第3章 机械加工表面质量及其控制

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

λ RZ RZ
a)波度
b)表面粗糙度
零件加工表面的粗糙度与波度
3
3.1.1 加工表面质量概念
无氧铜镜面三 维形貌及表面 轮廓曲线
4
3.1.1 加工表面质量概念
加工纹理方向及其符号标注
5
3.1.1 加工表面质量概念
表面层金属力学物理性能和化学性能
表面层金属冷作硬化 表面层金属金相组织变化
式中 HV —— 硬化层显微硬度(HV); HV0 —— 基体层显微硬度(HV)。
20
3.3.1 加工表面层冷作硬化
硬度(HV)
影响切削加工表面冷作 硬化因素
切削用量影响
f↑,冷硬程度↑ 切削速度影响复杂(力与热综 合作用结果) 切削深度影响不大
400 v =170(m/min) 300 135(m/min) 100(m/min )
Machining Surface Qபைடு நூலகம்ality and its Influence to Use Performance
2
3.1.1 加工表面质量概念
加工表面的几何形貌
表面粗糙度 — 波长/波高<50 波度 — 波长/波高=50~1000;且具有周期特性
宏观几何形状误差(平面度、圆度等)—波长/波高>1000 纹理方向-表面刀纹形式 表面缺陷-如砂眼、气孔、裂纹等
3.2 影响加工表面质量工艺因 素及其改进措施
Technology Factors Influencing Machining Surface Quality and its Improving
8
3.2.1 切削加工表面粗糙度
残留面积
影响因素:刀尖圆弧半径 rε、主偏角κr、副偏角κ’r 、进给量 f
3.3.4 表面强化工艺
喷丸强化
利用大量快速运动珠丸打击工件表面 , 使工件表面产生冷硬层和压应力,↑疲 劳强度 用于强化形状复杂或不宜用其它方法 强化的工件,例如板弹簧、螺旋弹簧、 齿轮、焊缝等
塑性变形区域
压缩
拉伸
滚压加工
利用淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠 ,在常温状态挤压金属表面,将凸起部 分下压下,凹下部分上凸,修正工件表 面的微观几何形状,形成压缩残余应力 ,提高耐疲劳强度。
磨削用量对表面粗糙度的影响
3.2.2 磨削加工表面粗糙度
砂轮及修整
砂轮粒度↑,Ra↓;但要适量 砂轮硬度适中, Ra↓ ;常取中软 砂轮组织适中,Ra ↓ ;常取中等组织 砂轮材料:与工件材料相适应(如氧化铝适于磨钢,碳化硅适于磨 铸铁,金刚石砂轮适于磨陶瓷材料等)
采用超硬砂轮材料,Ra ↓
15
3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量
表面三维微观形貌测量
表面三维形貌测量与处理系统原理图
1-驱动 2-撞块 3-电触点 4-触针 5-工作台 6-工件 7-步进电机 8-控制电路 9-驱动电路 10-放大电路 11-A/D变换器 12-微机 13-显示器 14-打印机
16
3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量
磨削烧伤与磨削裂纹的控制
合理选择砂轮 合理选择磨削用量 改善冷却条件 内冷却装置
1-锥形盖 2-通道孔 3-中心腔 4-有径向小孔薄壁套
24
3.3.3 表面金属残余应力
残余应力(Gpa)
切削加工
切削用量
v↑→残余应力↑(热应力起主 导作用)
0.20 0
vc =213m/min vc =86m/min vc =7.7m/min
-0.20 0
50
f↑→残余应力↑ 切削深度影响不显著
100 150 距离表面深度(μm)
200
vc 对残余应力的影响
γ0=5°,α0==5°,κr=75°,rε=0.8mm,工件:45切削 条件:ap=0.3mm, f=0.05mm/r, 不加切削液 残余应力(Gpa) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r 10 200 300 0 距离表面深度(μm)
切削速度对残余应力的影响
26
