机械制造工艺学701[1]课件.ppt
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- 机械制造 工艺学 701 课件
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1、2022-10-29机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学701机械制造工艺学7011第一节第一节 概述概述本节内容本节内容一、机械加工表面质量的含义一、机械加工表面质量的含义二、机械加工表面质量对机器使二、机械加工表面质量对机器使 用性能和使用寿命的影响用性能和使用寿命的影响机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011 对零件表面质量的影响有多种因素对零件表面质量的影响有多种因素,在机械加工在机械加工过程中过程中,由于由于机床机床、工件工件和和刀具刀具系统的系统的振动振动,造,造成零件表面的凹凸不平。除成零件表面的凹凸不平。除表面粗糙度表面粗糙度外,还有外,还有间距比粗糙度
2、大得多的间距比粗糙度大得多的表面波纹度表面波纹度等的影响。等的影响。所以所以,表面粗糙度表面粗糙度、表面波纹度表面波纹度以及以及表面几何形表面几何形状误差状误差总是同时生成并存在同一表面上,综合影总是同时生成并存在同一表面上,综合影响零件的表面轮廓。响零件的表面轮廓。机械制造工艺学机械制造工艺学一、机械加工表面质量的含义一、机械加工表面质量的含义指机器零件加工后表面层的状态完整性特征。指机器零件加工后表面层的状态完整性特征。机械制造工艺学7011 表面几何形状是由实际表面几何形状是由实际表面的重复或偶然的偏差所表面的重复或偶然的偏差所形成的表面三维形貌,包括形成的表面三维形貌,包括表面粗糙度表
3、面粗糙度、表面波纹度表面波纹度、形状误差形状误差、纹理方向纹理方向和和表面表面缺陷缺陷。表面几何形状表面几何形状机械制造工艺学机械制造工艺学(一)加工表面几何形状特征(一)加工表面几何形状特征 表面轮廓表面轮廓(形状误差、波纹度、表面粗糙度形状误差、波纹度、表面粗糙度)表面缺陷表面缺陷机械制造工艺学7011表面轮廓表面轮廓 一个指定平面与实际表面相交所得到的轮廓。一个指定平面与实际表面相交所得到的轮廓。10mm=11010mm 形状误差形状误差=110mm 表面波纹度表面波纹度1mm 表面粗糙度表面粗糙度机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011 表面轮廓参数表面轮廓参数 原始轮廓原始
4、轮廓(primary profile)P轮廓轮廓 经过经过s 轮廓滤波器后的总轮廓。轮廓滤波器后的总轮廓。粗糙度轮廓粗糙度轮廓(roughness profile)R轮廓轮廓 对原始轮廓采用对原始轮廓采用c 轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。波纹度轮廓波纹度轮廓(waviness profile)W轮廓轮廓 对原始轮廓连续对原始轮廓连续应用应用f 和和c 两个两个轮廓轮廓滤波器以后形成的轮廓。滤波器以后形成的轮廓。在原始轮廓上计算得到在原始轮廓上计算得到的参数称为的参数称为P参数。参数。在粗糙度轮廓上计算得在粗糙度轮廓上计算得到的参数称为到的参数称为R
5、参数。参数。在波纹度轮廓上计算得在波纹度轮廓上计算得到的参数称为到的参数称为W参数。参数。机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学形状误差、表面波度及表面粗糙度形状误差、表面波度及表面粗糙度机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学表面粗糙度表面粗糙度 指加工表面的凹凸不平、形成微观指加工表面的凹凸不平、形成微观几何形状误差的较小间距的峰谷,几何形状误差的较小间距的峰谷,称表称表面粗糙度。(面粗糙度。(波长波长/波幅波幅5050)由刀具形状、切削过程中塑性变形由刀具形状、切削过程中塑性变形及振动等引起。及振动等引起。粗糙度粗糙度轮廓轮廓原始原始轮廓
