磨加工表面质量

1、现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第第1 1章章 磨削加工技术概论磨削加工技术概论College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University现代磨削技术现代磨削技术湖南大学湖南大学 机械与运载工程学院机械与运载工程学院现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第第1 1章章 磨削加工技术概论磨削加工技术概论College of Mechani

2、cal & Vehicle Eng, Hunan University第章磨削加工表面质量第章磨削加工表面质量现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.1 6.1 磨削加工表面质量的含义及其对使用性能的影响磨削加工表面质量的含义及其对使用性能的影响6.2 6.2 磨削表面纹理磨削表面纹理6.3 6.3 磨削表面层物理力学性能磨削表面层物理力学性能6.4 6.4 磨削表面完整性参数综合影响及改善措

3、施磨削表面完整性参数综合影响及改善措施6.5 6.5 磨削加工中的振动磨削加工中的振动现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.1 6.1 磨削加工表面质量的含义及其对使用性能的影响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机械加工方法导致工件存在问题件存在问题微观不平度微观不平度加工中冷作硬化加工中冷作硬化表层残留应力表层残留应力金相组织变化金相组织变化现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical &

4、 Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量现代磨削技术的发展现代磨削技术的发展趋势趋势高精度高精度低表面粗糙度值低表面粗糙度值低残余应力低残余应力低硬化层低硬化层实现零件实现零件现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.1.1 6.1.1 表面质量的含义表面质量的含义 表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。磨削表面磨削表面质量指标质量指标表面纹理

5、指标表面纹理指标表面层物理力学表面层物理力学性能指标性能指标表面粗糙度表面粗糙度波度波度纹理方向纹理方向表面瑕疵表面瑕疵表面层硬度表面层硬度表面层组织表面层组织表面层残余表面层残余应力应力现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.1.2 6.1.2 磨削表面粗糙度与磨削加工精度的关系磨削表面粗糙度与磨削加工精度的关系 零件的精度零件的精度零件的表面零件的表面粗糙度粗糙度 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一定的精度应有相应的表面粗

6、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，表面粗糙度糙度RaRa值应不超过尺寸公差的值应不超过尺寸公差的1/81/8。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量1.1.对零件的耐磨性的影响对零件的耐磨性的影响现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加

7、工表面质量磨削加工表面质量 2.2.对零件的耐疲劳性影响对零件的耐疲劳性影响现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量3.3.对零件的耐腐蚀性影响对零件的耐腐蚀性影响现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量4.4.对零件的其它影响对零件的其它影响现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical

8、& Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.1.3 6.1.3 表面质量对零件使用性能的影响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：零件表面层状态对其使用性能主要是因为： 1.1.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。坏了晶粒的完整性，从而降低了表面的某些机械性能。 2.2.表面层有裂纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下，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

9、起应力集中而导致破坏。可能引起应力集中而导致破坏。 3. 3.零件表面进行加工后，表面层的物理、机械、冶金和化学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。性能都变得和基体材料不同了。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.2 6.2 磨削表面纹理磨削表面纹理 6.2.1 6.2.1 磨削表面的创成机理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根据磨削表面沟痕的构成来考察表面粗糙度的创 成机理。

10、从磨削表面上方观察，众多的切削沟痕的棱线和磨成机理。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削方向倾斜 角。角。 其中，其中， 磨粒切削刃圆弧半径磨粒切削刃圆弧半径 Rs Rs 砂轮半径砂轮半径 S S 沿磨削方向上切削沟痕的间隔沿磨削方向上切削沟痕的间隔 磨削表面上的切削沟痕磨削表面上的切削沟痕s2R现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 6.2.1 6.2.1 磨削表面的创成机理磨削表面的创成机理 砂轮的速度为砂轮的速度为Vs s，

11、工件的速度为，工件的速度为Vw,w,砂轮工作表面每单位面积上切砂轮工作表面每单位面积上切削刃数为削刃数为Ce,Ce,则切削沟痕的长度和宽度可由几何关系求得：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其中菱形切削沟痕模型的深度h h为：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痕深度h h为基础，能够确定磨削表面最大粗糙度值。但实际上切削为基础，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

