,第三章汽車零件的機(jī)械加工質(zhì)量,3-1 機(jī)械加工質(zhì)量 3-2 影響機(jī)械加工精度的主要因素 3-3 加工誤差的綜合分析 3-4 表面質(zhì)量的形成及其影響因素 3-5 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 本章小結(jié),（通常形狀誤差限制在位置公差內(nèi)， 位置公差限制在尺寸公差內(nèi)）,表面粗糙度 波度 紋理方向 傷痕（劃痕、裂紋、砂眼等）,機(jī)械加工質(zhì)量內(nèi)容：加工精度、表面質(zhì)量,3-1 機(jī)械加工質(zhì)量,2,一、 加工精度 零件加工以后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的接近程度（宏觀幾何特征）,尺寸精度：加工后，工件表面的實(shí)際尺寸與理想尺寸的接近程度（直徑,長度,距離等）,形狀精度：加工后，工件表面的實(shí)際形狀與理想形狀的接近程度（直線度,平面度,圓柱度）,理想零件 尺寸：零件尺寸的公差帶中心 表面形狀：絕對(duì)準(zhǔn)確的圓柱面、圓錐面、平面等 表面位置：絕對(duì)的平行、垂直、同軸等,位置精度：加工后工件表面之間的實(shí)際位置與理想位置的接近程度（平行度,垂直度,同軸度等）,3,2. 加工誤差 所謂加工誤差是指實(shí)際零件與理想零件在幾何參數(shù)上的偏離 加工精度和加工誤差這兩個(gè)概念是從兩個(gè)觀點(diǎn)來評(píng)定零件幾何參數(shù)這個(gè)同一事物的，加工精度的高低就是通過加工誤差的大小來表示的，即：加工誤差大，則加工精度低；加工誤差小，則加工精度高；因此，保證和提高加工精度的問題，實(shí)際上就是限制和降低加工誤差的問題,4, 目前，還沒有加工手段可以將零件的幾何參數(shù)制作成百分百的準(zhǔn)確，從實(shí)際出發(fā)、從多快好省的觀點(diǎn)出發(fā)，也沒有必要把個(gè)個(gè)零件都做得絕對(duì)準(zhǔn)確，因此，只要能保證零件在機(jī)器中的功能，把零件的加工精度保持在一定的范圍之內(nèi)是完全允許的。所以國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各級(jí)精度和相應(yīng)的公差（允許的加工誤差）標(biāo)準(zhǔn) 只要零件加工誤差不超過零件圖上按零件的設(shè)計(jì)要求和公差標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的偏差，就算保證了零件加工精度的要求,5,二、 表面質(zhì)量 所謂表面質(zhì)量是指零件加工以后的表面層狀態(tài)，它可以從以下兩個(gè)方面來評(píng)定：,1. 表面微觀幾何特征,（1）表面粗糙度 表面粗糙度是指已加工表面微觀幾何形狀誤差它是由加工中的殘留面積、塑性變形、積屑瘤、鱗刺以及工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)等原因引起的,H1,L1,L2,H2,L3,H3,L1 范圍內(nèi)的凸凹不平（平面度）H1,L3 范圍內(nèi)的凸凹不平（粗糙度）H3,L2 范圍內(nèi)的凸凹不平（波度）H2,波長與波高之比,6,（2）波度 是介于宏觀與微觀（波長與波高之比：501000）幾何形狀誤差之間的周期性幾何形狀誤差 波度主要是由加工中工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)造成的,（3）紋理方向 指切削刀痕的方向，紋理方向取決于表面形成過程中所采用的加工方法,紋理平行,紋理垂直,紋理交叉,7,紋理呈近似同心圓,紋理呈多方向,紋理呈近似放射狀,C,M,R,（4）表面缺陷 指加工表面上出現(xiàn)的缺陷 缺陷是在表面?zhèn)€別位置隨機(jī)出現(xiàn)的，包括：砂眼、夾砂、氣孔、裂痕等,8,2. 表面的物理力學(xué)性能和化學(xué)性能,（1）表面層材料的塑性變形與冷作硬化 由于表面層材料的塑性變形引起金屬材料的強(qiáng)度和硬度都提高的現(xiàn)象，被稱之為冷作硬化 用硬化程度和硬化深度來衡量,（2）金相組織的變化 在加工過程中，由于切削熱而引起金屬的金相組織變化 （3）表面層材料殘余應(yīng)力 由于塑性變形和金相組織變化，使表面層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力,9,3-2影響機(jī)械加工精度的主要因素,10,機(jī)床的制造誤差與磨損 夾具的制造誤差與磨損 刀具的制造誤差與磨損 工藝系統(tǒng)受力變形 工藝系統(tǒng)熱變形 工件殘余應(yīng)力引起的變形 加工原理誤差 工件定位誤差 調(diào)整誤差 測量誤差,鏜刀,鏜桿,滑臺(tái),在機(jī)械加工中，零件的尺寸、形狀和表面間的相對(duì)位置的形成，歸結(jié)到一點(diǎn)，就是取決于工件和刀具在切削過程中的相互位置關(guān)系，而工件和刀具又安裝在夾具和機(jī)床上，并受到機(jī)床和夾具的約束,在機(jī)械加工中，由機(jī)床、刀具、工件、夾具構(gòu)成的系統(tǒng)，被稱之為工藝系統(tǒng),11,因此，加工精度問題也就牽涉到整個(gè)工藝系統(tǒng)的精度問題，工藝系統(tǒng)中的種種誤差，在不同的具體條件下，以不同的程度反映為加工誤差；工藝系統(tǒng)的誤差是“因”，是根源；加工誤差是“果”，是表現(xiàn)，因此，把工藝系統(tǒng)的誤差稱之為原始誤差,原 理 誤 差,工藝系統(tǒng)靜誤差,工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差,原始誤差,工件安裝 誤 差,機(jī)床誤 差,夾具誤 差,刀具誤 差,調(diào)整誤 差,度量誤 差,刀具磨損,工藝系統(tǒng)受力變形,工藝系統(tǒng)熱變形,工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形,12,一、機(jī)床誤差,機(jī)床誤差來之三個(gè)方面：機(jī)床本身的制造、安裝和磨損 機(jī)床在出廠之前要通過精度檢驗(yàn)，例如：導(dǎo)軌的直線度、主軸的回轉(zhuǎn)精度等，這些都是在沒有切削載荷的情況下進(jìn)行的反映靜誤差 合格的機(jī)床在使用了一段時(shí)間后，將會(huì)產(chǎn)生磨損，機(jī)床原有的精度也將會(huì)降低，并可能產(chǎn)生各種加工精度問題 因此，評(píng)價(jià)一臺(tái)機(jī)床精度的高低，除了看它在靜態(tài)下的情況，還需看它在切削載荷下的動(dòng)態(tài)情況,13,車床結(jié)構(gòu)圖,14,1. 導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)部件的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接影響被加工工件的精度，例如車床的導(dǎo)軌：,（1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)有直線度誤差,顯然，在某一截面內(nèi)由于導(dǎo)軌的直線度誤差將導(dǎo)致刀具在水平內(nèi)沿工件徑向產(chǎn)生相應(yīng)的位移，即：,R =1,15,因此，在工件全長上，將產(chǎn)生形狀（圓柱度）誤差,注意：工件的形狀與導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差的特征直接相關(guān),注意：誤差敏感方向加工表面切削點(diǎn)處的法線方向 若原始誤差發(fā)生在誤差敏感方向，則對(duì)工件的加工精度影響較大,16,（2）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差,忽略高階無窮小,17,例如：,2= 0.1mm、d=40mm，則：R =0.00025mm，影響可忽略不計(jì),非誤差敏感方向,2. 車床主軸旋轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌的平行度誤差,討論：不平行發(fā)生在：水平面內(nèi) 垂直面內(nèi),對(duì)工件的加工影響如何？,導(dǎo)軌,主軸理想 回轉(zhuǎn)軸線,18,若在水平面內(nèi)不平行，則工件被加工成錐體形 若在垂直面內(nèi)不平行，則為雙曲面回轉(zhuǎn)體形,3. 