6、轮廓机械制造工艺学7011表面粗糙度的放大状况表面粗糙度的放大状况机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学表面波纹度表面波纹度 介于宏观几何形状误差与表面粗糙介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差,称表面度之间的周期性几何形状误差,称表面波纹度。(波纹度。(5050波长波长/波幅波幅10001000)由工艺系统的低频振动引起。由工艺系统的低频振动引起。原始原始轮廓轮廓波纹度波纹度轮廓轮廓机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011加工纹理方向及其符号标注加工纹理方向及其符号标注机械制造工艺学机械制造工艺学机械制
7、造工艺学7011 在加工、使用或储存期间,非故意或偶然生成的实际表在加工、使用或储存期间,非故意或偶然生成的实际表面的单元体、成组的单元体或不规则体。面的单元体、成组的单元体或不规则体。表面缺陷表面缺陷破裂破裂 毛孔毛孔 裂缝裂缝 擦痕擦痕 窝陷窝陷 砂眼砂眼 凹缺陷凹缺陷 机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011凸缺陷凸缺陷 树瘤树瘤 疱疤疱疤 飞边飞边 缝脊缝脊 夹杂物夹杂物 氧化皮氧化皮 机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学7011环形坑环形坑 划痕划痕 切削残余切削残余 混合表面缺陷混合表面缺陷 腐蚀腐蚀 裂纹裂纹 斑点斑点区域和外观缺陷区域和外观缺陷 机械制造工艺学机
8、械制造工艺学机械制造工艺学7011(二)加工表面层物理力学性能(二)加工表面层物理力学性能机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学70111、表面层、表面层冷作硬化冷作硬化(简称冷硬)(简称冷硬)零件在机械加工中表面层金属产生零件在机械加工中表面层金属产生强烈的强烈的冷态塑性变形冷态塑性变形后,引起强度和硬后,引起强度和硬度都有所提高的现象。度都有所提高的现象。通常以冷硬深度通常以冷硬深度h,表面层显微硬度,表面层显微硬度H以及硬化程度以及硬化程度N表示。表示。其中:其中:N=(H/H0)100 H0:金属原来的硬度金属原来的硬度机械制造工艺学机械制造工艺学机械制造工艺学70112 2、表面
9、层金相组织的变化、表面层金相组织的变化机械制造工艺学机械制造工艺学 由于由于切削热切削热引起工件表面温升过高,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。表面层金属发生金相组织变化的现象。回火烧伤:回火烧伤:表层马氏体回火转化为硬度表层马氏体回火转化为硬度 较低的回火组织。较低的回火组织。淬火烧伤:淬火烧伤:表层出现硬度较高的二次淬表层出现硬度较高的二次淬 火马氏体,下层因冷却缓慢火马氏体,下层因冷却缓慢 为回火组为回火组织。织。退火烧伤退火烧伤:无冷却时,表层被退火,硬无冷却时,表层被退火,硬 度急剧下降。度急剧下降。机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学3 3、表面
10、层残余应力、表面层残余应力 由于机械加工过程中由于机械加工过程中切削变形切削变形和和切削切削热热的影响,工件表面层产生的影响,工件表面层产生残余应力残余应力。冷态塑性变形冷态塑性变形引起的引起的残余应力残余应力热态塑性变形热态塑性变形引起的引起的残余应力残余应力金相组织变化金相组织变化引起的引起的残余应力残余应力残余应力残余应力机械制造工艺学7011二、机械加工表面质量对零件使用性能的影响二、机械加工表面质量对零件使用性能的影响(一)表面质量对零件耐磨性的影响(一)表面质量对零件耐磨性的影响表面粗糙度对零件耐磨性的影响表面粗糙度对零件耐磨性的影响机械制造工艺学机械制造工艺学表面粗糙度太大,实际
11、接表面粗糙度太大,实际接触面小,压强增大,粗糙不触面小,压强增大,粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、平的凸峰相互咬合、挤裂、切断,故磨损加剧,初期磨切断,故磨损加剧,初期磨损量大。损量大。机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学表面粗糙度太小,因为表面太光滑,不利润滑油表面粗糙度太小,因为表面太光滑,不利润滑油储存,接触面间不易形成油膜,形成半干或干摩擦,储存,接触面间不易形成油膜,形成半干或干摩擦,容易发生分子粘结而使磨损加剧。容易发生分子粘结而使磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关。表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响表面层的
