1、第 3 章 机械加工表面质量3-1 概述表面质量：机器零件在加工后的表面层状态。表面质量（加工质量）的内容：1、表面的几何形状（几何因素）表面几何形状包括：宏观几何形状偏差（几何形状误差） 、粗糙度（微观） 、波度（细观） 。2、表面层的物理机械性能（非几何因素）（1 ）表层的冷作硬化（2 ）表层残余应力 （3 ）表面层金相组织的变化（看题类型调整详略）表面质量对零件使用性能的影响：（具体原因看详解） 1、对耐磨性的影响：粗糙度： 在半液体和干摩擦情况下，有一个最佳粗糙度。 1对于完全液体润滑，则粗糙度越小越有利。 2粗糙度的纹路方向对耐磨性也有影响。 3表面冷硬：一般能提高耐磨性，但有一个最
2、佳值。2、对配合精度的影响：粗糙度：动配合表面，会降低配合精度。静配合表面，降低结合强度。3、对疲劳强度的影响粗糙度：谷部容易形成应力集中，从而大大降低零件疲劳强度。强度越高的钢材，粗糙度越大则疲劳强度也降低得越厉害。表面残余应力：残余压应力有利，而残余拉应力不利冷硬：适当的冷硬有利于疲劳强度的提高但冷硬过度反而造成疲劳裂纹，降低疲劳强度。磨削烧伤：降低疲劳强度。4、对耐腐蚀的影响粗糙度：粗糙度越小，耐腐蚀性越好。表面残余应力：引起应力腐蚀，降低耐腐蚀性。表面冷硬、金相组织变化：引起表面残余应力，降低零件耐腐蚀性。5、对接触刚度的影响粗糙度：粗糙度越大，接触刚度越低。 （减小粗糙度最有效措施）
3、32 表面粗糙度和波度产生的原因：1、切削过程中刀刃在工件表面留下的 残留面积2、切削过程的物理因素引起的粗糙度3、刀刃与工件位置的微幅振动残留面积高度计算公式：主偏角 Kr，副偏角 Kr，切削进给量 f（忽略刀尖圆角对残留面积的影响）积屑瘤：指在加工中碳钢时，在刀尖处出现的小块且硬度较高的金属粘附物。鳞刺：低速、塑性材料切削时，在已加工表面上出现的周期性的鳞片状毛刺称为鳞刺。措施：对几何因素主要考虑减小残留面积的高度，可采取的措施有：1、减小进给量；2、减小刀具主、副偏角；3、增大刀尖圆弧半径。物理方面的因素与工件材料性质及切削机理密切相关，可从以下几方面考虑：1、可以减小工件材料韧性2、提
4、高切屑速度3、减小刀具材料与工件材料的亲和力4、使用切屑液34 加工表面物理机械性能的变化表面冷硬：工件因切削加工而产生塑性变形时，表层金属得到强化的现象。磨削烧伤：当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。种类：回火烧伤（中等磨削） 、淬火烧伤（重磨削） 、退火烧伤（干磨削） 。控制措施：（1 ）控制磨削用量。减小磨削深度 1提高工件线速度 2提高纵向进给量 3（2 ）合理选择砂轮并控制修整参数。提高磨粒硬度 1改用粒度较粗的砂轮 2适当增大导程和深度 3选用较软的砂轮 4（3 ）
5、采用间断磨削。在砂轮圆周上割出若干条轴向狭槽。（4 ）提高冷却效果。采用高压大流量冷却 1采用内冷却砂轮等 2表面残余应力：指工件表层与基体材料之间因为相互制约而产生相互平衡的弹性应力。 原因：（1 ）切削过程中表面层局部冷态塑性变形。 （受力）rrctgkfHmax（2 ）表面层金属局部热塑性变形。 （热膨胀）（3 ）表层局部金相组织的转变。 （不同金相比容不同导致体积变化不同）34 精密加工、光整加工和表面强化工艺光整加 工工艺：用粒度很细的磨料对工件表面进行微量切削和挤压擦光的工艺。35 机械加工中的振动工艺系 统的受迫振动频率 比： 阻尼比： cr= km：临界阻尼系数振幅： Apk0
6、,动态放大系数：受迫振动的特性分析 1 时, 系统发生谐振 max = 2最小动柔度：单位激振力引起的系统的振动位移响应称为系统的动柔度。 )(W动刚度：产生单位振动位移所需激振力称为动刚度。 )(Dk一般用动柔度分析振动响应问题，而用动刚度来描述系统的抗振能力：频率比 ：阻尼比提高动刚度：（给出频率比，问措施）224)1(kPncr2204)1(PAmaxkPA224)1()(kWkD（1 ） 1.3 1.4 时，阻尼的影响也小， 为惯性区。惯性区：增加振动体的质量。切削过程中的自激振动机理：自振系统中有一个调节系统： 从固定能源中吸取能量， 1把振动系统的振动运动转变为交变切削力， 2再对
