磨加工表面质量

现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第1章磨削加工技术概论CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity现代磨削技术•湖南大学机械与运载工程学院现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第1章磨削加工技术概论CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity第６章磨削加工表面质量现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量第六章磨削加工表面质量6.1磨削加工表面质量的含义及其对使用性能的影响6.2磨削表面纹理6.3磨削表面层物理力学性能6.4磨削表面完整性参数综合影响及改善措施6.5磨削加工中的振动现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.1磨削加工表面质量的含义及其对使用性能的影响机械加工方法导致工件存在问题微观不平度加工中冷作硬化表层残留应力金相组织变化现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量现代磨削技术的发展趋势高精度低表面粗糙度值低残余应力低硬化层实现零件现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.1.1表面质量的含义表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。磨削表面质量指标表面纹理指标表面层物理力学性能指标表面粗糙度波度纹理方向表面瑕疵表面层硬度表面层组织表面层残余应力现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.1.2磨削表面粗糙度与磨削加工精度的关系零件的精度零件的表面粗糙度一定的精度应有相应的表面粗糙度，即一定的尺寸公差要有相应的表面粗糙度。一般情况下，对尺寸要进行有效控制，表面粗糙度Ra值应不超过尺寸公差的1/8。现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量1.对零件的耐磨性的影响现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量2.对零件的耐疲劳性影响现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量3.对零件的耐腐蚀性影响现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量4.对零件的其它影响现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.1.3表面质量对零件使用性能的影响零件表面层状态对其使用性能主要是因为：1.承受载荷应力的最大表面层是金属的边界，机械加工后破坏了晶粒的完整性，从而降低了表面的某些机械性能。2.表面层有裂纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下，可能引起应力集中而导致破坏。3.零件表面进行加工后，表面层的物理、机械、冶金和化学性能都变得和基体材料不同了。现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.2磨削表面纹理6.2.1磨削表面的创成机理根据磨削表面沟痕的构成来考察表面粗糙度的创成机理。从磨削表面上方观察，众多的切削沟痕的棱线和磨削方向倾斜角。其中，—磨粒切削刃圆弧半径Rs—砂轮半径S—沿磨削方向上切削沟痕的间隔磨削表面上的切削沟痕s2R现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.2.1磨削表面的创成机理砂轮的速度为Vs，工件的速度为Vw,砂轮工作表面每单位面积上切削刃数为Ce,则切削沟痕的长度和宽度可由几何关系求得：其中菱形切削沟痕模型的深度h为：磨粒切削微刃都在同一高度情况磨削表面创成后，可以以切削沟痕深度h为基础，能够确定磨削表面最大粗糙度值。但实际上切削刃高度不在同一高度上，其磨削表面的创成生成切削沟痕深度h的变化大，从而使得表面粗糙度值增大。现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.2.2磨削表面粗糙度的理论分析1.以磨粒切削刃路径几何学为基础的理论外圆切入磨削表面理论粗糙度的最大值的理论公式为：第一项为沿磨削方向上的粗糙度第二项为垂直于磨削方向断面中的粗糙度现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量2.以菱形切削沟模型为基础的理论公式实际磨削粗糙度高度处于hmin-hmax范围内。现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.2.3影响磨削加工表面粗糙度的因素现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.2.4磨削加工表面粗糙度的经验公式磨削条件与表面粗糙度Ra值间的经验公式：式中，——与被磨材料物理力学性能有关的参数——与砂轮粒度有关的系数——与无火花磨削次数有关的系数——与磨削液有关的系数123axypRwpaazqnsssCvafKKKRvdBaRC1K2K3K现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.3磨削表面层物理力学性能6.3.1磨削表面加工硬化层的产生1.