前后導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）,臥式車床或外圓磨床若前后導(dǎo)軌存在平行度誤差時(shí)，刀具和工件之間相對(duì)位置發(fā)生變化，刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間曲線，使工件產(chǎn)生形狀誤差,H,B,若扭曲誤差為3，工件誤差R(H/B)3 ，一般車床H/B2/3，外圓磨床H/B1，誤差對(duì)加工精度影響很大（H：機(jī)床主軸中心高，B：前后導(dǎo)軌的跨度）。,19,二、刀具誤差,刀具誤差包括制造和磨損兩個(gè)方面,1. 當(dāng)切削刀具決定工件的最終尺寸和形狀，刀具制造誤差直接影響工件的加工精度,例如：定尺寸刀具鉆頭、絞刀、圓孔拉刀等 刀具的尺寸誤差直接影響工件的尺寸精度； 成形刀具成形車刀、成形銑刀、成形砂輪等 刀具的形狀誤差直接影響工件的形狀精度； 展成法刀具齒輪滾刀、插齒刀等 切削刃的幾何形狀及刀具有關(guān)尺寸精度會(huì)直接影響工件的形狀精度.,2.一般刀具（普通車刀、單刃鏜刀、面銑刀等） 刀具的制造誤差對(duì)加工精度無直接影響,20,3. 刀具的磨損,（1）刀具的磨損（特別是誤差敏感方向上）將引起工件的尺寸和形狀誤差,（2）刀具的不斷磨損將會(huì)引起切削力沿加工表面的法線方向的分力逐漸增大，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)受力變形，工件的尺寸和形狀誤差增大，工件的尺寸和形狀因而產(chǎn)生額外的變化,若工藝系統(tǒng)的剛度不足，則受力變形引起的加工誤差更嚴(yán)重,21,三、工藝系統(tǒng)的受力變形,1.工藝系統(tǒng)的剛度,工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力,工藝系統(tǒng)的受力變形一般是彈性變形,工藝系統(tǒng)的剛度可由下式表示：,法向切削力,位移,y：Fy、Fx、Fz共同作用的綜合結(jié)果。而切削分力Fy對(duì)加工精度的影響最大（誤差敏感方向）,Fy,Fy,Fz,Fz,22,2.工藝系統(tǒng)的剛度對(duì)加工精度的影響,（）切削力作用點(diǎn)位置的變化對(duì)加工精度的影響,a. 假定工件短而粗，其受力變形可忽略不計(jì)，車刀懸伸也很短，受力后的彎曲變形在法向的分量也可忽略不計(jì)，即工藝系統(tǒng)的變形完全取決于機(jī)床的變形,由系統(tǒng)剛度的定義：,B,A,f,n,Fy,C,23,工藝系統(tǒng)的變形yx是一個(gè)二次拋物線方程，變形大小隨刀具在方向位置的變化而變化，使車出的工件沿軸向呈鞍形，產(chǎn)生圓柱度誤差 受力變形大的位置處工件被切除的金屬層薄，受力變形小的位置處工件被切除的金屬層厚,24,b. 工件變形引起的加工誤差,若考慮工件本身的剛度（假設(shè)此時(shí)不考慮機(jī)床和刀具的變形），即可由材料力學(xué)公式計(jì)算工件在切削點(diǎn)的變形量：,E：工件的彈性模量； I ：工件截面的慣性矩,顯然，加工后的工件呈鼓形,如果工件是一根光軸，最大撓度發(fā)生在工件的中間位置，在撓度大的位置處，切削最薄，而兩端切削最厚，因此最后加工的零件形狀成腰鼓形，產(chǎn)生圓柱度誤差,25,c.刀具的剛度不足引起的加工誤差 一般的刀具，如外圓車刀、面銑刀等，在誤差敏感方向上的剛度很大，可以認(rèn)為刀具在工件全長上，其變形量近似不變，即由于其變形引起的加工誤差為尺寸誤差（直徑變大） 鉆頭的徑向剛度較低，容易導(dǎo)致加工孔的尺寸、形狀、位置誤差 鏜孔過程中，不同的鏜孔方式會(huì)造成不同的誤差， 因此，鉆孔時(shí)使用鉆套；鏜孔時(shí)使用導(dǎo)向支撐來提供刀具的剛度，減少加工誤差,26,d.工藝系統(tǒng)剛度所引起的加工誤差,27,28,注意：, 工件的裝夾方式與工件的剛度, 刀具的剛度,加工誤差？,29,按懸臂梁近似計(jì)算,加工誤差？,30,按懸臂梁近似計(jì)算， 懸伸可改變,按自由支撐在兩點(diǎn)的梁近似計(jì)算，懸伸可改變,（2）復(fù)映誤差,毛坯加工余量和材料硬度的不均勻，會(huì)引起切削力大小的變化，工藝系統(tǒng)由于受力大小的不同，變形的大小也相應(yīng)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致工件尺寸和幾何形狀的誤差，加工出的工件形狀與毛坯形狀相類似，這種規(guī)律稱為誤差復(fù)映規(guī)律，所產(chǎn)生的誤差為復(fù)映誤差,31,毛坯半徑誤差：,車削后工件半徑加工誤差：,1. 毛坯形狀,2. 加工后工件形狀,誤差復(fù)映系數(shù) ：,32,當(dāng)一次走刀不能滿足要求時(shí)，可進(jìn)行二次或多次走刀，相應(yīng)的誤差復(fù)映系數(shù)為：,則總的復(fù)映系數(shù) ：,復(fù)映現(xiàn)象產(chǎn)生的加工誤差，可通過增加走刀次數(shù)加以糾正,定量地反映了毛坯誤差經(jīng)加工后減少的程度，也表明：工藝系統(tǒng)的剛度越高，毛坯復(fù)映到工件上的誤差越小,（2）復(fù)映誤差,33,復(fù)映誤差的實(shí)驗(yàn),根據(jù)切削前后階梯軸直徑的變化，分析系統(tǒng)的變形、剛度及復(fù)映誤差,34,（3）機(jī)床零部件制造與裝配質(zhì)量對(duì)加工精度的影響, 接觸剛度, 機(jī)床薄弱零件的剛度, 聯(lián)結(jié)件的剛度,零件的間隙,實(shí)際接觸面積小于理論接觸面積,機(jī)床上個(gè)別薄弱零件常會(huì)大大降低整個(gè)部件的剛度,螺栓聯(lián)結(jié)的預(yù)緊、軸承的預(yù)緊，當(dāng)外力超過其預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力時(shí)，剛度明顯降低,35,由于機(jī)床部件或工件本身重量以及它們?cè)谝苿?dòng)中位置變化而引起的加工誤差,機(jī)床部件自重引起地橫梁變形,36,四、工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差,工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱變形,在熱作用下，工件、刀具及機(jī)床的許多部分因溫度的升高而產(chǎn)生復(fù)雜的變形，從而改變它們之間的相互位置關(guān)系，破壞工件和刀具之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的正確性，改變已調(diào)整好的加工尺寸，引起切削深度和切削力的改變，造成加工誤差,據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40%70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響加工效率的提高 工藝系統(tǒng)熱變形的問題已成為機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重大研究課題,37,1. 工藝系統(tǒng)的熱源,熱源,內(nèi)部熱源,外部熱源,切削熱,摩擦熱和傳動(dòng)熱,環(huán)境溫度,熱輻射,被加工材料切削層的彈性、塑性變形，前、后刀面與切屑、已加工表面的摩擦產(chǎn)生的熱量。,日光、照明、暖氣、體溫等。,氣溫、室溫變化、熱、冷風(fēng)等。,運(yùn)動(dòng)件的摩擦（齒輪、軸承、導(dǎo)軌等）產(chǎn)生的熱量；液壓傳動(dòng)及電機(jī)的溫升等產(chǎn)生的熱量。,38,2. 工藝系統(tǒng)的熱平衡,工藝系統(tǒng)受各種熱源的影響，其溫度會(huì)逐漸升高。同時(shí)，它們也通過各種傳熱方式向周圍散發(fā)熱量。,熱平衡：當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)傳入和散發(fā)的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡狀態(tài)，工藝系統(tǒng)的熱變形也就達(dá)到某種程度的穩(wěn)定,3. 