12、度h h的的变化大，从而使得表面粗糙度值增大。变化大，从而使得表面粗糙度值增大。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.2.2 6.2.2 磨削表面粗糙度的理论分析磨削表面粗糙度的理论分析 1.1.以磨粒切削刃路径几何学为基础的理论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：外圆切入磨削表面理论粗糙度的最大值的理论公式为：第一项为沿磨削第一项为沿磨削方向上的粗糙度方向上的粗糙度第二项为垂直于磨削第二项为垂直于

13、磨削方向断面中的粗糙度方向断面中的粗糙度现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量2 2. .以菱形切削沟模型为基础的理论公式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实际磨削粗糙度高度处于hmin-hmaxhmin-hmax范围内。范围内。 现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.2.3 6.

14、2.3 影响磨削加工表面粗糙度的因素影响磨削加工表面粗糙度的因素 现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.2.4 6.2.4 磨削加工表面粗糙度的经验公式磨削加工表面粗糙度的经验公式 磨削条件与表面粗糙度磨削条件与表面粗糙度RaRa值间的经验公式：值间的经验公式： 式中，式中， 与被磨材料物理力学性能有关的参数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砂轮粒度有关的系数 与无火花磨削次数有关的系数与无火花磨削次数有关的系数 与磨削液有

15、关的系数与磨削液有关的系数123axypRwpaazqnsssCv afK K KRv d BaRC1K2K3K现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.3 6.3 磨削表面层物理力学性能磨削表面层物理力学性能 6.3.1 6.3.1 磨削表面加工硬化层的产生磨削表面加工硬化层的产生 1.1.加工硬化的产生及其指标加工硬化的产生及其指标工件材料工件材料磨削表面磨削表面磨削力磨削力磨削热磨削热加工硬化加工硬化( (或称或称强化强化) )表面硬度提高，表

16、面硬度提高，塑性降低塑性降低使塑性变形产生使塑性变形产生恢复和再结晶恢复和再结晶失去加工硬化失去加工硬化软化软化现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 衡量加工硬化的指标：衡量加工硬化的指标： 表面层显微硬度表面层显微硬度 HV HV 硬化层深度硬化层深度 h h（mmmm） 硬化程度硬化程度 N N 其中：其中： N=N=（ HV- HVHV- HV0 0)/HV)/HV0 0 式中的式中的HVHV0 0为金属原来的显微硬度为金属原来的显微硬度现代

17、磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量2.2.磨削加工表面层加工硬化的影响因素磨削加工表面层加工硬化的影响因素加加工工硬硬化化的的影影响响因因素素磨削径向磨削径向力力磨削温度磨削温度磨削力愈大，塑性变形大，硬化程度愈磨削力愈大，塑性变形大，硬化程度愈大，硬化层深度也愈大大，硬化层深度也愈大磨削温度愈高，软化作用增大，使冷硬磨削温度愈高，软化作用增大，使冷硬作用减少，硬化深度和程度都减少作用减少，硬化深度和程度都减少现代磨削技术现代磨削技术College

18、of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 3.3.加工硬化层深度测量方法加工硬化层深度测量方法 金相法金相法 测量显微硬度法测量显微硬度法 X X光法光法 激光全息摄影法激光全息摄影法现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.3.2 6.3.2 磨削表面金相组织变化磨削表面金相组织变化磨削烧伤磨削烧伤 1.1.磨削烧伤的产生与实质磨削烧伤的产生与实

19、质 负前负前角的角的磨粒磨粒在高在高速磨速磨削的削的条件条件下下很高的磨削温度，工件表很高的磨削温度，工件表层的金相组织产生变化层的金相组织产生变化工件工件表面表面呈现呈现氧化氧化膜的膜的颜色颜色磨削磨削烧伤烧伤实质实质现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.3.2 6.3.2 磨削表面金相组织变化磨削表面金相组织变化磨削烧伤磨削烧伤 磨削淬火钢时表面层产生的烧伤有以下几种：磨削淬火钢时表面层产生的烧伤有以下几种：磨磨削削烧烧伤伤的的分分类类回火回

