外表层的金相组织变化二、外表层的金相组织变化三、外表层的剩余应力三、外表层的剩余应力四、减小剩余拉应力、防止四、减小剩余拉应力、防止外表烧伤和裂纹的工艺措施外表烧伤和裂纹的工艺措施机械制造工艺学机械制造工艺学一、加工外表层冷作硬化一、加工外表层冷作硬化机械制造工艺学机械制造工艺学 在切削或磨削在切削或磨削加工加工中，中，表表面面层金属层金属的强度和的强度和硬硬度度提提高高的现象。的现象。产生原因：产生原因：切削或磨削加工时，外表层金属由于切削或磨削加工时

2、，外表层金属由于塑性变形塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒被拉长、使晶体间产生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒被拉长、破碎和纤维化而得到强化。破碎和纤维化而得到强化。特点：特点：变形抵抗力变形抵抗力(屈服点屈服点)提高，塑性提高，塑性(相对延伸率相对延伸率)降低。降低。衡量指标：衡量指标：外表层金属显微硬度外表层金属显微硬度 H、冷硬层的深度冷硬层的深度 h（m）、硬化程度硬化程度 N机械制造工艺学机械制造工艺学式中式中：H 外表外表层显微硬度（层显微硬度（HVHV）；）；H0 基体基体金属原来金属原来显微硬度（显微硬度（HVHV）。）。N=(H/H0)100冷作硬化测量方法冷作硬化测量方法

3、表层显微硬度表层显微硬度H显微硬度计显微硬度计采用顶角为采用顶角为采用顶角为采用顶角为136 136 136 136 石压头，载荷石压头，载荷石压头，载荷石压头，载荷2N2N2N2N斜截面测量斜截面测量可同时测出硬化层深度可同时测出硬化层深度可同时测出硬化层深度可同时测出硬化层深度 h h h h硬化层深度测量硬化层深度测量机械制造工艺学机械制造工艺学(一一)影响外表层冷作硬化的因素影响外表层冷作硬化的因素机械制造工艺学机械制造工艺学 外表层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形外表层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。的力、变形速度及变形时的温度。变形变形的的力越大，塑性

4、变形越大，则硬化程度力越大，塑性变形越大，则硬化程度 越大；越大；变形变形的的速度越速度越快快，塑性变形越不充分，则硬，塑性变形越不充分，则硬 化程度越小；化程度越小；变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会 影响变形后金相组织的恢复程度。影响变形后金相组织的恢复程度。机械制造工艺学机械制造工艺学 机械加工时外表层的硬化机械加工时外表层的硬化并并不稳定，一有条件，就会不稳定，一有条件，就会弱化：弱化：当到达当到达熔化绝对温度熔化绝对温度0.250.30时时，则除了强化现象外，则除了强化现象外，同时还有回复现象，此时歪扭的晶格局部得到恢复，减低同时还有回复现象

5、，此时歪扭的晶格局部得到恢复，减低了冷作硬了冷作硬化化作用；作用；假设假设超过熔化绝对温度超过熔化绝对温度0.300.30时，时，会发生金属再结晶，会发生金属再结晶，此时此时因因强化而改变了的外表层物理机械性几乎能完全恢复。强化而改变了的外表层物理机械性几乎能完全恢复。机械加工时外表层的冷作硬化就是强化作用和回复作机械加工时外表层的冷作硬化就是强化作用和回复作用的综合。切削温度越高、高温持续时间越长、强化程度用的综合。切削温度越高、高温持续时间越长、强化程度越大，则回复作用也就越强。越大，则回复作用也就越强。高温下工作的零件，高温下工作的零件，为为保证疲劳强度保证疲劳强度，应使，应使外表没有外

