机械制造第10章.ppt
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特征和表面层的物理及机械性能两部分。
一、加工表面的几何形状特征一、加工表面的几何形状特征加工表面的几何形状特征主要包括表面粗糙度、加工表面的几何形状特征主要包括表面粗糙度、表面波度、纹理方向和表面伤痕四部分,如下图所示。
表面波度、纹理方向和表面伤痕四部分,如下图所示。
表面粗糙度:
表面粗糙度:
是指加工表面的微观几何形状是指加工表面的微观几何形状误差,主要是由刀具的形状及切削过程中的塑性误差,主要是由刀具的形状及切削过程中的塑性变形和振动等引起的。
表面粗糙度的波距小于变形和振动等引起的。
表面粗糙度的波距小于1mm,其波距与波高的比值一般小于,其波距与波高的比值一般小于50。
表面波度:
表面波度:
是指介于宏观几何形状误差(波距与是指介于宏观几何形状误差(波距与波高的比值大于波高的比值大于1000)和表面粗糙度之间的周期性几)和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差,主要是由加工过程中工艺系统的低频振何形状误差,主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的。
表面波度的波距在动引起的。
表面波度的波距在120mm之间,其波距之间,其波距与波高的比值一般在与波高的比值一般在501000之间。
之间。
纹理方向:
纹理方向:
是指表面的刀纹方向,取决于表面形是指表面的刀纹方向,取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。
成过程中所采用的机械加工方法。
表面伤痕:
表面伤痕:
是指在加工表面的个别位置出现的缺是指在加工表面的个别位置出现的缺陷,如砂眼、气孔和裂痕等。
陷,如砂眼、气孔和裂痕等。
二、表面层的物理及机械性能二、表面层的物理及机械性能表面层的物理及机械性能主要包括表面层金表面层的物理及机械性能主要包括表面层金相组织变化、表面层冷作硬化和表面层残余应力相组织变化、表面层冷作硬化和表面层残余应力三部分,如下图所示。
三部分,如下图所示。
任务二任务二表面质量对零件使用表面质量对零件使用性能的影响性能的影响一、表面质量对耐磨性的影响一、表面质量对耐磨性的影响1表面粗糙度表面粗糙度工件的表面粗糙度过大或过小都会降低工件的耐工件的表面粗糙度过大或过小都会降低工件的耐磨性。
其中,表面粗糙度过大,会使摩擦工件的实际磨性。
其中,表面粗糙度过大,会使摩擦工件的实际接触面积减小,单位应力增大,在接触点的凸峰处产接触面积减小,单位应力增大,在接触点的凸峰处产生弹性变形、塑性变形和剪切破坏,从而使工件磨损生弹性变形、塑性变形和剪切破坏,从而使工件磨损严重;表面粗糙度过小,接触面间容易发生分子粘接,严重;表面粗糙度过小,接触面间容易发生分子粘接,且润滑液不易储存,也会导致工件磨损严重。
且润滑液不易储存,也会导致工件磨损严重。
因此,在一定的工作条件下,通常会存在一个最因此,在一定的工作条件下,通常会存在一个最佳的表面粗糙度,使工件的耐磨性最好。
佳的表面粗糙度,使工件的耐磨性最好。
2纹理方向纹理方向轻载时,两个相对运动工件的表面纹理方向均与轻载时,两个相对运动工件的表面纹理方向均与其运动方向一致时,耐磨性最好,表面纹理方向均与其运动方向一致时,耐磨性最好,表面纹理方向均与其运动方向垂直时,耐磨性最差;重载时,由于压强、其运动方向垂直时,耐磨性最差;重载时,由于压强、分子亲和力和润滑液储存等因素的变化,耐磨性规律分子亲和力和润滑液储存等因素的变化,耐磨性规律与轻载时大致相同,但可能会有所差异。
与轻载时大致相同,但可能会有所差异。
3表面层冷作硬化表面层冷作硬化表面层冷作硬化能够提高表面层金属的显微硬度,表面层冷作硬化能够提高表面层金属的显微硬度,减小接触面间的弹性变形和塑性变形,从而提高工件减小接触面间的弹性变形和塑性变形,从而提高工件的耐磨性。
但冷作硬化程度太高时,工件表面层金属的耐磨性。
但冷作硬化程度太高时,工件表面层金属会变脆,容易产生微观裂纹或剥落现象,反而会降低会变脆,容易产生微观裂纹或剥落现象,反而会降低工件的耐磨性。
因此,为保证工件的耐磨性,表面层工件的耐磨性。
因此,为保证工件的耐磨性,表面层冷作硬化程度应控制在一定的范围内。
冷作硬化程度应控制在一定的范围内。
4表面层金相组织变化表面层金相组织变化表面层产生金相组织变化时,会改变工件材表面层产生金相组织变化时,会改变工件材料原来的硬度,因此会影响工件的耐磨性。
料原来的硬度,因此会影响工件的耐磨性。
二、表面质量对耐疲劳性的影响二、表面质量对耐疲劳性的影响1加工表面的几何形状特征加工表面的几何形状特征加工表面的几何形状特征中,表面粗糙度对工件加工表面的几何形状特征中,表面粗糙度对工件耐疲劳性的影响最大。
表面越粗糙,在交变载荷的作耐疲劳性的影响最大。
表面越粗糙,在交变载荷的作用下,其波谷处应力集中现象越严重,容易引起疲劳用下,其波谷处应力集中现象越严重,容易引起疲劳裂纹,降低工件的耐疲劳性。
裂纹,降低工件的耐疲劳性。
表面伤痕处也容易形成应力集中,尤其是当伤痕表面伤痕处也容易形成应力集中,尤其是当伤痕方向与应力方向垂直时,容易产生疲劳裂纹,降低工方向与应力方向垂直时,容易产生疲劳裂纹,降低工件的耐疲劳性。
件的耐疲劳性。
2表面层的物理及机械性能表面层的物理及机械性能表面层的物理及机械性能中,表面残余应力对表面层的物理及机械性能中,表面残余应力对工件耐疲劳性的影响最大。
当表面层存在残余压应工件耐疲劳性的影响最大。
当表面层存在残余压应力时,可阻碍疲劳裂纹的产生和扩展,提高工件的力时,可阻碍疲劳裂纹的产生和扩展,提高工件的耐疲劳性;当表面层存在残余拉应力时,容易使加耐疲劳性;当表面层存在残余拉应力时,容易使加工表面产生裂纹,降低工件的耐疲劳性。
工表面产生裂纹,降低工件的耐疲劳性。
适当的表面层冷作硬化能够阻碍疲劳裂纹的产适当的表面层冷作硬化能够阻碍疲劳裂纹的产生和扩展,提高工件的耐疲劳性。
但冷作硬化程度生和扩展,提高工件的耐疲劳性。
但冷作硬化程度太高时,工件表面层金属会变脆,反而容易引起表太高时,工件表面层金属会变脆,反而容易引起表面裂纹,降低工件的耐疲劳性。
面裂纹,降低工件的耐疲劳性。
三、表面质量对耐蚀性的影响三、表面质量对耐蚀性的影响1表面粗糙度表面粗糙度工件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。
工件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。
表面粗糙度值大时,腐蚀性物质容易积聚在表面粗糙表面粗糙度值大时,腐蚀性物质容易积聚在表面粗糙度的波谷处发生化学腐蚀或电化学腐蚀,从而会降低度的波谷处发生化学腐蚀或电化学腐蚀,从而会降低工件的耐蚀性;反之,表面粗糙度值小时,则会提高工件的耐蚀性;反之,表面粗糙度值小时,则会提高工件的耐蚀性。
工件的耐蚀性。
2残余应力残余应力表面层的残余压应力可使工件表面组织致密,腐表面层的残余压应力可使工件表面组织致密,腐蚀性物质不易侵入,有利于提高工件的耐蚀性;反之,蚀性物质不易侵入,有利于提高工件的耐蚀性;反之,表面层的残余拉应力则会降低工件的耐蚀性。
表面层的残余拉应力则会降低工件的耐蚀性。
四、表面质量对配合精度的影响四、表面质量对配合精度的影响表面质量中的表面粗糙度对零件配合精度的影响表面质量中的表面粗糙度对零件配合精度的影响较大。
较大。
对于间隙配合的表面,如果其表面粗糙度值较大,对于间隙配合的表面,如果其表面粗糙度值较大,相对运动时磨损较快,配合间隙迅速增大,从而影响相对运动时磨损较快,配合间隙迅速增大,从而影响间隙配合的精度和稳定性;对于过盈配合的表面,如间隙配合的精度和稳定性;对于过盈配合的表面,如果其表面粗糙度值较大,配合表面上的波峰易被挤掉,果其表面粗糙度值较大,配合表面上的波峰易被挤掉,使得实际过盈量减小,从而影响过盈配合的可靠性;使得实际过盈量减小,从而影响过盈配合的可靠性;对于过渡配合的表面,则兼有以上两种配合的影响。
对于过渡配合的表面,则兼有以上两种配合的影响。
因此,对有配合要求的表面,应规定较小的表面粗糙因此,对有配合要求的表面,应规定较小的表面粗糙度值。
度值。
任务三任务三影响加工表面几何形状影响加工表面几何形状特征的因素特征的因素一、影响切削加工表面粗糙度的因素一、影响切削加工表面粗糙度的因素1几何因素几何因素切削加工中,由于刀具切削刃的形状和进给量等切削加工中,由于刀具切削刃的形状和进给量等几何因素的影响,加工余量不可能完全切除,而会在几何因素的影响,加工余量不可能完全切除,而会在加工表面上留下一定的残留面积。
切削残留面积的高加工表面上留下一定的残留面积。
切削残留面积的高度决定着表面粗糙度值的大小。
度决定着表面粗糙度值的大小。
影响切削残留面积高度的因素主要包括进给量影响切削残留面积高度的因素主要包括进给量f、主偏角、主偏角、副偏角、副偏角和刀尖圆弧半径和刀尖圆弧半径r等。
如下等。
如下图所示,当车刀刀尖圆弧半径图所示,当车刀刀尖圆弧半径r为零时,由几何关为零时,由几何关系可推出残留面积最大高度系可推出残留面积最大高度Rmax的计算公式为:
的计算公式为:
如下图所示,当车刀刀尖圆弧半径如下图所示,当车刀刀尖圆弧半径r不为零不为零时,残留面积最大高度时,残留面积最大高度Rmax为:
为:
因因Rmaxr,上式经变形可得出残留面积最大,上式经变形可得出残留面积最大高度高度Rmax的计算公式为:
的计算公式为:
可以看出,切削加工中,减小进给量可以看出,切削加工中,减小进给量f、主偏、主偏角角和副偏角和副偏角,增大刀尖圆弧半径,增大刀尖圆弧半径r,能够降,能够降低残留面积最大高度低残留面积最大高度Rmax,从而减小加工表面粗,从而减小加工表面粗糙度。
糙度。
2物理因素物理因素切削加工中,刀具对工件的挤压与摩擦,使加工切削加工中,刀具对工件的挤压与摩擦,使加工表面发生塑性变形,造成原有的残留面积扭曲或沟纹表面发生塑性变形,造成原有的残留面积扭曲或沟纹加深,增大加工表面粗糙度。
加深,增大加工表面粗糙度。
加工塑性材料,当采用中等或偏低的切削速度时,加工塑性材料,当采用中等或偏低的切削速度时,容易产生积屑瘤和鳞刺,从而增大加工表面粗糙度;容易产生积屑瘤和鳞刺,从而增大加工表面粗糙度;加工脆性材料时,切削速度对表面粗糙度的影响不大,加工脆性材料时,切削速度对表面粗糙度的影响不大,容易得到较小的表面粗糙度。
容易得到较小的表面粗糙度。
对同样的材料,其金相组织越粗大,切削加对同样的材料,其金相组织越粗大,切削加工后的表面粗糙度越大。
因此,精加工前对工件工后的表面粗糙度越大。
因此,精加工前对工件进行调质等处理,可得到均匀细密的组织和较高进行调质等处理,可得到均匀细密的组织和较高的硬度,从而减小加工表面粗糙度。
的硬度,从而减小加工表面粗糙度。
3工艺系统的振动工艺系统的振动在加工过程中,工艺系统的振动会使加工表面产在加工过程中,工艺系统的振动会使加工表面产生波度,从而增大加工表面粗糙度。
生波度,从而增大加工表面粗糙度。
二、影响磨削加工表面粗糙度的因素二、影响磨削加工表面粗糙度的因素影响磨削加工表面粗糙度的因素主要包括磨削用影响磨削加工表面粗糙度的因素主要包括磨削用量、砂轮和工件材料等。
量、砂轮和工件材料等。
增大磨削深度增大磨削深度ap,会使磨削力增大,磨削温度升,会使磨削力增大,磨削温度升高,表面塑性变形增大,加工表面粗糙度增大。
高,表面塑性变形增大,加工表面粗糙度增大。
1磨削用量磨削用量
(1)砂轮速度)砂轮速度vc提高砂轮速度提高砂轮速度vc可以增加工件单位面积上的刻可以增加工件单位面积上的刻痕数,且高速磨削时工件表面的塑性变形不充分,痕数,且高速
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