20、火烧伤烧伤淬火淬火烧伤烧伤退火退火烧伤烧伤磨削区温度超过了马氏体转变温度而未超过相磨削区温度超过了马氏体转变温度而未超过相变温度，则马氏体变温度，则马氏体 回火组织（索氏体或者回火组织（索氏体或者屈氏体）。屈氏体）。磨削区的温度超过了相变温度磨削区的温度超过了相变温度, ,马氏体马氏体 奥氏奥氏体，又由于冷却液的急冷作用，表层会出现二体，又由于冷却液的急冷作用，表层会出现二次淬火马氏体次淬火马氏体干磨削时，磨削区温度超过了相变温度，马氏干磨削时，磨削区温度超过了相变温度，马氏体体 奥氏体，因工件冷却缓慢工件表层被退火奥氏体，因工件冷却缓慢工件表层被退火现代磨削技术现代磨削技术College o

21、f Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量暗层组织由回火屈氏体、暗层组织由回火屈氏体、回火马氏体组成，其中靠回火马氏体组成，其中靠近白层处为回火屈氏体并近白层处为回火屈氏体并含少量的黑色团状索氏体含少量的黑色团状索氏体 马氏体马氏体二次淬火马二次淬火马氏体氏体索氏体索氏体现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量2.2.影响磨削烧伤的工艺因素影响磨削烧伤的

22、工艺因素磨磨削削温温度度高高磨削磨削烧伤烧伤（工（工艺因艺因素）素）磨削磨削用量用量 加工加工材料材料 砂轮砂轮参数参数 磨削磨削液液 工件表面层的温度工件表面层的温度 t ta a 可表示为：可表示为：0.20.350.30.25awpstCvafv 耐热钢、不锈钢和轴承钢等传热性耐热钢、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磨削充分冷却有利于防止烧伤和裂纹现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Huna

23、n University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 3. 3. 表面层磨削烧伤的测定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。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：常用的测量表面磨削烧伤的方法有： 氧化膜颜色法氧化膜颜色法 显微硬度法显微硬度法 金相组织法金相组织法 酸洗法酸洗法氧化膜颜色和膜氧化膜颜色和膜厚数值的大小厚数值的大小来判断来判断磨削烧伤磨削烧伤现代磨削技术现代磨削技术College of Mechani

24、cal & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量回火处理的回火处理的AISI D2钢磨削加工二次回火空冷热处理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根据不同温度二次回火试样的氧化膜颜色氧化膜颜色近似估计磨削中所能达到的平均温近似估计磨削中所能达到的平均温度度 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氧化膜颜色预测磨削区平均温度 不同二次回火温度时AISI D2钢试样块表面氧化颜色28现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehic

25、le Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.3.3 6.3.3 表面层残余应力表面层残余应力 1.1.表面层残余应力的产生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磨削加工时，残余应力是指在没有外力作用情况下, ,在物体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。内部保持平衡而存在的残余应力，有残余压应力与拉应力。残残余余应应力力的的分分类类宏观残余应力宏观残余应力晶粒范围内平衡的晶粒范围内平衡的残余应力残余应力原始晶胞内平衡的原始晶胞内平衡的残余应力残余应力它是整个工件内互相平衡的残余应力，它是整个工

26、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由力、热作用产生塑性变形不均匀而引起，起，引起零件变形，产生裂纹引起零件变形，产生裂纹。晶粒范围内平衡的残余应力晶粒范围内平衡的残余应力, ,它只存在它只存在于多晶体金属中，是由于各晶粒变形程于多晶体金属中，是由于各晶粒变形程度不同而产生的，度不同而产生的，产生微观裂纹。产生微观裂纹。在原始晶胞内平衡的残余应力，它是工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，件受到冷作硬化所产生的，产生微观裂产生微观裂纹。纹。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hun

27、an University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 2.2.表面残余应力的产生的原因表面残余应力的产生的原因 表面表面残余残余应力应力的产的产生的生的原因原因冷态塑性冷态塑性变形变形热态塑性热态塑性变形变形金相组织金相组织变化变化表面层受磨削表面层受磨削力的作用力的作用热的作用热的作用温度的作用温度的作用现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量3.3.磨削裂纹及影响因素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

