1、學習情境一 砂輪架主軸加工工藝方案制訂與實施 砂輪主軸的檢測與評估（二）-軸類零件的表面質量一、布置工作任務，明確要求二、軸類零件的表面質量經機械加工的表面，雖然看起來很光亮，但實際上都存在著不同程度的凹凸不平和內部組織破壞缺陷層。這個缺陷層雖然很薄，但它對零件的使用性能的影響卻很大。據統計，約有80%機器零件失效是由表面質量引起的。1.表面質量的含義（1）表面粗糙度和波度表面粗糙度是衡量表面微觀不平的指標，國家標準規定用“表面微觀的算術平均偏差Ra”或“微觀不平度的平均高度Rz”來衡量。表面波度則是界于表面粗糙度和形狀誤差之間的一種幾何誤差，主要由機械振動引起，目前還沒有國家標準。（2）表面

2、層物理力學性能工件表面層內部組織遭到破壞的外在表現就是物理力學性能的改變，具體表現在：1）表面層冷作硬化表層的顯微硬度高于母體。2）表面層殘余應力加工后，表層中殘留的壓應力或拉應力。3）表面層金相組織變化表層的金相組織與基體不同。2.表面質量對產品使用性能的影響（1）表面粗糙度1）對工作精度的影響 表面粗糙度的影響主要是使實際接觸面積減小。對于配合表面來說，表面粗糙度將影響其實際配合性質：對于間隙配合，表面太粗將使零件的初期磨損太大太快，使實際配合間隙過大；對于過盈配合，太粗的表面在裝配過程中其凸峰將被擠壓倒塌，使實際過盈量不足，影響聯接強度。對于相互接觸的兩零件，表面粗糙將使接觸變形增大，接

3、觸剛度降低。2）對機器使用壽命的影響 機器的壽命與其耐磨性和抗疲勞性有關。m。對于受交變載荷作用的零件，粗糙表面的尖峰、深谷很容易引起應力集中，使零件產生疲勞裂紋。因此，受交變載荷作用的零件，尤其是其上具有應力集中傾向的表面的粗糙度應細些。此外，在腐蝕環境中工作的零件，粗糙的表面也會因其易于儲藏腐蝕液體而使零件的耐腐蝕性下降。（2）表面冷作硬化適當的冷作硬化使表面硬度提高，從而提高零件的耐磨性，但冷作硬化太過將使表層組織過度疏松，受力后容易產生裂紋甚至是成片剝落。因此也有一個最佳冷硬值。此外，冷作硬化還具有防止疲勞裂紋產生和阻止其擴大的作用，因而可提高零件的疲勞強度，但卻會使零件的抗腐蝕能力降

4、低。（3）表面殘余應力殘余應力又有壓應力和拉應力之分，其中拉應力會加速疲勞裂紋擴大，而壓應力則正好相反。因此適當的壓應力可提高零件的疲勞強度，拉應力則反之。此外，殘余應力將影響零件精度的穩定性，使零件在使用過程中逐步變形而喪失精度。（4）表面金相組織的變化表面金相組織的變化將使零件表面原有的力學性能改變，如強度、硬度降低，出現內應力等，從而影響零件的耐磨性和疲勞強度。3.影響表面質量的因素及其控制措施（1）影響表面粗糙度的因素及其控制措施1）切削加工 在切削加工過程中，由于受刀尖幾何形狀和進給運動的影響，刀具并沒有把應切削的金屬層全部切掉，而是在切過的表面上殘留了一小部分金屬，稱為殘留面積。若

5、只考慮幾何的因素，該殘留面積的高度就是表面粗糙度。此外，切削過程中工件加工面受到了刀具刃口鈍圓的擠壓和后刀面、副后刀面的摩擦而產生塑性變形，將殘留面積擠歪、或使溝紋加深；中速切削塑性金屬時積屑瘤周期性地生成、長大、脫落；低速切削塑性金屬時產生的鱗刺等因素均會在工件表面上留下深淺不一、凹凸不平的切痕，使工件表面粗糙。從以上分析中歸納出控制切削表面粗糙度的措施有：合理選擇切削用量，合理選擇刀具角度，改善工件材料的切削性能，正確選擇切削液。2）磨削加工 磨削過程比切削復雜得多。磨削時起作用的是砂輪上的砂粒，而砂粒在砂輪表面上分布的高度不太一致；與刀具相比，砂粒顯得較鈍，相當是負前角切削；且磨削時背吃