機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響,機(jī)床熱變形會(huì)影響加工精度，其中主軸部件、床身、導(dǎo)軌、立柱、工作臺(tái)等部件的熱變形，對(duì)加工精度影響最大 各類機(jī)床其結(jié)構(gòu)、工作條件及熱源形式均不相同，因此機(jī)床各部件的熱變形情況是不一樣的,39,1) 磨床受熱變形,外圓磨床：由于熱變形會(huì)造成砂輪軸線與工件軸線的距離發(fā)生變化，且可能產(chǎn)生平行度誤差,平面磨床：立柱彎曲變形，造成砂輪主軸與工作臺(tái)間的垂直度誤差,40,2) 車床熱變形,由于熱變形會(huì)造成主軸箱在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)和傾斜，且床身導(dǎo)軌向上凸起 一般在垂直面內(nèi)的熱變形對(duì)加工精度的影響較小；而在水平面內(nèi)的熱變形對(duì)加工精度的影響較大,41,4. 工件熱變形,1） 均勻受熱,f,2 ） 非均勻受熱,f,42,3）單邊受熱（非均勻受熱）,毛坯形狀,加工上表面,加工完成、冷卻后,5. 刀具熱變形,刀具熱變形主要是由切削熱引起的。切削加工時(shí)雖然大部分切削熱被切屑帶走，傳入刀具的熱量并不多，但由于刀具體積小，熱容量小，導(dǎo)致刀具切削部分的溫升急劇升高，刀具熱變形對(duì)加工精度的影響比較顯著,43,車削時(shí)車刀的熱變形與切削時(shí)間的關(guān)系曲線,車外圓時(shí)，車刀熱變形會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度誤差（倒喇叭口）,車刀連續(xù)工作時(shí)的熱伸長曲線；,切削停止后，車刀溫度下降曲線；,傳動(dòng)作間斷切削的熱變形切削。,44,五、 工件殘余應(yīng)力引起的加工誤差,什么是殘余應(yīng)力?,產(chǎn)生原因：,殘余應(yīng)力是由金屬內(nèi)部的相鄰宏觀或微觀組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的，促使這種變化的因素主要來自熱加工或冷加工,45,1. 毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,（1）在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過程中，由于工件各部分冷卻收縮不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力（圖a）,（2）毛坯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大，毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就越大,（3）具有殘余應(yīng)力的毛坯，其內(nèi)部應(yīng)力暫時(shí)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，雖在短期內(nèi)看不出有什么變化，但當(dāng)加工時(shí)切去某些表面部分后，這種平衡就被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明顯地出現(xiàn)變形,46,原因：在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力重新分布,影響：當(dāng)外力F去除后，彈性變形本可完全恢復(fù)，但因塑性變形部分的阻止而恢復(fù)不了，使殘余應(yīng)力重新分布而達(dá)到平衡,現(xiàn)象：冷校直工藝方法是在一些長棒料或細(xì)長零件彎曲的反方向施加外力F以達(dá)到校直目的,2. 冷校直引起的殘余應(yīng)力,措施：對(duì)精度要求較高的細(xì)長軸，不允許采用冷校直來減小彎曲變形，而采用加大毛坯余量，經(jīng)過多次切削和時(shí)效處理來消除內(nèi)應(yīng)力，或采用熱校直,47, 殘余應(yīng)力對(duì)零件的影響,存在殘余應(yīng)力的零件，始終處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，其內(nèi)部組織有要恢復(fù)到一種新的穩(wěn)定的沒有內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的傾向 在內(nèi)應(yīng)力變化的過程中，零件產(chǎn)生相應(yīng)的變形，原有的加工精度受到破壞 用這些零件裝配成機(jī)器，在機(jī)器使用中也會(huì)逐漸產(chǎn)生變形，從而影響整臺(tái)機(jī)器的質(zhì)量,3. 切削加工引起的殘余應(yīng)力,48,采用了近似的加工方法或近似形狀的刀具而產(chǎn)生的加工誤差，如用展成法加工漸開線齒輪，滾刀的刀齒的軸剖面形狀為直線，滾切成近似的漸開線齒面，即漸開線齒形為無數(shù)直線包絡(luò)而成,六、原理誤差,這種漸開線齒面的形成方法本身就使工件產(chǎn)生加工誤差，這種誤差就是原理性誤差，它是由工件與刀具作切削運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的幾何軌跡誤差,49,七、調(diào)整誤差,在切削加工時(shí)，為獲得規(guī)定的尺寸，就必須對(duì)機(jī)床、刀具和夾具進(jìn)行必要的調(diào)整，由于調(diào)整不可能絕對(duì)的準(zhǔn)確，也就帶來了一項(xiàng)原始誤差調(diào)整誤差 1.試切法調(diào)整（單件、小批量） （1）度量誤差 （2）加工余量的影響 （3）微量進(jìn)給誤差 2. 靜調(diào)整法（大批量） （1）定程機(jī)構(gòu)誤差 （2）樣件或樣板的誤差 （3）測量有限試件造成的誤差,50,測量誤差是指工件實(shí)際尺寸與測量儀器表示出的尺寸之間的差值,八、度（測）量誤差,原因： 1. 測量儀器本身的誤差 2. 測量環(huán)境的影響 3. 人為誤差的影響,51,33 加工誤差的綜合分析,一、基本概念 二、誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法 1）分布圖分析法 2）點(diǎn)圖法,52,一、基本概念,在實(shí)際生產(chǎn)中，影響加工精度的工藝因素往往是多方面的，因此，對(duì)加工誤差的影響，有時(shí)就不能僅用單因素的估算方法，而要用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行較全面的考察（加工一批零件，為了找出這批零件出現(xiàn)廢品的原因，就要用統(tǒng)計(jì)的方法來研究這批零件的加工誤差，從而找出減少廢品的技術(shù)措施） 按一批工件加工誤差出現(xiàn)的規(guī)律來看，加工誤差可分為兩大類：系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差,53,1. 系統(tǒng)性誤差 連續(xù)加工一批零件時(shí)，如果加工誤差的大小和方向保持不變或是按一定的規(guī)律變化，這類誤差稱為系統(tǒng)性誤差；如果加工誤差的大小和方向保持不變，則稱為常值系統(tǒng)性誤差；如果加工誤差的大小和方向按一定的規(guī)律變化，則稱為變值系統(tǒng)性誤差 原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，調(diào)整誤差等，它們和加工的順序（或加工時(shí)間）沒有關(guān)系，故都是常值系統(tǒng)性誤差 機(jī)床、刀具的熱變形，刀具的磨損等，都是隨著加工的順序（或加工時(shí)間）而有規(guī)律的變化，因此屬于變值系統(tǒng)性誤差,54,2. 隨機(jī)性誤差 連續(xù)加工一批零件時(shí)，如果加工誤差的大小和方向都是無規(guī)律地變化，這類誤差稱為隨機(jī)性誤差 毛坯誤差（余量大小不一、硬度不勻等）的復(fù)映，定位誤差（基準(zhǔn)面尺寸不一、間隙等），夾緊誤差（夾緊力大小不一），多次調(diào)整的誤差，內(nèi)應(yīng)力引起的變形誤差等，都是隨機(jī)性誤差 這類誤差產(chǎn)生的原因是隨機(jī)的，從表面上來看沒有規(guī)律，無從分析，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法可以找出一批工件加工誤差的總體規(guī)律，然后在工藝上采取措施加以控制,55,二、誤差的統(tǒng)計(jì)分析方法,1.