12、冷作硬化对零件耐磨性的影响加工表面的适度硬化,能显著提高零件的耐磨性加工表面的适度硬化,能显著提高零件的耐磨性 因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高,因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高,塑性降低,减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑塑性降低,减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。性变形。机械制造工艺学7011机械制造工艺学机械制造工艺学如果表面硬化过度,会使磨损加剧如果表面硬化过度,会使磨损加剧 因为过分的冷作硬因为过分的冷作硬化,将引起金属组织过化,将引起金属组织过分分“疏松疏松”,在相对运,在相对运动中可能会产生金属剥动中可能会产生金属剥落,在接触面间形成小落,在接触面间形成小颗粒
13、,使零件加速磨损。颗粒,使零件加速磨损。机械制造工艺学7011 表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性的影响表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性的影响 原因是原因是纹理形状纹理形状和和刀纹方向刀纹方向影响有效接触面积影响有效接触面积和和润滑液的储存润滑液的储存,一般,一般,圆弧状圆弧状、凹坑状凹坑状表面纹理表面纹理的耐磨性好,的耐磨性好,尖峰状尖峰状的耐磨性差。的耐磨性差。在运动副中,两相对运动零件的在运动副中,两相对运动零件的刀纹方向刀纹方向和和运运动方向相同时,耐磨性较好动方向相同时,耐磨性较好,两者的,两者的刀纹方向刀纹方向和和运运动方向垂直时,耐磨性最差动方向垂直时,耐磨性最差。机械制造工艺学机
14、械制造工艺学机械制造工艺学7011(二)表面质量对零件抗腐蚀性的影响(二)表面质量对零件抗腐蚀性的影响表面粗糙度表面粗糙度表面层残余应力表面层残余应力表面腐蚀过程示意图表面腐蚀过程示意图零件零件表面越粗糙表面越粗糙,越容易,越容易积聚腐蚀性物质,凹谷越积聚腐蚀性物质,凹谷越深,深,渗透与腐蚀作用越强渗透与腐蚀作用越强烈烈。RaRa值值,抗腐蚀性,抗腐蚀性机械制造工艺学机械制造工艺学残余压应力残余压应力,使零件表面紧密,腐蚀使零件表面紧密,腐蚀性物质不易进入,性物质不易进入,抗腐蚀性抗腐蚀性 残余拉应力,抗腐蚀性残余拉应力,抗腐蚀性 机械制造工艺学7011(三)表面质量对零件疲劳强度的影响(三)
15、表面质量对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对零件疲劳强度的影响机械制造工艺学机械制造工艺学表面粗糙度越大,抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度越大,抗疲劳破坏的能力越差。表面粗糙度值越小,表面缺陷越少,工件耐疲表面粗糙度值越小,表面缺陷越少,工件耐疲劳性越好;反之,加工表面越粗糙,表面的纹痕越劳性越好;反之,加工表面越粗糙,表面的纹痕越深,纹底半径越小,其抗疲劳破坏的能力越差。深,纹底半径越小,其抗疲劳破坏的能力越差。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下,表面粗糙度、划痕和裂纹在交变载荷作用下,表面粗糙度、划痕和裂纹
16、会引起应力集中,微观凹谷处容易产生疲劳裂纹。会引起应力集中,微观凹谷处容易产生疲劳裂纹。机械制造工艺学7011表面层冷作硬化表面层冷作硬化对零件疲劳强度的影响对零件疲劳强度的影响 表面层残余应力表面层残余应力对零件疲劳强度的影响对零件疲劳强度的影响适度的表面层冷作硬化能适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲提高零件的疲劳强度。劳强度。但过大易产生裂纹。但过大易产生裂纹。残余压应力残余压应力能够部分地抵消工作载荷能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力,延缓疲劳裂纹的扩展,从施加的拉应力,延缓疲劳裂纹的扩展,从而而提高零件的疲劳强度提高零件的疲劳强度。残余拉应力残余拉应力则容易使已加工表面产生则容易使已加
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