6、表没有冷硬层或只有极小冷硬层或只有极小的的（1020m）冷硬层。）冷硬层。(一一)影响外表层冷作硬化的因素影响外表层冷作硬化的因素机械制造工艺学机械制造工艺学1、影响切削加工外表冷作硬化的因素（1）切削用量）切削用量f 和和 v 对冷硬的影响对冷硬的影响硬度(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：45切削速度切削速度v塑变塑变冷硬冷硬（弱化作用加强）（弱化作用加强）进给量进给量 f切削力切削力塑变塑变冷硬冷硬 f 刀尖圆角在工件刀尖圆角在工件外表挤压次数外表挤压次数冷硬冷

7、硬切削深度切削深度p影响不大影响不大（2）刀具几何形状）刀具几何形状机械制造工艺学机械制造工艺学刃口圆弧半径刃口圆弧半径 r径向切削分力径向切削分力塑变塑变 冷硬冷硬后刀面磨损影响后刀面磨损影响后刀面磨损影响后刀面磨损影响较大较大较大较大（综合作用综合作用综合作用综合作用）其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显其他几何参数影响不明显00.20.40.60.81.0磨损宽度VB(mm)100 180 260 340硬度(HV)50钢，v=40(m/min)f =0.120.2(mm/z)后刀面磨损对冷硬影响后刀面磨损对冷硬影响（3）工件材料）工件材料材料硬度材料硬度塑

8、塑性性冷硬冷硬如：低碳钢；如：低碳钢；有色金属的熔点低，容易弱化，有色金属的熔点低，容易弱化，冷作硬化现象比钢材轻得多。冷作硬化现象比钢材轻得多。2 2、影响磨削加工外表冷作硬化因素影响磨削加工外表冷作硬化因素（1 1 1 1）磨削用量磨削用量磨削速度磨削速度磨削速度磨削速度 温度温度 塑变塑变 冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度（弱化作用加强）（弱化作用加强）（弱化作用加强）（弱化作用加强）工件转速工件转速工件转速工件转速冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度 纵向进给量影响纵向进给量影响纵向进给量影响纵向进给量影响较较较较复杂复杂复杂复杂（综合作用）（综合作用）（综合作用）（综合作用）磨削深度磨削

9、深度磨削深度磨削深度 磨削力磨削力 塑变塑变冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度 磨削深度对冷硬的影响磨削深度对冷硬的影响ap(mm)硬度(HV)00.25300350 4505004000.500.75普通磨削高速磨削机械制造工艺学机械制造工艺学（2 2）砂轮砂轮（3 3）工件材料工件材料砂轮粒度砂轮粒度砂轮粒度砂轮粒度(细细细细)冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度 砂轮硬度砂轮硬度砂轮硬度砂轮硬度冷硬程度冷硬程度冷硬程度冷硬程度 砂轮组织影响不显著砂轮组织影响不显著砂轮组织影响不显著砂轮组织影响不显著材料塑性材料塑性材料塑性材料塑性 塑变塑变 冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向 材料导热性材料导热

10、性材料导热性材料导热性 温度温度 冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向冷硬倾向 机械制造工艺学机械制造工艺学二、外表层金相组织变化二、外表层金相组织变化 机械加工时，能量大局部转化为热能，使加机械加工时，能量大局部转化为热能，使加工外表温度升高，当温度到达相变临界点时，表工外表温度升高，当温度到达相变临界点时，表面面层金属就发生金相组织变化。层金属就发生金相组织变化。磨削加工时，外表层的温度很高，易于出现磨削加工时，外表层的温度很高，易于出现金属组织变化，使强度和硬度降低，产生剩余应金属组织变化，使强度和硬度降低，产生剩余应力，严峻时甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨力，严峻时甚至出现微观裂纹。这种现象称为

