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1、第四章汽车零件的机械加工质量,第一节机械加工质量第二节影响机械加工精度的主要因素第三节表面质量的形成及影响因素第四节表面质量对机器零件使用性能的影响,第一节机械加工质量,一、加工精度二、表面质量,一、加工精度,1)尺寸精度。尺寸精度是指零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值和理想值的接近程度。2)形状精度。形状精度是指零件表面或线的实际形状与理想形状的接近程度，国家标准中规定用直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度作为评定形状精度的项目。3)位置精度。位置精度是指零件表面或线的实际位置和理想位置的接近程度，国家标准中规定用平行度、垂直度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动作为
2、评定位置精度的项目。,二、表面质量,(一)表面微观几何形状特征(二)表面层的物理力学性能和化学性能,(一)表面微观几何形状特征,图4-1加工表面的几何形状特征,(一)表面微观几何形状特征,图4-2加工纹理方向及其符号标注a)纹理平行标注代号的视图平面b)纹理垂直标注代号的视图平面c)纹理呈交叉形d)纹理呈近似同心圆e)纹理呈多方向f)纹理呈近似放射状,(二)表面层的物理力学性能和化学性能,随着汽车等机械产品性能的不断提高，一些在高应力、高速、高温等条件下工作的重要零件，对其表面质量的需求也不断提高，因此出现了表面完整性的概念。表面完整性是指经加工后的零件，其表面层状态或性能无任何损伤甚至有所提
3、高。表面完整性除包括上述三个方面外，还外括表面层杂质、裂缝、再结晶、晶粒间腐蚀等。,第二节影响机械加工精度的主要因素,一、机床误差二、刀具误差三、工艺系统的受力变形(压移)四、工艺系统的热变形五、工件内应力(残余应力)六、其他原因七、加工误差的统计分析,一、机床误差,(一)机床导轨的直线度(二)机床主轴旋转轴线与导轨的平行度,一、机床误差,图4-3车床导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响,(一)机床导轨的直线度,图4-4车床导轨在垂直面内的直线度误差对加工精度的影响,(二)机床主轴旋转轴线与导轨的平行度,图4-5车床主轴旋转轴线与导轨在垂直面内不平行对加工精度的影响,(二)机床主轴旋转轴
4、线与导轨的平行度,图4-6车床床身导轨扭曲对加工精度的影响,二、刀具误差,图4-7刀具的尺寸磨损,二、刀具误差,图4-8刀具的磨损过程,三、工艺系统的受力变形(压移),(一)工艺系统刚度的概念(二)机床的刚度及其对加工精度的影响(三)工件的刚度及其对加工精度的影响(四)刀具刚度及其对加工精度的影响(五)工艺系统的刚度及其对加工精度的影响,(一)工艺系统刚度的概念,(二)机床的刚度及其对加工精度的影响,图4-9车床刚度的计算,(二)机床的刚度及其对加工精度的影响,图4-10车床刚度对工件几何形状精度的影响,(二)机床的刚度及其对加工精度的影响,图4-11零件实际接触面积,(二)机床的刚度及其对加
5、工精度的影响,图4-12机床部件的薄弱环节,(三)工件的刚度及其对加工精度的影响,图4-13工件在车床,(三)工件的刚度及其对加工精度的影响,图4-14工件在车床,(三)工件的刚度及其对加工精度的影响,图4-15工件装夹在卡盘上,(三)工件的刚度及其对加工精度的影响,图4-16薄壁件的夹紧变形引起的误差,(四)刀具刚度及其对加工精度的影响,图4-17不同的镗孔方式a)镗刀杆无导向b)镗刀杆后导向c)镗刀杆前、后双导向,(五)工艺系统的刚度及其对加工精度的影响,图4-18车削偏心毛坯,四、工艺系统的热变形,(一)工艺系统的热源(二)机床热变形引起的加工误差(三)工件热变形引起的加工误差(四)刀具
6、热变形引起的加工误差,(一)工艺系统的热源,图4-19车床主轴的热变形a)垂直方向b)水平方向,(二)机床热变形引起的加工误差,(二)机床热变形引起的加工误差,图4-21端面磨床立柱的热变形,(三)工件热变形引起的加工误差,图4-22切削热的分布,(三)工件热变形引起的加工误差,图4-23工件轴向位置受热有先后的影响,(三)工件热变形引起的加工误差,图4-24工件不均匀受热时的变形,(四)刀具热变形引起的加工误差,图4-25车刀热变形伸长与切削时间的关系a)连续切削b)继续切削,五、工件内应力(残余应力),1)工件不均匀的加热和冷却。2)工件材料金相组织的转变。3)表面变形硬化时的塑性变形等。
7、,3)表面变形硬化时的塑性变形等。,图4-26不同壁厚的铸件1薄壁2厚壁,3)表面变形硬化时的塑性变形等。,图4-27冷校直及产生的内应力状态,六、其他原因,(一)原理误差(二)测量误差(三)调整误差,(一)原理误差,用近似的加工方法、近似的传动比和近似形状的刀具进行加工时，都会产生加工误差，这种误差称为原理误差，也称为理论误差或方法误差。在第三章齿轮轮齿加工中已经知道，滚切渐开线齿廓就是近似加工方法的实例。,(二)测量误差,测量误差是指工件实际尺寸与量仪表示出的尺寸之间的差值。加工一般精度的零件时，测量误差可占工件公差的1/51/10，而加工精密零件时，测量误差可占工件公差的1/3左右。,(