28、大，故大多数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的强度极限时，零件表面就会出现裂纹。纹。热态塑热态塑性变形性变形金相组金相组织变化织变化表面层易产生残表面层易产生残余拉应力余拉应力当残余拉应力超过材当残余拉应力超过材料的强度极限时料的强度极限时磨削裂纹磨削裂纹现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质

29、量6.3.3 6.3.3 表面层残余应力表面层残余应力 影响磨削裂纹产生的因素主要有：影响磨削裂纹产生的因素主要有：磨磨削削裂裂纹纹磨削用量磨削用量被加工材料被加工材料热处理热处理提高工件速度，减少残余拉应力，消除烧伤与裂纹提高工件速度，减少残余拉应力，消除烧伤与裂纹降低砂轮速度可以得到残余压应力，消除烧伤、裂纹降低砂轮速度可以得到残余压应力，消除烧伤、裂纹渗碳钢和渗氮钢受温度影响易在晶界面析出脆性碳化渗碳钢和渗氮钢受温度影响易在晶界面析出脆性碳化物和氧化物，故在磨削时易出现网状裂纹物和氧化物，故在磨削时易出现网状裂纹磨削导热性能差的材料磨削导热性能差的材料( (如高强度合金钢、不锈钢等如高强

30、度合金钢、不锈钢等) )及及脆性大材料时，在磨削加工中表面易产生裂纹脆性大材料时，在磨削加工中表面易产生裂纹提高砂轮速度同时提高工件速度，得到好的表面质量提高砂轮速度同时提高工件速度，得到好的表面质量减少磨削深度，可以减少残余应力减少磨削深度，可以减少残余应力磨削淬火钢易产生裂纹磨削淬火钢易产生裂纹磨削碳钢时，钢中含碳量愈高，亦易产生裂纹磨削碳钢时，钢中含碳量愈高，亦易产生裂纹现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量4.4.改善磨削表层残余应力的措施：

31、改善磨削表层残余应力的措施： 无火花磨削无火花磨削对被磨表面进行滚光对被磨表面进行滚光加工加工使用珩磨工艺使用珩磨工艺低应力磨削，选择合低应力磨削，选择合适的磨削参数适的磨削参数可以可以很好很好地改地改善表善表层残层残余应余应力力现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 5 5. .残余应力及裂纹的测量残余应力及裂纹的测量 残余残余应力应力的测的测量方量方法法物理化学法物理化学法X X光法光法磁粉探伤法磁粉探伤法机械法机械法声发射检测声发射检测显微分析

32、法显微分析法涡流探伤法涡流探伤法超声波探伤法超声波探伤法裂纹裂纹的测的测量方量方法法现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 5 5. .残余应力及裂纹的测量残余应力及裂纹的测量 现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 5 5. .残余应力及裂纹的测量残余应力及裂纹的测量 现代磨削技术现代磨削技术Colleg

33、e of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.4 6.4 磨削表面完整性参数综合影响及改善措施磨削表面完整性参数综合影响及改善措施 6.4.16.4.1磨削表面缺陷磨削表面缺陷磨磨削削表表面面缺缺陷陷微裂纹微裂纹表面层污染表面层污染表面划伤表面划伤金相组织变化金相组织变化磨削裂纹在磨削表面上表现为微裂纹，呈不磨削裂纹在磨削表面上表现为微裂纹，呈不规则的网状，大体上与磨削方向垂直它的规则的网状，大体上与磨削方向垂直它的形成与残余应力、热处理引起的内应力有关形成与残余应力、热处理引起的内应力有

34、关磨削钢时，由于磨削热作用下，除发生烧伤磨削钢时，由于磨削热作用下，除发生烧伤与裂纹外，还会产生氧化膜。热作用时间越与裂纹外，还会产生氧化膜。热作用时间越长，氧化膜厚度越大长，氧化膜厚度越大光磨时由于磨粒脱落、尘埃等原因，容易出光磨时由于磨粒脱落、尘埃等原因，容易出现表面划伤现表面划伤现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.4.2 6.4.2 磨削表面完整性参数间关系磨削表面完整性参数间关系 磨削表面完整性是由表面粗糙度、波度、加工硬化、残余应力，