分布圖分析法（分布曲線法） 一批零件如果是在正常的加工狀態(tài)下，即：沒有變值系統(tǒng)性誤差（或有而不顯著），隨機(jī)性誤差是相互獨(dú)立的，且在各隨機(jī)性誤差中沒有一個(gè)是起主導(dǎo)作用，則這批零件的尺寸分布曲線將接近正態(tài)分布曲線 正態(tài)分布曲線的數(shù)學(xué)方程為：,式中, x：零件的尺寸；,56,曲線與x軸之間所包含的面積為1，即包含了全部工件數(shù),：表示這批零件加工尺寸的分布范圍,范圍內(nèi)的面積約為99.73%,的大小代表了某種加工方法在一定生產(chǎn)條,因此，零件加工的公差應(yīng)取：,y：零件尺寸為x的概率密度；,其中，,下能達(dá)到的加工精度,57,例：在無心磨床上加工一批外徑為 的圓柱銷，加工完畢后，檢查100個(gè)圓柱銷銷的直徑，把測量的數(shù)據(jù)按大小分組，每組的尺寸間隔為0.003mm，并計(jì)算、記錄于表，試分析其工藝過程,分布曲線法的應(yīng)用,58,59,解：根據(jù)表，計(jì)算平均值,計(jì)算均方根差,繪制分布圖 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，把頻數(shù)值點(diǎn)在尺寸區(qū)間（間隔）中值上，并把每點(diǎn)順次用直線連起來，繪成折線圖,60,實(shí)際分布曲線與理論分布線曲,（其尺寸誤差服從正態(tài)分布）,61,分布圖分析,在用正態(tài)性評(píng)定方法確認(rèn)樣本是服從正態(tài)分布的前提下，就可以認(rèn)為工藝過程中變值系統(tǒng)性誤差很?。ɑ虿伙@著,此誤差為常值系統(tǒng)性誤差，是由于機(jī)床調(diào)整不準(zhǔn)確引起,），被加工工件尺寸分散的原因主要是隨機(jī)性誤差引起，工藝過程處在控制狀態(tài)之中,62,工序能力分析,屬于三級(jí)工序能力，工藝能力不足,工藝能力等級(jí)：,63,從圖中可以看出，本批工件的最小尺寸：,比工序要求的最小尺寸9.610要大，故分布曲線的左半部分沒有廢品；在右半部分，工序要求的最大尺寸為9.650，而實(shí)際最大尺寸為9.653，故有廢品產(chǎn)生。,確定合格品率和不合格品率,64,65,查表（正態(tài)分布計(jì)算表） F(2.5)=0.4939 F(2.6)=0.4953 用插值法計(jì)算：F(2.57)=0.4948 所以：合格品率=0.5+0.4948=0.9949=99.48% 廢品率=1-0.9948=0.0052=0.52%,確定合格品率和不合格品率,由于這些不合格品都是尺寸過大的不合格品，所以是可修復(fù)的廢品,66,分布圖分析法的應(yīng)用 （1）判斷加工誤差的性質(zhì) 如果實(shí)際分布曲線與正態(tài)分布曲線基本相符，說明加工中沒有變值系統(tǒng)性誤差，再根據(jù)算術(shù)平均值是否與公差帶重合，就可以判斷是否有常值系統(tǒng)性誤差，如果實(shí)際分布曲線不符合正態(tài)分布，可根據(jù)實(shí)際分布圖形判斷是什么類型的變值系統(tǒng)性誤差,（2）判斷工序能力能否滿足加工精度要求,所謂工序能力，就是工序處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，加工誤差正常波動(dòng)的幅度,（3）估計(jì)工件的合格率與廢品率 分布曲線與橫坐標(biāo)所包含的面積，代表一批工件的總數(shù)，如果尺寸分散范圍大于工件的公差范圍，將有廢品產(chǎn)生，其中在公差帶內(nèi)的面積，代表合格品率；以外的面積，代表廢品率，它包括可修復(fù)的廢品率和不可修復(fù)的廢品率,67,討論：,實(shí)際分布曲線為：,2. 當(dāng) ， 不管公差帶中心與分布中心重合不重合，理論上都將會(huì)出現(xiàn)廢品,3. 當(dāng) ， 且公差帶中心與分布中心不重合，是否會(huì)出現(xiàn)廢品，則需依據(jù)具體情況來定,1.當(dāng)公差帶中心與分布中心重合，且 ，則理論上不會(huì)出現(xiàn)廢品,68,非正態(tài)分布曲線,當(dāng)?shù)毒吣p的影響顯著時(shí)，變值系統(tǒng)性誤差占突出地位，使分布曲線出現(xiàn)平頂，如圖(a)所示）,在實(shí)際生產(chǎn)中，工件尺寸的分布有時(shí)并不接近于正態(tài)分布，例：將兩次調(diào)整下加工的工件混在一起，由于每次調(diào)整的調(diào)整誤差（一次調(diào)整的調(diào)整誤差屬于常值系統(tǒng)性誤差）不同，就會(huì)得到雙峰曲線，如圖(a)所示；,69,非正態(tài)分布曲線,當(dāng)工藝系統(tǒng)熱變形顯著時(shí)，分布曲線就會(huì)不對(duì)稱例如，刀具熱變形嚴(yán)重時(shí)，若加工軸，則分布曲線偏向左，如圖(c)所示）；加工孔時(shí)偏向右，如圖(d)所示,此外，還可能出現(xiàn)等概率分布、辛普森（Simpson ）分布等非正態(tài)分布形式,70,分布圖分析法不能反映誤差的變化趨勢(shì) 加工中，由于隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差同時(shí)存在，在沒有考慮到工件加工先后順序的情況下，很難把隨機(jī)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差區(qū)分開來 由于在一批工件加工結(jié)束后，才能得出尺寸分布情況，因而不能在加工過程中起到及時(shí)控制質(zhì)量的作用 如果工藝過程不穩(wěn)定，分布圖分析法失去意義,71,28,2.點(diǎn)圖法,工件尺寸,序號(hào),工件,26,24,22,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2,工件誤差逐件按件號(hào)點(diǎn)出,如果按工件的加工順序逐個(gè)測量一批工件的尺寸，并以橫坐標(biāo)代表工件加工序號(hào)，縱坐標(biāo)代表工件尺寸，所作的點(diǎn)圖稱為個(gè)值點(diǎn)圖,72,為了縮短點(diǎn)圖的長度，可將順序加工的m個(gè)工件編為一組，此時(shí)以組序號(hào)為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)代表工件尺寸，同一組工件的尺寸分散在同一組號(hào)的垂直線上，這樣作的點(diǎn)圖如圖所示,73, 圖繪制,如果仍以順序加工的m個(gè)工件為一組的組序號(hào)為橫坐標(biāo)，以每組內(nèi)m個(gè)工件的平均值 為縱坐標(biāo)，或以每組內(nèi)m個(gè)工件的最大值與最小值的差R（稱極差）為縱坐標(biāo)，就可以得到目前應(yīng)用較多的平均值極差點(diǎn)圖（ 點(diǎn)圖），在實(shí)際應(yīng)用中兩者聯(lián)合使用,74,式中，m：每組的工件數(shù)；,75,單獨(dú)的 點(diǎn)圖或者R點(diǎn)圖，都不能全面地反映加工誤差的情況，故 點(diǎn)圖和R點(diǎn)圖都是結(jié)合起來應(yīng)用,R點(diǎn)圖上的點(diǎn)代表了瞬時(shí)分散范圍，所以R點(diǎn)圖能反映出隨機(jī)性誤差的變化趨勢(shì),點(diǎn)圖上的點(diǎn)代表了瞬時(shí)分散中心，主要反映系統(tǒng)性誤差的變化趨勢(shì), 分析,76,由于種種誤差因素的影響，點(diǎn)圖上的點(diǎn)子總是要波動(dòng)的，也就是說一批工件的質(zhì)量參數(shù)總是參差不齊的；根據(jù)點(diǎn)波動(dòng)情況，可以把它分成兩種： 其一是隨機(jī)性波動(dòng)，波動(dòng)幅值不太大，無明顯規(guī)律，這主要是由一些隨機(jī)性誤差因素（其中無明顯優(yōu)勢(shì)者）引起的，這種波動(dòng)稱為正常波動(dòng)； 其二是引起波動(dòng)的誤差因素中有明顯占優(yōu)的誤差因素，以致點(diǎn)圖的波動(dòng)有規(guī)律性，如明顯上升或下降趨勢(shì)，或出現(xiàn)幅值很大或很小的波動(dòng)等，這種波動(dòng)稱為異常波動(dòng)，點(diǎn)圖正常波動(dòng)的工藝是穩(wěn)定的，而異常波動(dòng)的工藝是不穩(wěn)定的,77,組序號(hào),15,20,25,30,30,20,10,10,5,(a) 