8、三)调整误差,切削加工时，为获得规定的尺寸，就必须对机床、刀具和夹具进行必要的调整。机床的尺寸控制机构、刀具及夹具调整位置不准确而产生的加工误差称为调整误差。在单件、小批生产中，普遍用试切法调整；而在大批大量生产中，则常用静调整法调整刀具的位置。,七、加工误差的统计分析,(一)加工误差的性质(二)加工误差的分析方法(三)分布曲线法(四)点图法,(一)加工误差的性质,从以上分析可知，影响加工精度的因素是很多的。被加工表面出现的加工误差是由上述产生加工误差的因素综合作用的结果。如果从加工一批工件时误差出现的规律来看，加工误差可分为系统性误差和随机性误差两类。,(二)加工误差的分析方法,用理论公式、
9、实验公式或适当的数学、力学模型将各单个因素引起的加工误差都确定出来，然后按一定的规则把它们合成，即得到加工总误差。用计算法确定总的加工误差是比较困难的，它需要许多原始资料和复杂的计算。目前可借助一些专业的计算机软件(如有限元分析软件)来完成。在大批大量生产中，可用计算法来确定主要零件关键工序中主要因素所产生的加工误差。,(三)分布曲线法,图4-28工件加工尺寸实际分布折线,(三)分布曲线法,图4-29正态分布曲线,(三)分布曲线法,图4-30常值系统性误差的影响,(三)分布曲线法,图4-31不同的分布曲线,(三)分布曲线法,(三)分布曲线法,图4-33不同加工条件,(三)分布曲线法,图4-34
10、点图的各种形式,(四)点图法,图4-35控制生产过程的点图,(四)点图法,图4-36R控制图,第三节表面质量的形成及影响因素,一、表面粗糙度二、工件表面层的力学性能和化学性能,一、表面粗糙度,(一)切削加工的表面粗糙度(二)磨削加工的表面粗糙度,(一)切削加工的表面粗糙度,图4-37车削的残留痕迹a)尖刀切削b)圆弧刀切削,(一)切削加工的表面粗糙度,图4-38积屑瘤1工件2积屑瘤3刀具H积屑瘤高度,(一)切削加工的表面粗糙度,图4-39鳞刺的形成a)抹拭阶段b)导裂阶段c)层积阶段d)刮成阶段,(一)切削加工的表面粗糙度,图4-40切削速度对积屑瘤和表面粗糙度的影响,(二)磨削加工的表面粗糙
11、度,与切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因素、表面层的塑性变形和振动等物理因素决定的。,二、工件表面层的力学性能和化学性能,(一)表面强化(二)残余应力(三)表面层的金相组织变化,(一)表面强化,图4-41切削状态,(一)表面强化,图4-42加工表面的强化,(二)残余应力,图4-43切削热引起的残余应力,(三)表面层的金相组织变化,机械加工中所消耗能量的大部分都转变为热量，使加工表面温度升高，当温度升高到超过金相组织变化的临界点(相变温度)时，就会发生金相组织变化。对于普通的切削加工，温度一般不会达到如此高的程度，但对于磨削加工而言，大部分切削刃为负前角，切
12、削力大，磨削速度又高，因此切除金属的功率消耗远远大于其他加工方法。,第四节表面质量对机器零件使用性能的影响,一、表面质量对零件耐磨性的影响二、表面质量对零件疲劳强度的影响一、解释下列名词术语二、思考题,一、表面质量对零件耐磨性的影响,图4-44两表面接触情况,一、表面质量对零件耐磨性的影响,图4-45表面粗糙度对磨损的影响,一、表面质量对零件耐磨性的影响,一、表面质量对零件耐磨性的影响,图4-47加工纹理方向与磨损的关系,二、表面质量对零件疲劳强度的影响,1.滚挤压加工2.喷丸强化3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响4.表面质量对零件配合性质的影响,二、表面质量对零件疲劳强度的影响,图4-48 材
13、料强度的关系1超精加工2精磨3粗磨4车削5铣削,二、表面质量对零件疲劳强度的影响,图4-49滚挤压加工示意图,1.滚挤压加工,表面产生残余压应力，减小了切削加工时留下的切削痕迹等表面缺陷，从而降低了应力集中程度，疲劳强度一般可提高10%20%。承受较大交变应力的轴类零件圆角经滚挤压后，疲劳强度可提高60%以上。目前滚挤压曲轴轴颈圆角已成为曲轴工艺过程中的重要工序之一。,2.喷丸强化,表4-1喷丸加工对汽车零件使用寿命的影响,3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响,图4-50表面腐蚀过程,4.表面质量对零件配合性质的影响,在间隙配合中，如果零件的配合表面很粗糙，则在工作过程中将会很快磨损，使配合间隙增大，从而改变了所要求的间隙配合性质。在过盈配合中，如果零件的配合表面很粗糙，则在配合时，表面的凸峰被压平，使有效过盈量减少，从而降低了过盈配合的联接强度。此外，在过盈配合中，如果表面强化现象严重，则强化层的金属在配合压力下很可能与内部金属脱离，从而破坏了配合性质。,