11、磨削烧伤。削烧伤。机械制造工艺学机械制造工艺学淬火烧伤淬火烧伤三三种种烧烧伤伤形形式式回火烧伤回火烧伤退火烧伤退火烧伤 磨削区温度超过马氏体转变温度磨削区温度超过马氏体转变温度(350)(350)而未超过相变温度而未超过相变温度(Ac3)(Ac3)，工，工件外表原来的马氏体组织将产生回火件外表原来的马氏体组织将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组现象，转化成硬度降低的回火组织织索氏体或索氏体或贝贝氏体；氏体；机械制造工艺学机械制造工艺学 不用冷却液不用冷却液进行干磨削时进行干磨削时，磨削，磨削区温度超过相变温度，缓慢冷却，区温度超过相变温度，缓慢冷却，工工件表层被退火件表层被退火，硬度急剧下降

12、硬度急剧下降。磨削区温度超过相变温度，由于磨削区温度超过相变温度，由于冷却液冷却液急冷作用急冷作用，表层出现二次淬火，表层出现二次淬火马氏体，里层马氏体，里层因为冷却缓慢因为冷却缓慢仍仍为硬度为硬度降低的回火组织降低的回火组织。磨削淬火钢时外表层产生的烧伤有以下三种磨削淬火钢时外表层产生的烧伤有以下三种形式形式：工件显微镜下的金相组织工件显微镜下的金相组织工件显微镜下的金相组织工件显微镜下的金相组织机械制造工艺学机械制造工艺学黑黑青青淡青淡青米黄米黄淡黄淡黄外表颜色与烧伤之间的关系：外表颜色与烧伤之间的关系：机械制造工艺学机械制造工艺学 磨削淬火钢时，由于磨削烧伤，磨削淬火钢时，由于磨削烧伤，

13、工件外表产生氧化膜工件外表产生氧化膜，并呈现出不同并呈现出不同的的颜色。颜色。不同的烧伤色表示受到不同温度不同的烧伤色表示受到不同温度的作用与产生不同的烧伤深度。的作用与产生不同的烧伤深度。有时外表虽有时外表虽没有没有烧伤色烧伤色，但不，但不能能确定确定外表未受热外表未受热烧烧伤。伤。如在如在磨削过程中磨削过程中形形成成较较深的烧伤深的烧伤层，层，在在以后的无进给磨削中磨去了外以后的无进给磨削中磨去了外表的烧伤色，表的烧伤色，实际上实际上烧伤层烧伤层仍存在。仍存在。留在工件上的烧伤层会成为使用留在工件上的烧伤层会成为使用中的隐患。中的隐患。三、外表层剩余应力三、外表层剩余应力 机加工中工件外表

14、层组织发生机加工中工件外表层组织发生了了变化变化，外载荷，外载荷去除后，在工件表层与基体材料交界处去除后，在工件表层与基体材料交界处会产生会产生相互相互平衡的平衡的弹性弹性应应力力，这种应力这种应力称为剩余应力。称为剩余应力。剩余应力产生的原因剩余应力产生的原因:机械制造工艺学机械制造工艺学冷态冷态塑塑性性变形变形引起的引起的残余应力残余应力热态热态塑塑性性变形变形引起的引起的残余应力残余应力金相组织变化金相组织变化引起的引起的残余应力残余应力残余应力残余应力冷塑性变形冷塑性变形引起引起的的剩余应力剩余应力机械制造工艺学机械制造工艺学热塑性变形热塑性变形引起引起的的剩余应力剩余应力机械制造工艺

15、学机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学金相组织变化金相组织变化引起引起的的剩余应力剩余应力 加工加工时的高温时的高温使使工工件件外表的外表的金金相相组织发生组织发生变变化，化，比容大的组比容大的组织织比容小的组织比容小的组织体积收缩，体积收缩，产生剩余拉应力产生剩余拉应力;反之，产生剩反之，产生剩余压应力。余压应力。机加工后外表层剩余应力及其分布，是上述机加工后外表层剩余应力及其分布，是上述三方面因素的综合三方面因素的综合。一定条件下，其中一或二种一定条件下，其中一或二种因素起主导作用。因素起主导作用。切削热不多时（一般切削加工）以冷态塑性变切削热不多时（一般切削加工）以冷态塑性变形为主