6、刀量很小。因此磨削的過程是滑擦、刻劃和切削共同作用的過程。控制磨削表面粗糙度的措施有：合理選擇和修整砂輪，合理選擇磨削用量。此外，冷卻潤滑液的成分、潔凈程度，工藝系統的抗振性等也是影響磨削表面粗糙度的不可忽視的因素。 （2）影響表面物理力學性能的因素及其控制1）表面冷作硬化 機械加工中，由于切削力的作用，使被加工表面產生強烈的塑性變形，晶格嚴重扭曲、晶格被拉長和纖維化，引起材料的強化，其強度和硬度均有所提高，這種現象就稱為冷作硬化。冷作硬化的程度取決于使加工表面產生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。力越大、硬化程度越大；變形速度快，塑性變形不充分，硬化程度就??；溫度升高將使硬化程度減小。2

7、）表面殘余應力 機械加工中產生的殘余應力主要集中在工件表面。引起表面殘余應力的主要原因有：冷塑性變形的影響、熱塑性變形的影響及金相組織變化的影響。3）表面層金相組織變化 造成金相組織變化的主要因素是溫度。一般磨削時產生的熱量有60%80%傳給工件，造成工件表面溫度較高，嚴重時引起金相組織變化。這種現象稱為磨削燒傷。燒傷嚴重時，工件表面會出現黃、褐、紫、青等燒傷色。但表面沒有燒傷色并不表明工件一定沒有燒傷，也許燒傷色被后面的光磨磨掉了。工件表層燒傷后容易產生拉應力，若拉應力過大，就會產生裂紋。有些裂紋肉眼看不見，需要借助磁力探傷、超聲波探傷等探傷儀器來檢查。4.機械加工中的振動加工過程中若發生振

8、動，將造成工件表面波度，影響表面質量；主軸軸承、刀具嚴重磨損甚至打刀；產生噪聲，污染環境和影響生產率。因此必須設法避免、減小或消除振動。機械加工中的振動主要是受迫振動和自激振動兩類。振動的類型不同，其產生原因也不同，因而控制措施也不完全一樣。（1）受迫振動1）受迫振動產生的原因 外界周期性的干擾力是引起受迫振動的根源，而周期性的干擾力的來源有以下幾方面：回轉件的不平衡：砂輪、齒輪、帶輪、電動機的轉子、偏心夾具、偏心工件等回轉件若不平衡就會造成離心慣性力，該力的方向隨回轉件的旋轉不斷改變，作用在工藝系統上就是周期性的干擾力。傳動件的制造缺陷：如齒輪的制造、安裝精度不高，傳動時產生沖擊、滾動軸承間

9、隙過大、滾動體尺寸不均勻、平皮帶的接頭、三角帶的厚度不均勻、往復運動換向時的沖擊、液壓系統的壓力脈動等。斷續切削：被加工表面不連續（如花鍵軸）、銑削、刨削等加工時刀齒的切入切出、砂輪硬度不均、磨損不均等都會造成切削力周期性變化。從地基傳來的外部振源：機床附近有鍛壓設備、通道運輸設備等，這些設備引起的振動通過地基傳入本機床。2）減小或消除受迫振動的途徑排除振源。分析干擾力的來源，設法加以排除。如對高速回轉件仔細平衡、提高傳動件的制造、安裝精度、及時修整砂輪等；隔振。隔振有三層含義，一是隔開外部振源，保護本機，如在機床周圍挖防振溝、用厚橡皮將機床與地基隔離；二是將產生振動的設備隔離起來，防止振動傳入地基；三是將本機的振源隔離出去，如將電動機、油泵等動力源移出機床外，用彈性聯軸器、軟管等與機床聯接。避開共振區。當振源無法消除和隔離時，可改變干擾力的頻率（如斷續切削時改變主軸轉速、改變銑刀刀齒數）、改變系統固有頻率（如增加系統質量）來避開共振區；提高系統抗振性?？赏ㄟ^提高工藝系統剛度、增加阻尼（如適當減小某處間隙、加裝阻尼器）等辦法來提高系統的抗振性。（2）自激振動自激振動是在沒有外界周期性干擾力作用的情況下自己產生的振動。一般情況下，偶然因素引