35、磨削表面完整性是由表面粗糙度、波度、加工硬化、残余应力，金相组织相变、烧伤与裂纹各因素参数组成的，各因素之间有一金相组织相变、烧伤与裂纹各因素参数组成的，各因素之间有一定的关系。定的关系。表面粗糙度增大表面粗糙度增大硬化层深度及程度均增大硬化层深度及程度均增大残余应力增大残余应力增大裂纹增加裂纹增加残余应力残余应力加工硬化层加工硬化层如磨削淬火钢，在出现二次淬火马氏体时，产生残余压应力，如磨削淬火钢，在出现二次淬火马氏体时，产生残余压应力，而回火组织中分布的是残余拉应力。组织不同，其硬度不同。而回火组织中分布的是残余拉应力。组织不同，其硬度不同。硬度最低时，应力最大。硬度最低时，应力最大。 现

36、代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.4.3 6.4.3 改善磨削加工零件表面完整性措施改善磨削加工零件表面完整性措施改善改善磨削磨削加工加工零件零件表面表面完整完整性措性措施施低应力磨削低应力磨削合理选择合理选择V Vw wV Vs s之比之比保持砂轮间隙和保持砂轮间隙和锋利锋利修整砂轮，保持磨具的锋利性。注意解决砂轮的自动修整修整砂轮，保持磨具的锋利性。注意解决砂轮的自动修整与补偿与补偿供给充分的磨削供给充分的磨削液液选择合适的磨削条件，注意操

37、作规范选择合适的磨削条件，注意操作规范减少变形和表面损伤，产生低应力表减少变形和表面损伤，产生低应力表面面提高表面完整性提高表面完整性降低磨削区的温度，降低磨削区的温度， 减少烧伤减少烧伤降低砂轮与工件接触区的磨削温度，降低砂轮与工件接触区的磨削温度，减少磨削表面的损伤减少磨削表面的损伤现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 6.5 6.5 磨削加工中的振动磨削加工中的振动 6.5.1 6.5.1 磨削加工中的颤振现象磨削加工中的颤振现象 颤振颤振:

38、 : 在磨削加工中产生了振动，加工就不能进行，即使加工进在磨削加工中产生了振动，加工就不能进行，即使加工进行下去，也不能得到良好的加工表面。行下去，也不能得到良好的加工表面。 从产生颤振的机理来分：从产生颤振的机理来分：强迫颤振强迫颤振和和自激颤振。自激颤振。 强迫颤振：强迫颤振：由于某种强制性的振动原因的影响而产生的，分为外由于某种强制性的振动原因的影响而产生的，分为外力干扰型强迫颤振和位移干扰型强迫颤振。力干扰型强迫颤振和位移干扰型强迫颤振。 自激颤振：自激颤振：是不存在强迫振源情况下，机械结构系统的动态特性是不存在强迫振源情况下，机械结构系统的动态特性及切削过程的动态特性二者的耦合满足一

39、定条件下所产生的动态及切削过程的动态特性二者的耦合满足一定条件下所产生的动态不稳定现象。不稳定现象。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.5.1 6.5.1 磨削加工中的颤振现象磨削加工中的颤振现象p 外圆磨削过程中，工件转速高，且磨床系统固有频率低于外圆磨削过程中，工件转速高，且磨床系统固有频率低于200HZ200HZ以下，很容易产生颤振，如砂轮不经修整，砂轮外圆磨损的波以下，很容易产生颤振，如砂轮不经修整，砂轮外圆磨损的波纹，就会复印到工件表

40、面，影响工件表面质量，即纹，就会复印到工件表面，影响工件表面质量，即砂轮表面再砂轮表面再生效应。生效应。p 外圆磨床的强迫振源是驱动砂轮旋转的电机，不同频率与机床外圆磨床的强迫振源是驱动砂轮旋转的电机，不同频率与机床系统固有频率将近会发生共振，引起砂轮与工件之间产生相对系统固有频率将近会发生共振，引起砂轮与工件之间产生相对振动位移。振动位移。p 影响磨床的磨削性能的因素：砂轮轴的弯曲振动固有频率及动影响磨床的磨削性能的因素：砂轮轴的弯曲振动固有频率及动刚度，磨床结构系统的固有频率与砂轮轴转速的相对关系，砂刚度，磨床结构系统的固有频率与砂轮轴转速的相对关系，砂轮轴的精度及动平衡，砂轮轴的轴承精度