16、，外表层常产生剩余压应力。假设切削热多形为主，外表层常产生剩余压应力。假设切削热多则以热态塑性变形为主，外表层常产生剩余拉应力。则以热态塑性变形为主，外表层常产生剩余拉应力。磨削时外表层剩余应力磨削时外表层剩余应力随随磨削条件不同而不同：磨削条件不同而不同：轻磨削轻磨削时时产生浅而小的剩余压应力，此时没有产生浅而小的剩余压应力，此时没有金相组织变化，温度影响也很小，主要是塑性变形金相组织变化，温度影响也很小，主要是塑性变形影响起作用。影响起作用。中等磨削中等磨削时时产生浅而大的拉应力。产生浅而大的拉应力。淬火钢重磨削淬火钢重磨削时时则产生深而大的拉应力（最外则产生深而大的拉应力（最外层层外表可

17、能出现小而浅的压应力），显然是由于热外表可能出现小而浅的压应力），显然是由于热态塑性变形和金相组织变化的影响起主导作用。态塑性变形和金相组织变化的影响起主导作用。机械制造工艺学机械制造工艺学四、减小剩余拉应力、防止外表烧伤和四、减小剩余拉应力、防止外表烧伤和 裂纹的工艺措施裂纹的工艺措施(一一)合理选择磨削用量合理选择磨削用量机械制造工艺学机械制造工艺学砂轮转速砂轮转速 磨削烧伤磨削烧伤径向进给量径向进给量 磨削烧伤磨削烧伤轴向进给量轴向进给量磨削烧伤磨削烧伤工件速度工件速度磨削烧伤磨削烧伤（二）合理选择砂轮并及时修整（二）合理选择砂轮并及时修整磨粒的切削刃锋利磨粒的切削刃锋利磨削力磨削力磨削

18、区的温度磨削区的温度磨削烧伤磨削烧伤砂轮粒度砂轮粒度（细），硬度（细），硬度磨削烧伤磨削烧伤（三）改善冷却方法（三）改善冷却方法机械制造工艺学机械制造工艺学选择适宜的冷却液和有效的冷却方法选择适宜的冷却液和有效的冷却方法：采用采用高压大流量冷却高压大流量冷却 采用内冷却法采用内冷却法 砂轮砂轮内冷却装置内冷却装置 1 1锥形盖锥形盖 2 2通道孔通道孔 3 3中心腔中心腔 4 4有径向小孔薄壁套有径向小孔薄壁套 加装空气加装空气挡板，减轻旋挡板，减轻旋转砂轮外表高转砂轮外表高压附着气流的压附着气流的作用，使冷却作用，使冷却液能顺利地喷液能顺利地喷注到磨削区。注到磨削区。第四节第四节 降低外表粗

19、糙度、改善降低外表粗糙度、改善外表物理力学性能的加工方外表物理力学性能的加工方法法一、降低外表粗糙度的加工方法一、降低外表粗糙度的加工方法 高精度加工的范畴内，按不同的精度水平，分高精度加工的范畴内，按不同的精度水平，分为三个档次，能到达的外表粗糙度如下：为三个档次，能到达的外表粗糙度如下：精密加工精密加工 精度精度30.3m，粗糙度达，粗糙度达0.30.03m；超精密加工超精密加工(亚微米加工亚微米加工)精度精度0.30.03m，粗糙度达，粗糙度达0.030.005m；纳米加工纳米加工 精度为精度为0.03m，粗糙度优于，粗糙度优于0.005 m以上。以上。机械制造工艺学机械制造工艺学超精加