點(diǎn)圖,10,5,20,10,組序號(hào),30,25,20,15,(b) 點(diǎn)圖,有上升趨勢(shì),正常波動(dòng),異常波動(dòng),有點(diǎn)子超出控制線,78,正 常 波 動(dòng),異 常 波 動(dòng),1沒有點(diǎn)子超出控制線 2大部分點(diǎn)子在中心線上下波動(dòng)，小部分在控制線附近 3點(diǎn)子沒有明顯的規(guī)律性,1有點(diǎn)子超出控制線 2點(diǎn)子密集在中心線附近 3點(diǎn)子密集在控制線附近 4連續(xù)7個(gè)以上的點(diǎn)子 5連續(xù)11個(gè)點(diǎn)子中有10個(gè)以上出現(xiàn)在控制線的上方或下方 6連續(xù)14個(gè)點(diǎn)子中有12個(gè)以上出現(xiàn)在控制線的上方或下方 7連續(xù)17個(gè)點(diǎn)子中有14個(gè)以上出現(xiàn)在控制線的上方或下方 8連續(xù)20個(gè)點(diǎn)子中有16個(gè)以上出現(xiàn)在控制線的上方或下方 9點(diǎn)子有上升或下降的傾向 10點(diǎn)子有周期性波動(dòng),79,點(diǎn)圖的應(yīng)用,點(diǎn)圖可以觀察出加工過程是否存在變值系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差的變化情況，可以用來判斷工藝過程的穩(wěn)定情況，并能在加工過程中提供控制加工精度的資料,（1）工藝驗(yàn)證 工藝驗(yàn)證的目的是判斷現(xiàn)行工藝或準(zhǔn)備實(shí)施的新工藝能否穩(wěn)定地滿足產(chǎn)品的加工質(zhì)量要求。其主要內(nèi)容是通過抽樣檢查作出分布曲線圖（或直方圖），確定工序能力及工序能力系數(shù)，判斷工藝過程的穩(wěn)定情況,工藝過程是否穩(wěn)定，可由 圖的波動(dòng)情況來判斷，如果 圖的波動(dòng)正常，工藝是穩(wěn)定的，若是異常波動(dòng)，則工藝過程是不穩(wěn)定的。要判斷 圖的正、異常波動(dòng)，得在 圖上標(biāo)加中線和控制線。中線和控制線的確定如下：, 點(diǎn)圖,中線,上控線,下控線,組序號(hào),80, R點(diǎn)圖,中線,上控線,下控線,表 常數(shù)A2、D1、D2值,81,工藝過程出現(xiàn)異常波動(dòng)，表明總體分布的數(shù)字特征發(fā)生了變化，這種變化不一定就是壞事 例如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)子密集在中心線上下附近，說明分散范圍變小了，這是好事，但應(yīng)查明原因，使之鞏固，以進(jìn)一步提高工序能力（即減小6值） 再如刀具磨損會(huì)使工件平均尺寸的誤差逐漸增加，使工藝過程不穩(wěn)定，雖然刀具磨損是機(jī)械加工中的正?，F(xiàn)象，如果不適時(shí)加以調(diào)整，就有可能出現(xiàn)廢品 值得注意的是，工藝過程是否穩(wěn)定與工件是否會(huì)出廢品不是一回事。工藝過程是否穩(wěn)定是由其本身誤差情況來決定的，而工件是否合格則是由工件規(guī)定的公差決定的。如果根據(jù)工藝驗(yàn)證，某一工序的工藝過程是穩(wěn)定的，工序能力系數(shù)Cp足夠大，且分布中心與公差帶中心重合，可以講它是不會(huì)產(chǎn)生不合格品的。但工序能力不足，即使是工藝過程穩(wěn)定，它也會(huì)出廢品。加工過程中不出現(xiàn)異常波動(dòng)，說明該工序的工藝過程處于控制之中，可以繼續(xù)進(jìn)行加工，否則就應(yīng)停機(jī)檢查，找出原因，采取措施消除使加工誤差增大的因素，使質(zhì)量管理從事后檢驗(yàn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防。,82,34 表面質(zhì)量的形成及其影響因素,一、切削加工的表面粗糙度 二、磨削加工的表面粗糙度 三、機(jī)械加工后工件表面層物理機(jī)械 性能的變化,83,一、切削加工的表面粗糙度,在切削加工中刀具的幾何形狀、切削用量、切削液、振動(dòng)等工藝因素，都會(huì)影響表面粗糙度；以車削外圓為例來說明切削加工表面粗糙度的形成,由國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表面粗糙度定義，輪廓的算術(shù)平均偏差：,84,H,f,1幾何因素 外圓車削時(shí)，其切削軌跡為一螺旋線，切削后在工件表面留下的殘留面積（其形狀是刀具幾何形狀的復(fù)映），形成了表面理論粗糙度, 尖刃車刀,85,r,H,f, 圓弧刃刃車刀,86,（1）在切削過程中，刀具的刃口圓角及后刀面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形而使理論殘留面積擠歪或溝紋加深，因而增大了表面粗糙度,實(shí)際輪廓,理論輪廓,2物理因素 切削加工后表面粗糙度的實(shí)際輪廓之所以與純幾何因素所形成的理論輪廓有很大的差異，主要是由于切削過程中塑性變形的影響,87,（2）在切削過程中出現(xiàn)刀瘤 （積屑瘤）,定不變的，而是不斷地形成、長大，然后粘附在切屑上被帶走或留在工件上。由于積屑瘤有時(shí)會(huì)伸出切削刃之外，其輪廓也很不規(guī)則，因而使加工表面上出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕，大大惡化了表面粗糙度,積屑瘤是切削過程中切屑底層與前刀面冷焊的結(jié)果。積屑瘤形成后并不是穩(wěn),加工塑性材料時(shí)，切削速度為中、低速，易產(chǎn)生積屑瘤。,88,（3）在切削過程出現(xiàn)鱗刺 鱗刺是已加工表面上出現(xiàn)的鱗片狀毛刺般的缺陷。切削過程中出現(xiàn)鱗刺是由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用造成周期性地停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層和工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。,I.抹拭,II.沉積,III.導(dǎo)裂,IV.刮成,鱗刺的形成過程,89,鱗刺的形成經(jīng)過4個(gè)階段： I. 抹拭（切屑與前刀面刮擦干凈） II. 沉積（切屑與前刀面冷焊） III. 導(dǎo)裂（切屑與已加工表面間撕裂） IV. 刮成（切屑沿前刀面流出）,如此往復(fù)，就在已加工表面上出現(xiàn)一系列的鱗刺，構(gòu)成已加工表面的粗糙度。,90,（4）工藝系統(tǒng)振動(dòng)的影響 工藝系統(tǒng)振動(dòng)：是指刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生周期性的位移。由于振動(dòng)，在加工表面上形成波紋狀的振痕。,振動(dòng)頻率高表面粗糙度值增大； 振動(dòng)頻率低產(chǎn)生波度。,強(qiáng)迫振動(dòng) 由外界具有一定頻率的周期性變化的激振力所引起的振動(dòng)，稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。,系統(tǒng)外部的周期性干擾力 旋轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量偏心 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷 切削過程的間隙特性,91,強(qiáng)迫振動(dòng)的特征 I.強(qiáng)迫振動(dòng)是由周期性激振力引起的，不會(huì)被阻尼衰減掉，振動(dòng)本身也不能使激振力變化。 II.強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)頻率與外界激振力的頻率相同，而與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。 III.強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值既與激振力的幅值有關(guān)，又與工藝系統(tǒng)的特性有關(guān)。