7、振动系统激振， 3从而使振动系统作持续的等幅振动。几种主要理论：（论述题）（1）负摩擦颤振理论：切削颤振是由于刀具与工件材料间的负摩擦特性而产生的。稳态切削时，刀尖处于Yo位置，切削以滑动速度Vo沿刀具前面流出，这时对应的切削力为Fyo。当切削过程产生振动时，刀具在其平稳位置Yo附近沿 Y方向作往复运动。切入时，刀具运动反向与切屑流方向相反，相对滑动速度增加为Vo+Y，摩擦力下降（负摩擦特性） ，径向切削力减小为Fy1。切离时，刀具运动反向与切屑流方向相同，相对滑动速度增加为Vo-Y，径向切削力增加为Fy2。维持条件：切入时切削力作负功（曲线abc） ，切离时切削力作正功（曲线adc） ，其差
8、值等于曲线abcda所包围的面积，就是一个振动周期内系统所获得的能量补充。当这个能量足以补充系统阻尼所消耗的能量时，颤振得以维持。（2）再生颤振理论：切削颤振是由于切削加工过程前后两转的切削表面有部分重迭时，前一转振动留下振纹的再生效应所激励的。如果前一转切削时工件与刀具有相对振动，就会在工件表面留下振纹，后一转切削时由于切削表面与前一转有重叠，刀具将 在有振纹的表面上进行切削，切削厚度就有周期性变化，使得切削力 也周期性地变化，使刀具与工件之212mD间又产生相对振动，在后一转的加工表面形成新的振纹。振纹再生效应（振纹与动态切削力的反复相互影响）（a）无相位差（b）正、负功相等，无能量输入
9、（c ）正功小于负功（d）正功大于负功，能维持维持条件：后一转振纹滞后于前一转振纹时系统有能量输入，当输入的能量足以补充阻尼所消耗的能量时。（3）主振模态偶合颤振理论：工艺系统作为一个多自由度系统，在一定条件下，它在各个自由度上的振动相互联系，造成了一个向振动系统输送能量的条件，从而使颤振得以维持。这种情况就叫模态耦合。 （图为无能量输入的分析，有能量输入的图应在前半个波峰）（个人理解：X1 为切入运动，X2 为切离运动）（1）刀尖 m 的运动轨迹是一个椭圆。（2）k 1k2，m 的运动方向是逆时针，系统没有能量输入。在“切入”半周期中其平均切削厚度就大于“切离”半周期中的平均切削厚度，因此切
10、削力“切离”时所作的正功小于“切入”时所作的负功，系统不可能有能量输入，也就不可能发生颤振。37 消振减振的基本途径受迫振动的消减措施：（1）消除和减少机内振源的激振力。（2）改变激振频率和系统固有频率以避免发生谐振。改变主轴转速以改变激振频率； 1改变工件夹具系统的静刚度以提高系统的固有频率，避开谐振区。 2（3）减少冲击切削对振动的影响。增加刀齿数或采用顺铣加工提高平稳性 1设计不等齿距的端铣刀 2降低切削用量 3（4）采用减振装置。（5）隔振。切削颤振的抑制：（1）合理选择切削用量。避免中速切削 1增大进给量 2减小切深 3（2）合理选择刀具的几何参数。适当增大主偏角和前角 1适当减小后角； 2采用减振车刀。 3（3 ）提高工艺系统的抗振性增加静刚度和阻尼都可提高系统的抗振性能。 1考虑主振模态耦合的影响，合理安排低刚度轴线的位置。 2减振装置：阻振器：用来增加振动系统的阻尼，通过阻尼的作用来消耗振动能量，达到减振的目的。 1运动越快、行程越长则减振效果越好，故应装在振动体相对运动最大处。摩擦减振器：利用摩擦阻尼来消耗振动能量。 2动力减振器：利用附加系统作用于主系统上的动态力来抵消激振力，从而消除或减小主 3系统的振动。冲击式减震器： 由一个与振动系统刚性连接的壳体和壳体内的质量块组成，当系统振动 4时，质量块反复冲击振动系统而消耗振动能量，以收到减振效果。