20、工、珩磨、研磨、抛光超精加工、珩磨、研磨、抛光共同特点共同特点1 1）加工余量小，切削速度低）加工余量小，切削速度低2 2）对设备要求低，无需精密机床）对设备要求低，无需精密机床3 3）降低外表粗糙度效果明显，提高精度不明显）降低外表粗糙度效果明显，提高精度不明显机械制造工艺学机械制造工艺学用细粒度油石，以恒定压力和复杂相对运动对用细粒度油石，以恒定压力和复杂相对运动对工件进行微量切削。工件进行微量切削。Ra=0.080.012m1 1、工件低速回转运动、工件低速回转运动 2 2、磨条轴向进给运动、磨条轴向进给运动 3 3、磨条高速往复振动、磨条高速往复振动机械制造工艺学机械制造工艺学超精加工

21、超精加工珩磨珩磨利用珩磨工具对工件外表施加一定压力，珩磨利用珩磨工具对工件外表施加一定压力，珩磨工具同时做相对旋转和直线往复运动，切除工工具同时做相对旋转和直线往复运动，切除工件外表极小余量地一种精密加工方法。件外表极小余量地一种精密加工方法。Ra=0.20.025m，生产效率高。，生产效率高。加工对象：圆柱孔加工对象：圆柱孔珩磨余量：珩磨余量：0.020.15mm珩磨孔径范围：珩磨孔径范围：15500mm，孔的深径比可达，孔的深径比可达1010以上以上机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学珩磨珩磨研磨研磨利用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄利用研磨工具和研磨剂，从工件

22、上研去一层极薄外表层的精密加工方法。外表层的精密加工方法。Ra=0.0250.006m，生产效率低。生产效率低。基本原理：基本原理：通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研磨液通过介于工件和硬质研具之间的磨料或研磨液的流动，产生机械摩擦的流动，产生机械摩擦和化学作用，去除工件和化学作用，去除工件表层微小加工余量。可表层微小加工余量。可提高形状、尺寸精度，提高形状、尺寸精度，但不能提高位置精度。但不能提高位置精度。机械制造工艺学机械制造工艺学 在加工外表上涂上研磨剂，再套上研具，工件低速旋在加工外表上涂上研磨剂，再套上研具，工件低速旋转，操作工手握研具作轴向往复移动。转，操作工手握研具作轴向往复移动

23、。机械制造工艺学机械制造工艺学手工研磨外圆手工研磨外圆机械制造工艺学机械制造工艺学手工研磨内圆手工研磨内圆手工研磨平面手工研磨平面抛光抛光用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转对工件用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转对工件进行微弱切削，从而降低工件外表粗糙度，提高进行微弱切削，从而降低工件外表粗糙度，提高光亮度的一种精密加工方法。光亮度的一种精密加工方法。Ra=0.160.04m 原理与研磨相似，只是研具采用皮革、无纺布等软质原理与研磨相似，只是研具采用皮革、无纺布等软质材料，可用于自由曲面材料，可用于自由曲面加工。不能提高尺寸、加工。不能提高尺寸、形状及位置精度，主要形状及位置精度，主要用于

24、外表的修饰加工及用于外表的修饰加工及电镀前的预加工。电镀前的预加工。机械制造工艺学机械制造工艺学二、改善外表物理力学性能的加工方法二、改善外表物理力学性能的加工方法 利用大量快速运动的珠丸利用大量快速运动的珠丸打击工件被加工外表，使工件打击工件被加工外表，使工件外表产生冷硬层和压缩剩余应外表产生冷硬层和压缩剩余应力。可以用于任何复杂形状的力。可以用于任何复杂形状的零件。零件。机械制造工艺学机械制造工艺学喷丸强化喷丸强化1 1、喷丸强化、喷丸强化 槽和凸肩滚压加工槽和凸肩滚压加工机械制造工艺学机械制造工艺学2 2、滚压加工、滚压加工 用淬硬的滚轮或钢用淬硬的滚轮或钢珠在工件被加工面上进珠在工件被加工面上进行滚压，使工件表层材行滚压，使工件表层材料产生塑性流动，形成料产生塑性流动，形成新的光亮外表。新的光亮外表。3 3、石压光石压光a)a)外圆压光外圆压光b)b)内孔压光内孔压光机械制造工艺学机械制造工艺学本节结束本节结束谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH