机械制造技术基础课件最新版第六章第3-4节

误差变化的全貌。具体方法是按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸,以其序号为横 坐标,以量得的尺寸为纵坐标,则可得到如图6-65所示的点图。
加工误差的综合分析
图6-65 自动车床加工的点图
加工误差的综合分析
表6-5 正常波动与异常波动的标志
机械加工表面质量
一、 概述 机器零件的机械加工质量,除了加工精度之外,表面质量也是极其重要而不容忽视的
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2.表面质量对零件疲劳强度的影响 在交变载荷的作用下,零件表面的粗糙度、划痕和裂纹等缺陷容易引起应力集中而萌
生和扩展疲劳裂纹造成疲劳损坏。试验表明,对于承受交变载荷的零件,减小表面粗糙度 可以使疲劳强度提高30%~40%。加工纹路方向对疲劳强度的影响更大,如果刀痕与受力方 向垂直,则疲劳强度将显著降低。不同材料对应力集中的敏感程度不同,因而效果也就不 同。一般说来,钢的极限强度越高,应力集中的敏感程度就越大。
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3.表面质量对零件耐蚀性的影响 当零件在潮湿的空气中或在有腐蚀性的介质中工作时,常会发生化学腐蚀或电化学腐
蚀。化学腐蚀是由于在粗糙表面的凹谷处容易积聚腐蚀性介质而发生化学反应。电化学 腐蚀是由于两个不同金属材料的零件表面相接触时,在表面的粗糙度顶峰间产生电化学作 用而被腐蚀掉。所以降低表面粗糙度可以提高零件的耐蚀性。 零件在应力状态下工作时,会产生应力腐蚀,加速腐蚀作用。表面存在裂纹时,更增加了应 力腐蚀的敏感性。表面产生冷作硬化或金相组织变化时也常会降低耐蚀能力。
一个方面。产品的工作性能,尤其是它的可靠性、耐久性,在很大程度上取决于其主要零 件的表面质量。
机器零件的使用性能如耐磨性、疲劳强度、耐蚀性等除与材料本身的性能和热处理 有关外,主要取决于加工后的表面质量。随着产品性能的不断提高,一些重要零件必须在 高应力、高速、高温等条件下工作,由于表面上作用着很大的应力并直接受到外界介质 的腐蚀,表面层的任何缺陷都可能引起应力集中、应力腐蚀等现象而导致零件的损坏,因 而表面质量问题变得更加突出和重要。
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五、 控制加工表面质量的途径 1.控制磨削参数 (1)超精加工 (2)珩磨 (3)研磨 (4)抛光 2.采用超精加工、珩磨等光整加工方法作为终加工工序 3.采用喷丸、滚压、辗光等表面强化工艺 (1)喷丸 (2)滚压、辗光
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第五节 机械加工过程中振动的基本概念
机械加工中的振动,一般使刀具与工件之间产生相对位移,严重地破坏了工件和刀具 之间正常的运动轨迹,振动不仅恶化了加工表面质量、缩短了刀具和机床的使用寿命,而 且振动严重时将使加工无法进行。常常为了避免振动,不得不降低切削用量,从而降低了 生产率。同时由于振动发出刺耳的噪声,不仅使劳动者容易疲劳、身心受到损害、工作 效率降低,而且污染了环境。
加工误差的综合分析
二、加工误差的统计分析方法 对于生产实际中经常以复杂的因素而出现的加工误差问题,不能用前面阐述的单因素估 算方法来衡量其因果关系,更不能由单个工件的检查来得出结论。因为单个工件不能暴 露出误差的性质和变化的规律,单个工件的误差大小也不能代表整批工件误差的大小。 由于在一批工件的加工过程中,既有变值系统性误差因素,也有随机性误差因素在作用, 因此单个工件的误差是不断地变化的,凭单个工件去推断整批工件的误差情况极不可靠, 所以就需要用统计分析的方法。 统计分析法就是以生产现场内对许多工件进行检查的结果为基础,运用数理统计的方法 去处理这些结果,从中分析出规律性的东西,以找出解决问题的途径。 常用的统计分析有两种:分布曲线法和点图法。
根据机械加工中振动的特性,从两个方面对振动进行分类。
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(1)按工艺系统振动的性质分类 1)自由振动——工艺系统受初始干扰力或原有干扰力取消后产生的振动。 2)强迫振动——工艺系统在外部激振力作用下产生的振动。 3)自激振动——工艺系统在输入输出之间有反馈特性,并有能源补充而产生的振动,在机 械加工中也称为“颤振”。 (2)按工艺系统的自由度数量分类 1)单自由度系统的振动——用一个独立坐标就可确定系统的振动。 2)多自由度系统的振动——用多个独立坐标才能确定系统的振动。二自由度系统是多自 由度系统最简单的形式。