41、等。轮轴的精度及动平衡，砂轮轴的轴承精度等。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.5.2 6.5.2 强迫颤振强迫颤振 1.1.力引起的强迫颤振力引起的强迫颤振：强迫振动是由外界周期性的干扰力所：强迫振动是由外界周期性的干扰力所支持的不衰减振动，如冲床、气锤工作的周期性干扰，电动支持的不衰减振动，如冲床、气锤工作的周期性干扰，电动机转子、砂轮不平衡产生的周期干扰力。机转子、砂轮不平衡产生的周期干扰力。强迫强迫振动振动的特的特点点强迫振动的稳态过程

42、是简谐振动，外界力存在，就存在振强迫振动的稳态过程是简谐振动，外界力存在，就存在振动。动。当阻尼较小，而外界交变力频率又接近振动系统的固有频当阻尼较小，而外界交变力频率又接近振动系统的固有频率时，系统易出现共振。率时，系统易出现共振。强迫振动的频率等于外界支持振动交变力的频率强迫振动的频率等于外界支持振动交变力的频率消除消除强迫强迫颤振颤振的途的途径径最有效的途径最有效的途径找出外界干扰力找出外界干扰力( (根源根源) )并并把它去除把它去除现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨

43、削加工表面质量磨削加工表面质量 2.2.位移引起的强迫振动（颤振）位移引起的强迫振动（颤振） 对于有粘性阻尼的单自由度系统，力不直接加在质量上，依靠对于有粘性阻尼的单自由度系统，力不直接加在质量上，依靠基础的运动，力通过弹簧和阻尼器间接地作用给质量时，这就基础的运动，力通过弹簧和阻尼器间接地作用给质量时，这就是由位移引起的强迫振动。是由位移引起的强迫振动。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.5.3 6.5.3 再生颤振再生颤振 再生颤振是再生颤

44、振是自激颤振一种形式，如磨削时，由于某种原因使的自激颤振一种形式，如磨削时，由于某种原因使的砂轮在半径方向上有微小位移，则砂轮轴就随之作短时间的砂轮在半径方向上有微小位移，则砂轮轴就随之作短时间的振动，在工件表面残余一系列波纹，工件继续回转，波纹表振动，在工件表面残余一系列波纹，工件继续回转，波纹表面再次与砂轮接触时，砂轮产生交变力作用。面再次与砂轮接触时，砂轮产生交变力作用。 再生效应：再生效应：由于前一次磨削的振动的原因残留在加工表面上的由于前一次磨削的振动的原因残留在加工表面上的波纹，在下一次再磨削到同一个地力时使磨削力发生变动，波纹，在下一次再磨削到同一个地力时使磨削力发生变动，再一次

45、发生振动，而又产生新的波纹的现象称之为再生效应。再一次发生振动，而又产生新的波纹的现象称之为再生效应。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量再再生生颤颤振振的的特特点点易形成倾斜的条状花纹易形成倾斜的条状花纹加大进给量，不易产生颤振加大进给量，不易产生颤振低速稳定性效应可以防止颤振低速稳定性效应可以防止颤振产生刀瘤时，动态切削力系数降低，不易产生再生颤振产生刀瘤时，动态切削力系数降低，不易产生再生颤振切削力只产生小的振动时不易引起再生颤振切削力只产生

46、小的振动时不易引起再生颤振决定了机床强力切削性能的界限决定了机床强力切削性能的界限上述特征巳成为实际解决颤振时区别再生颤振和共他上述特征巳成为实际解决颤振时区别再生颤振和共他种类颤振的判别根据，是抑制和消除颤振的有效途径。种类颤振的判别根据，是抑制和消除颤振的有效途径。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量磨削加工时，由于被磨金属层比较薄，大约磨削加工时，由于被磨金属层比较薄，大约60-95%60-95%的热被传入的热被传入工件，仅有不到工件，仅有不