,當(dāng)外界激振力的頻率接近或等于工藝系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，就會(huì)引起共振現(xiàn)象，這時(shí)振幅極大，對(duì)工藝系統(tǒng)的危害極其嚴(yán)重。,92,二. 磨削加工的表面粗糙度,磨削加工與切削加工比較，有許多特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：, 砂輪表面的形貌很復(fù)雜，磨粒在砂輪表面上的分布是隨機(jī)的，高低不一，也很不規(guī)則。 磨削速度高，且磨粒大多數(shù)為負(fù)前角，單位切削力很大，所以切削溫度很高（150016000C），超過了相變溫度，因此產(chǎn)生了比切削加工大得多的塑性變形。 被加工表面是由無數(shù)個(gè)高低不等的磨粒滑擦、刻劃和切削而成的，因而衡量表面粗糙度的依據(jù)是單位時(shí)間內(nèi)通過單位磨削面積的磨粒數(shù)多少（即刻痕數(shù)多少）、刻痕的深淺以及刻痕的均勻性。,93,影響磨削表面粗糙度的因素是：,1砂輪方面,（1）砂輪的磨粒,磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等高性越好，則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗糙度值就越小。但磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若導(dǎo)熱情況不好，還會(huì)燒傷工件表面。,（2）砂輪粒度與硬度,砂輪的硬度是指磨削時(shí)磨粒受力后從砂輪上自行脫落的難易程度（即砂輪的自礪性）。,94,（3）砂輪的組織,砂輪太軟，磨粒太容易脫落，不易保證砂輪修整后的形狀精度，使粗糙度增加；如果太硬，磨鈍了的磨粒就不容易脫落，切削作用減小而擠壓、摩擦及塑性變形增加，表面粗糙度增大，同時(shí)還容易燒傷。,組織細(xì)密的砂輪，磨粒在砂輪組織（磨粒、粘結(jié)劑、空隙）中占的比例大，單位時(shí)間內(nèi)通過單位磨削面積的磨粒數(shù)多，而獲得較低的表面粗糙度。但砂輪的組織若過于緊密，空隙太小，則容易堵塞砂輪，使加工表面產(chǎn)生燒傷。,95,不同的磨粒，其鋒利程度、硬度不同。砂輪磨粒材料種類很多，可分為三大系，即： 氧化物系（剛玉類） 碳化物系（碳化硅、碳化硼等） 高硬磨粒系,（4）砂輪的修整,砂輪磨鈍后，必須進(jìn)行仔細(xì)地修整，修整質(zhì)量對(duì)磨削表面的粗糙度有很大的影響。用金剛石筆修整砂輪相當(dāng)于在砂輪工作表面上車出一道螺紋，其導(dǎo)程和切深越小，修整出的砂輪就越光滑，磨削刃的等高性越好，因而磨出的工件表面粗糙度就越小。,（5）磨粒的材料,96,一般磨削鋼類件用剛玉類，磨削鑄鐵、硬質(zhì)合金用碳化物類磨料，可獲得較好的效果。 金剛石、立方氮化硼類的高硬磨粒砂輪，可獲粗糙度很低的表面。其中立方氮化硼，雖然其硬度較金剛石低（金剛石硬度為HV10000，立方氮化硼為HV80009000）,但其耐熱性（1400oC）比金剛石（800oC）高，且對(duì)鐵元素的化學(xué)惰性高，磨削鋼類件可獲得很低的表面粗糙度。,97,三、機(jī)械加工后工件表面層物理機(jī)械性能的變化,1. 表面層的冷作硬化,(1) 加工硬化（或冷作硬化）定義 機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，又稱冷作硬化和強(qiáng)化,(2) 衡量表面層加工硬化的指標(biāo) 表面層的顯微硬度HR； 硬化層深度h； 硬化程度N,HR0：工件原表面層的顯微硬度,98,（1）表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理 當(dāng)切削及磨削過程中加工表面相對(duì)于基體材料發(fā)生形狀、體積變化或金相組織變化時(shí)，在加工后表面層中將殘留有應(yīng)力，應(yīng)力大小隨深度而變化，其最外層的應(yīng)力和表面層與基體材料交界處（以下簡稱里層）的應(yīng)力符號(hào)相反，并相互平衡。 表面層組織發(fā)生變化時(shí)，在表面層及其與基體材料的交界處會(huì)產(chǎn)生互相平衡的彈性力。這種應(yīng)力即為表面層的殘余應(yīng)力。,2. 表面層殘余應(yīng)力,99,（2）冷塑性變形的影響 在切削加工過程中，工件表面層受切削力的作用，金屬晶體發(fā)生塑性變形、位錯(cuò)、空位等缺陷大為增加，使晶格中的一部分原子偏離其平衡位置造成了晶格的畸變，破壞了原來晶格中原子最緊密的排列，導(dǎo)致金屬密度下降，體積增大。由于表層受切削力的作用，表層產(chǎn)生拉應(yīng)力。但里層處于彈性變形狀態(tài)下。,100,（2）冷塑性變形的影響 當(dāng)切削加工完成后，切削力已去除，里層金屬趨向復(fù)原（彈性恢復(fù)），但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層限制，回復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層則為拉應(yīng)力與之相平衡,101,（3）熱塑性變形的影響 表面層在切削熱的作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體溫度較低，因此表面熱膨脹受到基體的限制而產(chǎn)生熱壓縮應(yīng)力。當(dāng)表面層的溫度超過材料的彈性變形的溫度范圍時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱塑性變形（在壓力作用下材料相對(duì)縮短）。當(dāng)切削過程結(jié)束，溫度下降至與基體溫度一致時(shí)，因?yàn)楸砻鎸右旬a(chǎn)生熱塑性變形，但受到基體的限制產(chǎn)生拉應(yīng)力，里層則為殘余壓應(yīng)力。,距表層深度,102,（4）金相組織變化的影響 切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)引起表面層的相變。由于不同的金相組織有不同的比重，表面層金相組織變化的結(jié)果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時(shí)，因?yàn)槭艿交w的限制，產(chǎn)生壓應(yīng)力；反之表面層體積縮小，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。各種金相組織中，馬氏體比重最小，奧氏體比重最大。,103,磨削淬火鋼時(shí)若表面產(chǎn)生回火現(xiàn)象，馬氏體轉(zhuǎn)變成索氏體或屈氏體（這兩者組織均為擴(kuò)散程度很高的珠光體），因體積縮小，表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。若表面層產(chǎn)生二次淬火現(xiàn)象，則表面層產(chǎn)生二次淬火馬氏體，其體積比里層的回火組織大，因而表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力,104,切削加工中由于切削熱的作用，加工表面層會(huì)產(chǎn)生金相組織的變化。特別是磨削加工，由于磨削速度高，大部分磨粒帶有很大的負(fù)前角，磨粒除了切削作用外，很大程度是在刮擦擠壓工件表面，因而產(chǎn)生的磨削熱比切削加工大得多。 磨削時(shí)約有70%以上的熱量瞬時(shí)進(jìn)入工件，只有小部分通過切屑、砂輪、冷卻液、大氣帶走，致使磨削時(shí)工件表面層溫度很高，表面層的金相組織產(chǎn)生更為復(fù)雜的變化，表面層的硬度也相應(yīng)產(chǎn)生變化，直接影響零件的使用性能。,3. 加工表面的金相組織的變化,105,（1）磨削燒傷 當(dāng)被磨削工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí)，表層金屬發(fā)生金相組織的變化，使表層金屬強(qiáng)度、硬度降低，并伴隨有殘余力產(chǎn)生，甚至出現(xiàn)微觀裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。 