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四、机械加工后表面物理力学性能的变化 加工过程中工件由于受到切削力、切削热的作用,其表面层的物理力学性能会产
生很大的变化,而与基体材料性能有很大不同,最主要的变化是表面层的微观硬度变化、 金相组织变化和在表面层中产生的残余应力。不同的材料在不同的切削条件下加工 产生种种不同的表面层特性。
已加工表面的显微硬度是加工时塑性变形引起的冷作硬化和切削热产生的金相组 织变化引起的硬度变化综合作用的结果。表面层的残余应力也是塑性变形引起的残 余应力和切削热塑性变形和金相组织变化引起的残余应力的综合。下面分别对加工 后的表面冷作硬化、表面金相组织变化和残余应力加以阐述。
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1.加工表面的冷作硬化 切削(磨削)过程中表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移,晶格严重扭曲,并产
表面质量对零件的使用性能还有一些其他的影响,如对没有密封件的液压油缸、滑阀 来说,降低表面粗糙度可以减少泄漏,提高其密封性能;较低的表面粗糙度可使零件具有较 高的接触刚度;对于滑动零件,降低表面粗糙度能使摩擦系数降低、运动灵活性增高,并减 少发热和功率损失;表面层的残余应力会使零件在使用过程中缓慢变形,失去原来的精度, 降低机器的工作质量等。
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2.加工表面层的金相组织变化——热变质层 (1)磨削时工件表面层的温度
图6-83 砂轮磨削区温度与磨粒磨削点温度
图6-84 工件表面层温度分布
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(2)磨削表面层的金相组织变化 磨削表面层温度一般高于500~600℃,某些情况下甚至可以达到700℃以上,这样就
在工件表面层产生了金相组织的变化。一般情况下,在轻磨削条件下磨出的表面层金 相组织没有什么变化,中等磨削条件下磨出的表面层金相组织与基体相比产生了变化, 变化层深度约为几微米,很容易在后续工序中去除。而重磨削条件下磨出的表面层金 相组织变化层厚度显著加大,如果在后续的工序中去除余量较小,将不能全部去除变化 层,就会影响使用性能。
加工误差的综合分析
一、加工误差的性质 区分加工误差的性质是研究和解决加工精度问题时极为重要的一环,各种加工误差,
按它们在一批零件中出现的规律来看,可以分为两大类,即系统性误差和随机性误差。 (1)系统性误差 当连续加工一批零件时,这类误差的大小和方向保持不变,或是按一定的 规律而变化。前者称为常值系统性误差,后者称为变值系统性误差。 (2)随机性误差 在加工一批零件中,这类误差的大小和方向是不规律地变化着的。毛坯 误差(余量大小不一、硬度不均等)的复映误差、定位误差(基准面尺寸不一、间隙影响 等)、夹紧误差(夹紧力大小不一)、多次调整的误差、内应力引起的变形误差等都是随 机性误差。
加工误差的综合分析
图6-63 正态分布曲线的性质
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图6-64 随机性误差和系统性误差混合而形成的分布曲线 a)两次调整下加工的零件的尺寸分布曲线 b)砂轮磨损下加工的零件分布 曲线 c)几何误差分布曲线
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2.点图法 点图法的要点就是:按加工的先后顺序作出尺寸的变化图,以暴露整个加工过程中
分布很不均匀、很不规则,且随着砂轮工作表面的修正、磨粒的磨耗不断改变,要想定 量地计算出加工表面粗糙度是较困难的,现有的各种理论公式或经验公式一般均有其局 限性,且与实际情况有很大出入,所以这里只作定性讨论。
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影响磨削表面粗糙度的主要因素是: (1)砂轮的粒度 (2)砂轮的修整 (3)砂轮速度 (4)磨削切深与工件速度
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二、表面质量对零件使用性能的影响 1.表面质量对零件耐磨性的影响
零件的耐磨性主要与摩擦副的材料及润滑条件有关,但在这些条件已经确定的情况下, 零件的表面质量就起决定性的作用。当两个零件的表面互相接触时,实际只是在一些凸 峰顶部接触,因此实际接触面积只是名义接触面积的一小部分。当零件上有了作用力时, 在凸峰接触部分就产生了很大的单位面积压力,表面越粗糙,实际接触面积就越少,凸峰处 的单位面积压力也就越大。当两个零件做相对运动时,在接触的凸峰处就会产生弹性变 形、塑性变形及剪切等现象,即产生了表面的磨损。即使在有润滑的情况下,也因为接触 点处单位面积压力过大,超过了润滑油膜存在的临界值,因而油膜被破坏,形成干摩擦。