加工硬化的产生及其指标工件材料磨削表面磨削力磨削热加工硬化(或称强化)表面硬度提高，塑性降低使塑性变形产生恢复和再结晶失去加工硬化——软化现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量衡量加工硬化的指标：表面层显微硬度——HV硬化层深度——h（mm）硬化程度——N其中：N=（HV-HV0)/HV0式中的HV0为金属原来的显微硬度现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量2.磨削加工表面层加工硬化的影响因素加工硬化的影响因素磨削径向力磨削温度磨削力愈大，塑性变形大，硬化程度愈大，硬化层深度也愈大磨削温度愈高，软化作用增大，使冷硬作用减少，硬化深度和程度都减少现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量3.加工硬化层深度测量方法金相法测量显微硬度法X光法激光全息摄影法现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.3.2磨削表面金相组织变化——磨削烧伤1.磨削烧伤的产生与实质负前角的磨粒在高速磨削的条件下很高的磨削温度，工件表层的金相组织产生变化工件表面呈现氧化膜的颜色磨削烧伤实质现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.3.2磨削表面金相组织变化——磨削烧伤磨削淬火钢时表面层产生的烧伤有以下几种：磨削烧伤的分类回火烧伤淬火烧伤退火烧伤磨削区温度超过了马氏体转变温度而未超过相变温度，则马氏体回火组织（索氏体或者屈氏体）。磨削区的温度超过了相变温度,马氏体奥氏体，又由于冷却液的急冷作用，表层会出现二次淬火马氏体干磨削时，磨削区温度超过了相变温度，马氏体奥氏体，因工件冷却缓慢工件表层被退火现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量•暗层组织由回火屈氏体、回火马氏体组成，其中靠近白层处为回火屈氏体并含少量的黑色团状索氏体马氏体二次淬火马氏体索氏体现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量2.影响磨削烧伤的工艺因素磨削温度高磨削烧伤（工艺因素）磨削用量加工材料砂轮参数磨削液工件表面层的温度ta可表示为：0.20.350.30.25awpstCvafv耐热钢、不锈钢和轴承钢等传热性能差的材料，磨削时易产生烧伤软砂轮和粗砂轮可以减轻烧伤磨削充分冷却有利于防止烧伤和裂纹现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量3.表面层磨削烧伤的测定磨削表面烧伤后，工件表面呈现氧化膜，随着温度的变化，氧化膜呈现黄色、褐色、紫色、青色及灰色。常用的测量表面磨削烧伤的方法有：氧化膜颜色法显微硬度法金相组织法酸洗法氧化膜颜色和膜厚数值的大小来判断磨削烧伤现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量•回火处理的AISID2钢磨削加工＝二次回火空冷热处理•根据不同温度二次回火试样的氧化膜颜色近似估计磨削中所能达到的平均温度磨削表面与二次回火后试样表面的氧化膜颜色对比氧化膜颜色预测磨削区平均温度100°C200°C300°C400°C500°C600°C700°C800°C900°C不同二次回火温度时AISID2钢试样块表面氧化颜色60#氧化铝砂轮，磨削深度15μm，砂轮转速2000rev/min，工件进给速度0.06m/s磨削表面二次回火试样表面28现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.3.3表面层残余应力1.表面层残余应力的产生磨削加工时，残余应力是指在没有外力作用情况下,在物体内部保持平衡而存在的残余应力，有残余压应力与拉应力。残余应力的分类宏观残余应力晶粒范围内平衡的残余应力原始晶胞内平衡的残余应力它是整个工件内互相平衡的残余应力，由力、热作用产生塑性变形不均匀而引起，引起零件变形，产生裂纹。晶粒范围内平衡的残余应力,它只存在于多晶体金属中，是由于各晶粒变形程度不同而产生的，产生微观裂纹。在原始晶胞内平衡的残余应力，它是工件受到冷作硬化所产生的，产生微观裂纹。现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量2.表面残余应力的产生的原因表面残余应力的产生的原因冷态塑性变形热态塑性变形金相组织变化表面层受磨削力的作用热的作用•温度的作用不同的磨削方式现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量3.磨削裂纹及影响因素磨削加工中热态塑性变形和金相组织变化影响较大，故大多数磨削零件的表面层往往有残余拉应力。当残余拉应力超过材料的强度极限时，零件表面就会出现裂纹。热态塑性变形金相组织变化表面层易产生残余拉应力当残余拉应力超过材料的强度极限时磨削裂纹现代磨削技术CollegeofMechanical&VehicleEng,HunanUniversity——第六章磨削加工表面质量6.3.3表面层残余应力影响磨削裂纹产生的因素主要有