3.3.3 表面金属残余应力
刀具影响
前角+→-,残 余拉应力↓ 刀具磨损↑→残 余应力↑
27
3.3.3 表面金属残余应力
磨削加工
磨削用量
背吃刀量:很小→压应力(塑性变 形起主要作用);增大→拉应力(热 变形起主要作用);再增大→压应力 v↑→拉应力倾向↑ f↑工件转速↑ →拉应力↓
工件材料
材料塑性↑,冷硬倾向↑
后刀面磨损对冷硬影响
21
3.3.1 加工表面层冷作硬化
影响磨削加工表面冷作硬化因素
磨削用量
磨削深度↑→冷硬程度↑ 磨削速度↑→冷硬程度↓(弱化作用加强) 工件转速↑→冷硬程度↑ 500 纵向进给量影响复杂
硬度(HV)
砂轮
砂轮粒度↑→冷硬程度↓ 砂轮硬度、组织影响不显著
200
100 0
50(m/min)
工件材料:45 0.2 0.4 0.6 f (mm /r) 0.8
f 和 v 对冷硬的影响
340
刀具影响
rε↑,冷硬程度↑ 其他几何参数影响不明显 后刀面磨损影响显著
硬度(HV)
260
180 100 0 0.2 50钢,v = 40(m/min) f = 0.12~0.2(mm/z) 0.4 0.6 0.8 磨损宽度VB(mm) 1.0
表面粗糙度Rz(μm) 积屑瘤高度 h(μm) 收缩系数Ks 28 24
600
3.0
Rz
20
16 12 8 4
400
2.5
Ks
200
2.0
h
0
1.5 0 20 40 60 80 100
切削45钢时切削速度与粗糙度关系
120 140 v(m/min)
其他影响因素:刀具几何角度、刃磨质量,切削液等
10
0.5
0
30
40
50 60 v(m/s), vw(m/min) a)
Ra(μm)
0.0 6
0.8 粗粒度砂轮(WA60KV)
0.0 4
0.0 2 0 细粒度砂轮(WA/GCW14KB)
0.6
0.4 0.2 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 ap(mm)
11
10
20
30 光磨次数
b)
光磨次数-Ra关系
磨削工业铁背吃刀量-残余应力
工件材料
材料强度↑导热性↓塑性 ↓ → 拉应力倾向↑
磨削T8钢背吃刀量-残余应力
28
3.3.3 表面金属残余应力
最终工序加工方法选择
交变载荷——选压应力
滑动摩擦——拉应力抗机械磨损 滚动摩擦——压应力有利
a)
b)
应力分布
a)滑动摩擦 b)滚动摩擦
29
13
显示器 放大器 处理器 记录器
3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量
双管显微镜测量原理
1-光源 2-聚光镜 3-窄缝 4-工件表面 5-目镜透镜 6-分划板 7-目镜
14
3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量
干涉显微镜测量原理
1-光源 2、10、15-聚光镜 3-滤色片 4-光阑 5-透镜 6、9-物镜 7-分光镜 8-补偿镜 10、14、16-反射镜 12-目镜 13-透光窗
TOPO移相干涉显微镜光学原理图
1-光源 2、4、12-透镜 3-视场光阑 6-干涉滤光片 7-CCD面阵探测器 8-输出信号 9-目镜 10-分光镜 11-压电陶瓷 13-反射镜 14-参考基准 板 15-分光板 16-被测工件
17
3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量
1 相位值: ( x, y ) tan
Analysis and Control of Machining Surface Quality
3.3 影响表层物理性能工艺因 素及其改进措施
Technology Factors Influencing Surface Physics Performance and its Improving
19
表面粗糙度与初始 磨损量关系
磨损量
对耐蚀性影响
表面粗糙度值↓→耐蚀性↑ 表面压应力:有利于提高耐蚀性
对配合质量影响
表面粗糙度值↑ →配合质量↓
冷硬程度
T7A钢冷硬程度与耐 磨性关系
7
机械制造技术基础
第3章 机械加工表面质量及其控制
Analysis and Control of Machining Surface Quality