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图6-92 工艺系统振动的分类及产生的主要原因
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一、机械加工过程中的强迫振动 1. 机械加工过程中的强迫振动
机械加工中的强迫振动与一般机械中的强迫振动没有什么区别,其主要振源有来自 机床内部的机内振源和来自机床外部的机外振源两大类。机外振源主要是通过地基传 给机床的,可通过加设隔振地基来隔离。机内振源主要有: (1)机床高速旋转件不平衡 (2)机床传动机构缺陷 (3)切削过程中的冲击 (4)往复运动部件的惯性力
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三、机械加工表面的粗糙度及其影响因素 1.切削加工后的表面粗糙度 (1)切削加工表面粗糙度的形成 1)几何因素。 2)物理因素。 (2)降低表面粗糙度的措施 1)切削速度v的影响。 2)被加工材料性能的影响。 3)刀具的几何形状、材料、刃磨质量的影响。
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2.磨削加工后的表面粗糙度 磨削加工与切削加工有许多不同之处,从几何因素看,由于砂轮上的磨削刃形状和来自百度文库
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2.机械加工过程中强迫振源的查找方法
图6-93 振动信号的时间历程图和频谱图
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二、机械加工过程中的自激振动(颤振) 1. 机械加工过程中的自激振动 与强迫振动相比,自激振动具有以下特征: 1)机械加工中的自激振动是在没有周期性外力 (相对于切削过程而言) 干扰下所产生的 振动,这一点与强迫振动有原则区别。 2)自激振动的频率接近于系统的某一固有频率,或者说,颤振频率取决于振动系统的固有 特性。这一点与强迫振动根本不同,强迫振动的频率取决于外界干扰力的频率。 3)自由振动受阻尼作用将迅速衰减,而自激振动却不因有阻尼存在而衰减为零。
机械加工的表面不可能是理想的光滑表面,而是存在着表面粗糙度、波度等表面几何 形状误差以及划痕、裂纹等表面缺陷的。表面层的材料在加工时也会产生物理性质的变 化,有些情况下还会产生化学性质的变化,该层总称为加工变质层。
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图6-67 加工表面层深度的变化示意图
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图6-68 表面粗糙度和波度
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(3)减轻磨削热损伤的途径 1)改善砂轮的磨削性能,减小磨削热的产生。 ① 合理选择砂轮 ② 增大磨削刃间距 2)正确选用磨削用量 3)提高冷却效
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3.加工表面层的残余应力 当切削及磨削过程中加工表面层相对于基体材料发生形状、体积变化或金相组织
变化时,在加工后表面层中将残余有应力,应力大小随深度而变化,其最外层的应力和表 面层与基体材料的交界处(以下简称里层)的应力符号相反,并相互平衡。其产生原因主 要可归纳为以下三方面: (1)冷塑性变形的影响 (2)热塑性变形的影响 (3)金相组织变化的影响
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4.表面质量对配合质量的影响 对于间隙配合表面,如果表面粗糙度太大,初期磨损量就大,工作时间一长配合间隙就
会增大,以至改变了原来的配合性质,影响了间隙配合的稳定性。对于过盈配合表面,轴在 压入孔内时表面粗糙度的部分凸峰会挤平,而使实际过盈量比预定的小,影响了过盈配合 的可靠性。所以对有配合要求的表面都要求较低的表面粗糙度。 5.其他影响
生晶粒的拉长、破碎和纤维化,引起材料的强化,这时它的强度和硬度都提高了,这就是冷 作硬化现象。
表面层的硬化程度主要以冷硬层的深度h、表面层的显微硬度H以及硬化程度N表示 (图6-81),其中
式中 H0——基体材料的硬度。
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影响冷作硬化的主要因素有: (1)刀具的影响 (2)切削用量的影响 (3)被加工材料的影响