金属切削原理及道具第九章 已加工表面质量.ppt

金属切削原理与刀具 ——山东理工大学机械工程学院 李志永 2014年2月 * * 第九章 已加工表面质量 已加工表面质量概念 本章要点 已加工表面的形成 已加工表面粗糙度 加工硬化 残余应力 精密切削加工的表面质量 加工表面质量(表面完整性)的内容 已加工表面质量 表面粗糙度（合理选用） 表面波度 表面物理力学性能的变化 表面微观几何形状特征 表面层冷作硬化（锰钢，奥氏体钢，硬度分布不均匀，不希望出现） 表面层残余应力（变形，疲劳失效） 表面层金相组织的变化 §9.1 已加工表面质量概念 变形特征 挤压 摩擦 回弹(OBDC区) §9.2 已加工表面的形成过程 刀刃钝圆半径 rn 后刀面磨损带VB 弹性恢复区CD 参数特征 已加工表面的形成（三个变形区） 几何因素方面（结论p146，注意与实际情况的差距） §9.3 已加工表面的粗糙度 表面粗糙度产生的原因 车削时残留面积的高度 直线刃车刀（残留面积）（图a） 圆弧刃车刀（残留面积）（ 图b） f κr Rmax vf Ⅰ Ⅱ rε b） Rmax Ⅰ Ⅱ f a） vf 积屑瘤 ◆ 产生一定的过切量，但过切量不一致造成深浅和宽窄不一的沟痕 积屑瘤脱落时 可能部分地留在已加工表面 积屑瘤不稳定可能造成振动影响表面粗糙度 §9.3 已加工表面的粗糙度 表面粗糙度产生的原因 鳞刺 ◆ 已加工表面出现的鳞片状毛刺简称为鳞刺（图9-7） 切削速度不高，加工塑性材料时易产生鳞刺 各种加工方法都可能出现 形成过程可分为四个阶段 §9.3 已加工表面的粗糙度 表面粗糙度产生的原因 切削过程中的变形 ◆ 挤裂切屑或单元切屑扩展到切削表面以下造成，在加工表面上留下波浪状的痕迹，从而形成表面粗糙度。 §9.3 已加工表面的粗糙度 表面粗糙度产生的原因 刀具的边界磨损 ◆ 刀具边界磨损部分在工件切削表面造成已加工表面粗糙度 刀具边界磨损造成表面粗糙度 刀具与工件相对位置变动 ◆ 由主轴回转误差、导轨副各种跳动引起 刀具方面 ◆ 几何角度（前角大可减小积屑瘤和鳞刺）、刀面质量（前后刀面的粗糙度必须小于工件所要求的粗糙度）、刀具材料（刀具与工件材料的粘结性越低，粗糙度越好，p149结论）、磨损程度 §9.3 已加工表面的粗糙度 改善表面粗糙度的因素 ◆ 工件材料的塑性、金相组织（塑性越大越容易出现积屑瘤和鳞刺）；铸铁中的石墨颗粒尺寸（切屑的形成，在相同切削条件下，R铸铁 R钢） 工件方面 切削条件方面 ◆ 切削用量的切削速度（速度高不易形成积屑瘤和鳞刺）、进给量；切削液的使用 加工硬化概念 已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象 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 ◆ 硬化程度 式中 H —— 硬化层显微硬度（HV）； H0 —— 基体层显微硬度（HV）。 ◆ 硬化层深度 指硬化层深入基体的距离Δhd（μm） 加工硬化产生原因 加工硬化度量 §9.4 加工硬化 距表面深度 HV H 0 hi H0 加工硬化与表面深度的关系 §9.4 加工硬化 ◆ 刀具方面：前角、刃口钝圆、后刀面磨损量等 ◆ 工件方面：塑性、强化指数、熔点等 ◆ 切削条件方面：切削速度、进给量、冷却润滑措施等 各因素的影响程度见图9-15～图9-20。 影响加工硬化的因素 加工硬化程度是强化和弱化作用的综合结果：强化：增大变形与摩擦的因素；弱化：较高的温度，较低的熔点等等 §9.4 加工硬化 ◆ 减小切削变形：提高切削速度，加大刀具前角，减小刀具刃口半径等 ◆ 减小摩擦：如加大后角，提高刀具刃磨质量等 ◆ 进行适当的热处理 ◆选择合理的切削用量 加工硬化的控制 ◆ 机械应力造成塑性变形：表层压应力，里层拉应力 ◆ 热应力引起的塑性变形：若里层金属产生压缩变形，则弹性恢复后表层得到拉应力，里层为压应力 ◆ 表层金属相变：影响复杂，若切削区温度超过相变温度，则珠光体受热转变成奥氏体，冷却后又转变成马氏体，体积膨胀，表层产生压应力 ◆ 实际应力状态是上述各因素影响的综合结果 残余应力产生原因 影响残余应力的因素 §9.5 残余应力 ◆ 刀具方面：前角、刃口钝圆、后刀面磨损量等 ◆ 工件方面：塑性、熔点等 ◆ 切削条件方面：切削速度、进给量、冷却润滑措施等 各因素的影响程度见图9-21～图9-27。 * * *