在磨削熱的作用下，磨削表面生成氧化膜，這種氧化膜由于厚度不同，其反射光線的干涉狀態(tài)不同，因而形成不同的顏色（表面層呈現(xiàn)黃、褐、紫、青等色），它反映了表面層金相組織變化的程度。,106,（2）磨削燒傷三種形式,淬火燒傷,磨削時(shí)工件表面溫度超過相變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在冷卻液作用下，工件最外層金屬會(huì)出現(xiàn)二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但很薄，其下為硬度較低的回火索氏體和屈氏體。由于二次淬火層極薄，表面層總的硬度是降低的，這種現(xiàn)象稱為淬火燒傷。,磨削淬火鋼時(shí)，若表面層產(chǎn)生二次淬火現(xiàn)象，則表面層產(chǎn)生二次淬火馬氏體，其體積比里層的回火組織大，因而表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生拉應(yīng)力。,0,-,距表層 深度,+,107,回火燒傷,磨削時(shí)，如果工件表面層溫度只是超過原來的回火溫度，則表層原來的回火馬氏體組織將產(chǎn)生回火現(xiàn)象而轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火組織（索氏體或屈氏體），這種現(xiàn)象稱為回火燒傷。,磨削淬火鋼時(shí)若表面產(chǎn)生回火現(xiàn)象，馬氏體轉(zhuǎn)變成索氏體或屈氏體（這兩者組織均為擴(kuò)散程度很高的珠光體），因體積縮小，表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。,108,退火燒傷,磨削時(shí)，當(dāng)工件表面層溫度超過相變臨界溫度Ac3時(shí)，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。若此時(shí)無冷卻液，表層金屬空冷冷卻比較緩慢而形成退火組織。硬度和強(qiáng)度均大幅度下降。這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。,磨削熱是造成磨削燒傷的根源，故減輕磨削熱損傷的途徑是：一是盡量減少磨削熱的產(chǎn)生；二是改善冷卻條件，盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。具體措施有：,（3）減輕磨削熱損傷的途徑,109,合理地選擇砂輪,一般選擇的砂輪應(yīng)使在磨削過程中具有自銳能力，同時(shí)磨削時(shí)砂輪應(yīng)不致產(chǎn)生粘屑現(xiàn)象。,不同磨料的砂輪在磨削不同材料的工件時(shí)，有它一定的適用范圍。 例如： 氧化鋁砂輪磨削低合金鋼、鎳鋼時(shí)不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，磨損也小，而用碳化硅砂輪磨削這些材料時(shí)，則產(chǎn)生較大的化學(xué)反應(yīng)，磨損也大。但在磨削鑄鐵時(shí)，相對(duì)來講碳化硅的耐磨性要優(yōu)于氧化鋁。,110,合理地選擇砂輪,人造金剛石由于硬度和強(qiáng)度都極高，刀刃鋒利，所以磨削力小，用于磨削硬質(zhì)合金時(shí)不容易產(chǎn)生裂紋，但不適用于磨削鋼件。 立方氮化硼磨料（CBN）的硬度和強(qiáng)度稍低于金剛石，但其熱穩(wěn)定性好，且與鐵族元素的化學(xué)惰性高，所以磨削鋼件時(shí)不粘屑，磨削熱也低，磨出的表面質(zhì)量也高。 砂輪的粘結(jié)劑也會(huì)影響加工表面質(zhì)量。精磨時(shí)，采用橡膠粘結(jié)劑的砂輪可以防止表面燒傷，因?yàn)檫@種粘結(jié)劑具有一定的彈性，當(dāng)磨粒受到過大切削力時(shí)會(huì)自動(dòng)退讓，減小磨削深度。,111,改善冷卻條件,充分地冷卻，可把大量的熱帶走，是降低磨削溫度的有效措施。,工件,冷卻潤滑液,擋板,氣流,砂輪,噴嘴,a. 帶空氣擋板的噴嘴,在冷卻潤滑液噴嘴的上方安裝空氣擋板，將氣流擋出磨削區(qū)，減輕砂輪圓周表面附著的高壓氣流作用，使冷卻潤滑液易于進(jìn)入磨削區(qū)。,112,b. 內(nèi)冷卻 潤滑法,1錐形蓋 2通道孔 3砂輪中心孔 4有徑向小孔的薄壁套,113,c. 采用開槽砂輪,114,正確選用磨削用量 磨削用量的選用應(yīng)在保證表面層質(zhì)量的前提下盡量不影響生產(chǎn)效率和表面粗糙度。降低砂輪速度能減少表面層的熱損傷，但因?yàn)榻档蜕拜喫俣葧?huì)影響生產(chǎn)效率，故一般不常采用。若在提高砂輪速度的同時(shí)提高工件速度，可以避免燒傷。,115,35 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響,一、表面質(zhì)量對(duì)工件耐磨性影響 二、表面質(zhì)量對(duì)工件疲勞強(qiáng)度影響 三、表面質(zhì)量對(duì)工件耐腐蝕性影響 四、表面質(zhì)量對(duì)工件工作精度影響 五、表面質(zhì)量對(duì)工件配合質(zhì)量影響,116,一 . 表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響,1. 表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響 一對(duì)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段只是在表面粗糙度的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的峰部，有非常大的單位壓力，使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴(yán)重磨損。,零件磨損的特點(diǎn): 零件磨損一般可分為三個(gè)階段，圖中、和三個(gè)區(qū)域分別表示了這三個(gè)階段。,117,磨損量,工作 時(shí)間,初期磨損階段 正常磨損階段 劇烈磨損階段,：磨損快、時(shí)間較短。,：隨著表面粗糙度峰部不斷被碾平和被剪切，實(shí)際接觸面積不斷加大，單位壓力也逐漸減小，摩擦副即進(jìn)入正常磨損階段。正常磨損階段經(jīng)歷的時(shí)間較長。,：隨著表面粗糙度的峰部不斷被碾平和被剪切，接觸面積越大，零件間的金屬分子親和力增大，表面間機(jī)械咬合作用增大，磨損急劇增加。區(qū)是劇烈磨損區(qū)，此時(shí)摩擦副不能正常工作。,118,表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說來，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，潤滑油不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的表面粗糙度有一個(gè)最佳值一般由試驗(yàn)確定。,平均磨損量，%,表面粗糙度,發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷最合適的表面粗糙度值,119,2 . 表面加工紋理方向的影響, 在壓強(qiáng)不大、充分潤滑的條件下，當(dāng)兩摩擦面的加工紋理方向都與摩擦運(yùn)動(dòng)方向平行時(shí)，磨損量最小。 當(dāng)兩摩擦面的加工紋理方向都與摩擦運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，磨損量最大。, 當(dāng)壓強(qiáng)增加時(shí)，若加工紋理方向都與摩擦運(yùn)動(dòng)方向平行，則磨損量就大；當(dāng)加工紋理方向相互垂直時(shí)，咬合的危險(xiǎn)性小，因而磨損量就小。 。,發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸在充分潤滑的條件下工作，故軸頸與軸瓦的加工紋理方向都應(yīng)平行于摩擦運(yùn)動(dòng)的方向。,120,3 . 表面冷作硬化對(duì)零件耐磨性的影響,加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面層金屬的顯微硬度提高，減少了摩擦副接觸處的彈性和塑性變形，故一般可使耐磨性提高。