450 400
普通磨削 高速磨削
350
300 0 0.25 0.50 0.75 ap(mm)
工件材料
材料塑性↑→ 冷硬倾向↑ 材料导热性↑→ 冷硬倾向↓
磨削深度对冷硬的影响
22
3.3.1 加工表面层冷作硬化
冷作硬化测量方法
表层显微硬度HV
显微硬度计-采用顶角为136°金刚石压头,载荷≤2N 斜截面测量-可同时测出硬化层深度 h
表面层金属残余应力
加工变质层模型
6
3.1.2 表面质量对零件使用性能的影响
初始磨损量
对耐磨性影响
表面粗糙度值↓→耐磨性↑,但有限度 纹理形式与方向:圆弧状、凹坑状较好 适当硬化可提高耐磨性
重载荷
轻载荷 Ra(μm)
对耐疲劳性影响
表面粗糙度值↓ → 耐疲劳性↑ 适当硬化(产生表面压应力)可提高耐 疲劳性
硬化层深度测量
斜截面测量显微硬度
23
3.3.2 表面金属金相组织变化
磨削烧伤
工件表层温度达到或超过金属材料相变温度时,表层金相组织、显 微硬度发生变化,并伴随残余应力产生,同时出现彩色氧化膜
磨削裂纹
磨削表面残余拉应力达到材料强度极 限,在表层或表面层下产生微裂纹。 裂纹方向常与磨削方向垂直或呈网状 ,常与烧伤同时出现
第3章 机械加工表面质量及其控制
本章要点
表面质量及对使用性能影响
影响表面粗糙度工艺因素
影响表层物理性能工艺因素 机械加工中的振动
1
机械制造技术基础
第3章 机械加工表面质量及其控制
Analysis and Control of Machining Surface Quality
3.1 加工表面质量及其对使用 性能的影响
3.3.1 加工表面层冷作硬化
概述
加工硬化 —已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象 加工硬化产生 —加工表面严重变形层内金属晶格拉长、挤紧、
扭曲、碎裂,使表层组织硬化
加工硬化度量
表层金属显微硬度 HV
硬化层深度 h(μm)
硬化程度 N
N
HV HV0 100 % HV0
工件材料
材料塑性↑→残余应力↑ 铸铁等脆性材料易产生残余 压应力 不同材料差异明显
0.20
0 0.20 0
400
f 对残余应力的影响
工件:45,切削条件:vc=86m/min, ap=2mm,不加切削液
25
3.3.3 表面金属残余应力
18CrNiMoA车削残余应力
低速(6~20m/min)——残余拉伸应力(热应力起主导作用) 中速(200~250m/min)——残余压缩应力 高速(500~850m/min)——残余压缩应力(金相组织变化起主导 作用)
I 4( x, y ) I 2( x, y ) I 1( x, y ) I 3( x, y )
轮廓高度: Z ( x, y )
/2 ( x, y ) ( x, y ) 2 4
a)
b)
表面微观形貌
a)表面形貌干涉条纹 b)表面三维形貌
18
机械制造技术基础
第3章 机械加工表面质量及其控制
砂轮精细修整, Ra ↓
其他影响因素
工件材料 冷却润滑液等 金刚石砂轮磨削工程陶瓷零件
12
3.2.3 表面粗糙度和表面微观形貌测量
表面粗糙度测量
比较法 触针法: Ra 0.02~5μm 光切法: Rz 0.5~60μm 干涉法: Rz 0.05~0.8μm
触针 驱动箱 工件 传感器 触针法工作原理
3.2.2 磨削加工表面粗糙度
从几何因素和塑性变形两方面影响
Ra(μm)
磨削用量
砂轮速度v↑,Ra↓ 工件速度vw↑,Ra ↑ 砂轮纵向进给f↑,Ra ↑ 磨削深度ap↑,Ra ↑ 光磨次数↑,Ra↓
Ra(μm)
1.0
vw = 40(m/min) f = 2.36(m /min) v = 50(m/s) ap = 0.01(mm) f = 2.36(m /min) ap = 0.01(mm)
Rmax f f κr Ⅱ b) rε Ⅰ vf Rmax
r
Ⅱ a) Ⅰ
r
vf
车削时残留面积的高度
f ctg r ctg r
直线刃车刀: H
f2 圆弧刃车刀: H 8 r
9
3.2.1 切削加工表面粗糙度
切削表面塑性变形和积屑瘤
切削速度影响最大:v = 10~50m/min范围,易产生积屑瘤和鳞 刺,表面粗糙度最差。
相关文档
最新文档