47、到1010的热量被磨屑带走。这些传入工件的热量的热量被磨屑带走。这些传入工件的热量在磨削过程中来不及传入工件深处，而聚集在表面层里形成局在磨削过程中来不及传入工件深处，而聚集在表面层里形成局部高温。工件表面温度可高达部高温。工件表面温度可高达10001000以上，易引起表面热烧伤。以上，易引起表面热烧伤。 1.1.磨削的热效应对工件表面质量和使用性能影响极大。磨削的热效应对工件表面质量和使用性能影响极大。 2. 2.磨削区的磨削热影响到砂轮的使用寿命。磨削区的磨削热影响到砂轮的使用寿命。6.4 6.4 磨削温度磨削温度现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical &

48、; Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 磨削热来源于磨削功率的消耗。磨削热来源于磨削功率的消耗。磨削磨削加工时，磨除单位体积（或质量）金属所消耗的能量称为加工时，磨除单位体积（或质量）金属所消耗的能量称为比磨削能比磨削能Ee。单位：。单位：Nm/mm3或或J/mm3。下式表示：下式表示： 公式中逆磨取公式中逆磨取“+”+”，顺磨取，顺磨取“-”-”。磨削能量绝大部分消耗在加热工件、砂轮和磨屑以及辐射散逸。磨削能量绝大部分消耗在加热工件、砂轮和磨屑以及辐射散逸。6.4.1 6.4.1 磨削热的产生和传散磨削热的产生和传散()s

49、wtstewpwpvvFv FEv a bv a b现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量比磨削能比磨削能2060J/mm3比磨削能比磨削能1030J/mm3n切割磨削磨屑厚度较大，耗于磨屑形成的比能小，传入工件切割磨削磨屑厚度较大，耗于磨屑形成的比能小，传入工件的热量小。的热量小。n当进给速度选择适当时，切割磨削时，大部分预热的材料被当进给速度选择适当时，切割磨削时，大部分预热的材料被迅速去除，避免热向工件内部传递。迅速去除，避免热向工件内部传递。

50、现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量6.4.2 6.4.2 磨削区温度分布的理论解析磨削区温度分布的理论解析 1 1磨削区的热模型磨削区的热模型 磨削的热问题视作带状热源在半无限体磨削的热问题视作带状热源在半无限体表面上移动的情况来考虑。实验表明，表面上移动的情况来考虑。实验表明，由三角形热源计算的温度分布情况，更由三角形热源计算的温度分布情况，更接 近 实 际 测 定 的 情 况 。 如 图 为接 近 实 际 测 定 的 情 况 。 如 图 为J

51、.C.Jaeger在在1942年提出的磨削运动热年提出的磨削运动热源的理论模型。源的理论模型。矩形热模型矩形热模型现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量 2.2.带状运动热源引起温度分布的理论解析带状运动热源引起温度分布的理论解析矩形热模型矩形热模型()22()002222( )( )x l vvxuuvxx l vmqqe K udue K u duvv 为任意点为任意点m（x，z）处的温度：）处的温度：mK K0 0(u)-(u)-零阶二类修正贝

52、塞尔函数。零阶二类修正贝塞尔函数。m m-任意点任意点m m（x x，z z）出的温度）出的温度（）x xm m -m-m点在点在x x坐标方向上离开热源的距离。坐标方向上离开热源的距离。z zm m -m -m点在点在z z坐标方向上离开热源的距离。坐标方向上离开热源的距离。v-v-线热源运动速度（线热源运动速度（cm/scm/s）；）；q-q-热源强度热源强度J/J/（ m m2 2ksks） ；-热导率热导率（w/w/（m mk k）； - -热扩散率，热扩散率， ；c c为质量定压比热容为质量定压比热容（J/J/（kgKkgK）。现代磨削技术现代磨削技术College of Mecha

53、nical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量3 3三角形分布热源引起的温度分布理论解析三角形分布热源引起的温度分布理论解析 在三角形热源分布的情况下，可在三角形热源分布的情况下，可将整个磨削区的热源看成无限个将整个磨削区的热源看成无限个不断增大的，热源强度为不断增大的，热源强度为q q的线的线热源从热源从x xi i=0=0到到x xi i=l=l形成的形成的 。其热。其热量量Q Qm m可表达为：可表达为： ( )2imiiixQq x dxqdxl2200()2exp()22limiiixx vqvxKxx

