机械制造技术基础第4章14秋案例.ppt

图4－47 砂轮上的磨粒 影响磨削加工表面粗糙度的因素 磨粒↓→Ra↓ 金刚石笔锋利↑，进给量↓→ Ra↓ 磨粒等高性↑→Ra↓ 硬度↑→钝化磨粒脱落↓→ Ra↑ 硬度↓→磨粒脱落↑→Ra↑ 硬度合适、自励性好↑→Ra↓ 太硬、太软、韧性、导热性差↑→ Ra↑ 砂轮粒度 工件材料性质 砂轮修正 磨削用量 砂轮硬度 砂轮V↑→ Ra↓ ap、工件V↑→ 塑变↑→ Ra↑ 4.5.4 影响表面层物理力学性能的 主要因素及其控制 表面物理力学性能 影响金相组织变化因素 影响冷作硬化因素 影响残余应力因素 塑变引起的冷硬 切削热的弱化 冷塑性变形 热塑性变形 金相组织变化 切削热 一. 表面层的冷作硬化 （1） 表面层加工硬化的产生 机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强化。 机械加工过程中产生的切削热，将使金属冷作硬化得到恢复，成为弱化现象。 （2） 衡量表面层冷作硬化的指标 衡量表面层加工硬化程度的指标有下列三项： 1）表面层的显微硬度HV； 2）硬化层深度h； 3）硬化程度N N=(HV-HV0)/HV0×100％ （8-3） 式中 HV0——工件原表面层的显微硬度。 （3）影响表面层加工硬化的因素 刀具几何形状的影响 切削刃 rε↑、后面磨损量VB↑、前角↓ →表层金属的塑变加剧→冷硬↑ 切削用量的影响 切削速度v↑→塑变↓→冷硬↓ 工件材料性能的影响 材料塑性↑→冷硬↑ 1.影响切削加工冷作硬化的因素 砂轮粒度 磨粒 ↓ →单磨粒载荷↓ →冷硬↓ 磨削用量的影响 磨削速度↑→塑变↓热↑ →冷硬↓ 磨削深度↑→磨削力↑→塑变↑→冷硬↑ 工件材料性能的影响 材料塑性↑→冷硬↑ 2.影响磨削加工冷作硬化的因素 二 表面层残余应力 机械加工中工件表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。 （1）表面层残余应力的产生 1） 冷态塑变 工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑 变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产 生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。 2） 热态塑变 表层产生残余拉应力，里层产生残余压 应力(其原理见图) 3）金相组织变化 比容大的组织→比容小的组织→体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。（密度小，比容大） (2) 影响层金属残余应力的因素 v↑→残余应力↑（热应力起主导作用，图4-67） ◆ 切削用量 ◆ 刀具 前角+→－，残余拉应力↓ 刀具磨损↑→残余应力↑ ◆ 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 图4-68 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 残余应力(Gpa) 0.20 0 0.20 0 100 200 300 400 距离表面深度(μm) f =0.40mm/r f =0.25mm/r f =0.12mm/r 仅讨论切削加工 f↑→残余应力↑（图4-68） 切削深度影响不显著 图4-67 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 0 50 100 150 200 距离表面深度(μm) 残余应力(Gpa) -0.20 0 0.20 vc =213m/min vc =86m/min vc =7.7m/min 定义：磨削加工时，表面层有很高的温度，当温度达到相变临界点时，表层金属就发生金相组织变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹。这种现象称为磨削烧伤。 淬火钢在磨削时，由于磨削条件不同，产生的磨削烧伤有三种形式。 三 表面层金相组织变化与磨削烧伤 表面层金相组织变化与磨削烧伤的产生 磨削残余应力通常是由磨削温度和金相组织变化引起的。 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。 磨削裂纹 磨削用量 砂轮与工件材料 改善冷却条件 1）砂轮转速↑ → 磨削烧伤↑ 2）径向进给量fp↑→ 磨削烧伤↑ 3）?轴向进给量fa↑→磨削烧伤↑ 4）工件速度vw　↑→磨削烧伤↓ 1) 磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃 口锋利↑→磨削力↓→磨削区的温度↓ 2) 磨削导热性差的材料(耐热钢、轴