第4章 4.4 机械加工表面质量课件.ppt

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1、2021/8/3武汉理工大学机电工程学院1/63一、机械加工后的表面质量二、表面质量对零件使用性能的影响三、机械加工后的表面粗糙度四、机械加工后的表面层物理力学性能五、改善机械加工表面质量的途径4.4机械加工表面质量一、机械加工后的表面质量1、表面层的几何形状表面粗糙度表面波度2、表面层的物理机械性能表面层冷作硬化程度表面层残余应力性质与大小表面层金相组织的变化机械加工后的表面质量2021/8/3武汉理工大学机电工程学院4/63表面粗糙度与波度表面粗糙度表面波度动画演示movie4-1动画演示8.1指已加工表面微观几何形状误差，由加工中的残留面积、塑性变形、积屑瘤、磷刺以

2、及工艺系统高频振动等因素造成。周期性几何形状误差，波距1～10mm。由工艺系统低频振动造成。2021/8/3武汉理工大学机电工程学院5/63表面层的物理机械性能表面层冷作硬化（简称冷硬）：零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。表面层金相组织的变化：由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。表面层显微硬度的变化情况。表面残余应力分布状况。零件表面层沿深度方向的变化情况二、表面质量对零件使用性能的影响1、影响零件的耐磨性Ra的

3、影响：Ra，磨损量Ra，磨损量∴存在最佳表面粗糙度值。加工表面硬化：提高耐磨性0.5-1倍。表面层金相组织变化：导致表面硬度变化，影响工件耐磨性动画演示8.22021/8/3武汉理工大学机电工程学院10/632、对零件工作精度的影响Ra：Ra，零件工作精度；Ra，摩擦系数小，工作表面接触刚度，故可提高零件工作精度，减少发热和功率损失。表面残余应力：残余应力工作精度。原因是：加工表面层的残余应力会使零件在使用中继续变形，失去原有精度。2021/8/3武汉理工大学机电工程学院11/633、对零件配合性质的影响对于间隙配合表面粗糙度，磨损，配合间隙；对

4、于过盈配合使实际过盈量减小，降低连接强度。2021/8/3武汉理工大学机电工程学院12/634、对零件疲劳强度的影响Ra：Ra，零件疲劳强度表面残余应力：若是压应力，疲劳强度若是拉应力，疲劳强度表面加工硬化：合适的冷作硬化能阻碍疲劳裂纹的出现和扩大，有助于提高疲劳强度。但过高的加工硬化会增加表面脆性，反而降低疲劳强度。2021/8/3武汉理工大学机电工程学院13/635、对零件抗腐蚀性能的影响零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面凹处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，故抗腐蚀性能越差。表面冷硬和金相组织变化都会产生内应

5、力。零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，若有裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因此表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。三、机械加工后的表面粗糙度2021/8/3武汉理工大学机电工程学院15/63影响切削加工后的表面粗糙度的因素可归纳为四方面：几何因素：刀具相对于工件作进给运动时在加工表面上遗留下来的切削层残留面积。物理因素：被加工材料的塑性、硬度等工艺因素：主要是切削用量的影响。工艺系统的振动：切削过程中出现振动，刀具将在工件上切出波纹，严重影响工件的表面粗糙度。减小f、κr、κr′及加大rε，可减小残留面积的高度2021/8/3武汉理工大学机电工程学院17/63由图8

6、.6可知，切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有比较大的差别。这主要是与被加工材料的性能及切削机理有关的物理因素的影响。切削过程中刀具的刃口圆角及后刀面对工件挤压与摩擦而产生塑性变形。韧性越好的材料塑性变形就越大，且容易出现积屑瘤与鳞刺，使粗糙度严重恶化。物理因素动画演示8.6切削速度对表面粗糙度的影响积屑瘤由积屑瘤形成机理可知，积屑瘤将严重影响工件的表面粗糙度。鳞刺：工件表面上微小的鱼鳞状倒刺。鳞刺的生成机理：在中低速切削塑性金属材料且较大时，刀－屑之间由于冷焊而产生粘结现象，切屑在前刀面上流动时周期性地受阻而瞬时停留，切屑代替前刀面推挤切削层，造成已加工表面上出现拉

7、应力而导裂，生成鳞刺。机械加工过程中的振动问题加工过程中，工艺系统如果发生振动，使工艺系统的正常运动受到干扰，破坏了机床、工件、刀具间的正确位置关系，使加工表面出现振纹，严重地恶化加工质量。研究机械加工中产生振动的机理，探求有效的消振减振措施，是机械加工工艺领城的一个重要课题。1）自由振动——衰减性振动在初始干扰力作用下，使系统的平衡被破坏而产生的仅靠系统弹性恢复力维持的振动。2）受迫振动——非衰减性振动在外界周期性干扰力持续作用下，系统受迫产生的振动。3）自激振动——非衰减性振动依靠振动系统在自身运动中激发出交变力维持的振动