54、zdxl现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量令令z=0z=0，可得工件表面温度分布公式：，可得工件表面温度分布公式： 利用数值解法可解得：利用数值解法可解得：200()2exp()22limiiixx vqvxKxxdxl()01()101()210()2104()()()31()()( )( )3314( )()331()( )3A LmA LAAA LA LAqALxAL eKALK ALcpvLlAxAL eK ALAeKAK ALLlqAL

55、xAeK AeKALLcpvLlALxeK ALeKALl131( )3AAxALlAxeK AALl现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量在单向导热计算中，在单向导热计算中，maxmax出现在出现在x/l=1/2x/l=1/2处，在双向导热计算处，在双向导热计算中，估计结果相差不会太大。中，估计结果相差不会太大。L=vl/现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan Unive

56、rsity第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量4 4工件表面的平均温度及其简化计算工件表面的平均温度及其简化计算 （1）Jeager模型分析模型分析 l 图 2-46 图 2-47 现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量当当 L L2020时，沿着滑动体的温度变化可近似为线性的。若所时，沿着滑动体的温度变化可近似为线性的。若所有热能都传入工件，砂轮与工件接触的单位宽度上的平均表有热能都传入工件，砂轮与工件接触的单位宽度上的平均表面温度为：面

57、温度为：0.50.754qlL现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量（2）Jeager模型的线性化模型的线性化 120.707GwpwpwU v av lC用线性化模型计算出的工件表面平均温度和经典解的平均温用线性化模型计算出的工件表面平均温度和经典解的平均温度除系数不同外，其余均相同，两种计算的误差仅在度除系数不同外，其余均相同，两种计算的误差仅在6%6%之内，之内，即由线性模型求出的工件表面平均温度比经典解略低即由线性模型求出的工件表面平均温度比

58、经典解略低6%6%。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量5 5磨削磨粒点的平均温度和最高温度磨削磨粒点的平均温度和最高温度 (1)(1)磨削磨粒点的平均温度磨削磨粒点的平均温度 根据磨削情况作如下假设：根据磨削情况作如下假设：n假设砂轮为一直径为假设砂轮为一直径为dsds宽度为宽度为bsbs的盘状铣刀，在铣刀上分布着的盘状铣刀，在铣刀上分布着和砂轮磨粒数相等的切削刃。和砂轮磨粒数相等的切削刃。 n切削刃以均等的间隔分布在刀具的外圆周上。切削刃以均等

59、的间隔分布在刀具的外圆周上。 传入磨粒的比例系数不随温度变化而变化，那么传入磨粒的热传入磨粒的比例系数不随温度变化而变化，那么传入磨粒的热可看作与能量可看作与能量E E成正比，得到磨粒磨削的平均温度为：成正比，得到磨粒磨削的平均温度为：tlFBCN bFtFt切向磨削力，切向磨削力，B B砂轮宽度，砂轮宽度，b b工件宽度，工件宽度，N Nt单位长度上的有效单位长度上的有效磨粒刃数。磨粒刃数。现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量上式似乎于磨削条件的

60、上式似乎于磨削条件的v vs s、v vw w、a ap p无关，但是由于无关，但是由于F Ft t和和N Nt t是是v vs s、v vw w、a ap p的函数，根据第三节的计算公式，可以从理论上得到的函数，根据第三节的计算公式，可以从理论上得到F Ft t和和N Nt的解析值。的解析值。 由于磨削过程的复杂性，由理论解析式所得到的计算值与实测由于磨削过程的复杂性，由理论解析式所得到的计算值与实测值相差较大，因此值相差较大，因此F Ft t和和N Nt t采用实验方法来选取。采用实验方法来选取。tlFBCN b现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量现代磨削技术现代磨削技术College of Mechanical & Vehicle Eng, Hunan University第六章第六章 磨削加工表面质量磨削加工表面质量根据实验结果，可得根据实验结果，可得: :令工件磨削宽度等于砂轮宽度，得出磨削磨粒点的平均磨削令工件磨削宽度等于砂轮宽度，得出磨削磨粒点的平均磨削温度为：温度为：由上式可见：磨削磨粒点的平均磨削温度取决于砂轮