,但也不是冷作硬化程度越高耐磨性也越高，這是因?yàn)檫^分的冷作硬化將引起金屬組織過度疏松，甚至出現(xiàn)裂紋和表層金屬的剝落，使耐磨性下降。,磨損量,HB,320,340,360,380,400,420,440,50,60,70,80,90,121,二. 表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 金屬受交變載荷作用后產(chǎn)生的疲勞破壞往往發(fā)生在零件表面或表面冷硬層下面，因此零件的表面質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度影響較大。 1 . 表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越大，表面的裂紋越深，紋底半徑越小，抗疲勞破壞的能力越差。零件上易產(chǎn)生應(yīng)力集中的溝槽、圓角等處的表面粗糙度，對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響更大。,122,2 . 殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響較大。表面殘余拉應(yīng)力將使疲勞裂紋擴(kuò)大，加速疲勞破壞；而表面殘余壓應(yīng)力能夠阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，延緩疲勞破壞的發(fā)生，有利于提高疲勞強(qiáng)度。 3 . 冷作硬化對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面冷作硬化一般伴有殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生，可以防止裂紋產(chǎn)生并阻止已有裂紋的擴(kuò)展，對(duì)提高疲勞強(qiáng)度有利。但表面冷作硬化過高時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較大的脆性裂紋，從而降低疲勞強(qiáng)度。,123,4. 提高零件疲勞強(qiáng)度的加工方法,（1） 噴丸強(qiáng)化 噴丸強(qiáng)化是利用大量快速運(yùn)動(dòng)的珠丸打擊被加工工件表面，使工件表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 珠丸可以是鑄鐵的，也可以是切成小段的鋼絲（使用一段時(shí)間后，自然變成球狀）。噴丸強(qiáng)化主要用于強(qiáng)化形狀復(fù)雜或不宜用其它方法強(qiáng)化的工件，如板彈簧、螺旋彈簧、連桿、齒輪、焊縫等。經(jīng)噴丸加工后的表面，硬化層深度可達(dá)0.7mm，零件表面粗糙度值可由52.5m 減小到0.630.32m （Ra），可幾倍甚至幾十倍地提高零件的使用壽命。,124,滾壓加工原理,（2）滾壓加工 滾壓加工是利用經(jīng)過淬火和精細(xì)研磨過的滾輪或滾珠，在常溫狀態(tài)下對(duì)金屬表面進(jìn)行擠壓，使受壓點(diǎn)產(chǎn)生彈性和塑性變形，表層的凸起部分向下壓，凹下部分向上擠，逐漸將前工序留下的波峰壓平，降低了表面粗糙度；同時(shí)它還能使工件表面產(chǎn)生硬化層和殘余壓應(yīng)力。因此提高了零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度。,125,單滾柱滾壓,滾壓加工可以加工外圓、孔、平面及成型表面，通常在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床或自動(dòng)車床上進(jìn)行。,126,三. 表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響,1 . 表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)（氣體或液體等）就越多，并且通過凹谷向內(nèi)部滲透，凹谷越深、越尖銳，以及表面存在表面裂紋時(shí)，這種腐蝕作用就越強(qiáng)，抗蝕性越差。 2 . 冷作硬化、殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面一定程度的冷作硬化和殘余壓應(yīng)力，會(huì)提高零件的耐腐蝕性。當(dāng)表面硬化嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微觀裂紋，從而加速腐蝕作用。表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)開裂，降低零件的耐蝕性。,127,四. 表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響 表面粗糙度小的表面，摩擦系數(shù)小，使動(dòng)配合表面運(yùn)動(dòng)的靈活性提高，工作表面的接觸剛度也高，故可提高零件工作精度，減少發(fā)熱和功率損失。表面層的殘余應(yīng)力，會(huì)使零件在使用過程中繼續(xù)變形，失去原有的精度，甚至導(dǎo)致表面出現(xiàn)疲勞裂紋。因此，表面層存在過大的殘余應(yīng)力，會(huì)使零件的工作精度下降。 五. 表面質(zhì)量對(duì)零件配合性質(zhì)的影響 1. 對(duì)于間隙配合，工作表面越粗糙，磨損越大，使配合間隙很快增大，從而改變?cè)械呐浜闲再|(zhì)，降低配合精度。對(duì)于液壓、氣動(dòng)元件，還會(huì)造成泄露量增大； 2 . 對(duì)于過盈配合，由于在軸壓入孔時(shí)，表面粗糙度的部分凸峰被擠平，而使過盈量減小，降低了連接強(qiáng)度，影響配合的可靠性。因此，具有配合精度要求的表面，需具有較小的表面粗糙度。,128,本章小結(jié),一、 機(jī)械加工精度的概念 理想零件、加工精度、加工誤差 二、影響加工精度的因素及其分析,原始誤差是因，加工誤差是果,129,三、單因素分析法,1.原理誤差,2. 機(jī)床誤差,導(dǎo)軌誤差,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差 導(dǎo)軌扭曲,3. 調(diào)整誤差,4. 工藝系統(tǒng)的受力變形,工藝系統(tǒng)的剛度 對(duì)加工精度的影響,切削力作用點(diǎn)位置的 變化對(duì)加工精度的影響,復(fù)映誤差,傳動(dòng)力、慣性 力、夾緊力等,130,5.工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差 （1）熱源 （2）機(jī)床熱變形 （3）工件熱變形,6.工件殘余應(yīng)力引起的加工誤差,四、加工誤差綜合分析,加工誤差,系統(tǒng)性誤差,常值系統(tǒng)性誤差,變值系統(tǒng)性誤差,隨機(jī)性誤差,分布曲線法,點(diǎn)圖法,分析方法,131,五、 表面質(zhì)量的含義,表面質(zhì)量包含： 1. 表面粗糙度 2. 波度 3. 加工表面層材料的物理力學(xué)性能,（1）表面層材料的塑性變形與冷作硬化 （2）金相組織的變化 （3）表面層材料殘余應(yīng)力,六、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響,1.表面粗糙度 2.表面層材料的塑性變形 與冷作硬化 3.金相組織的變化 4.表面層材料殘余應(yīng)力,1.耐磨性 2.疲勞強(qiáng)度 3.耐腐蝕性 4.工作精度 5.配合質(zhì)量,表面質(zhì)量,使用性能,132,七、表面粗糙度,1. 切削加工表面粗糙度,幾何因素 物理因素,2. 磨削加工表面粗糙度,八、機(jī)械加工后表面物理機(jī)械性能的變化,1.表面層的冷作硬化,2.表面層的金相組織變化（磨削加工磨削燒傷）,3.殘余應(yīng)力,刀具的幾何參 數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù),塑性變形 積屑瘤 鱗刺 工藝系統(tǒng)振動(dòng),砂輪粒度 砂輪硬度 砂輪組織 砂輪材料 砂輪修整,133,思考題,一、試分別說明下列加工條件對(duì)加工精度的影響有何不同？ （a）刀具連續(xù)切削和斷續(xù)切削 （b）加工時(shí)工件均勻受熱與不均勻受熱 （c）機(jī)床熱平衡前和熱平衡后,問：車削工件外圓后出現(xiàn)如圖 (b)、(c)、(d)的形狀誤差，