毕业设计论文影响机械加工表面质量因素的分析

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1、论文题目：影响机械加工表面质量因素的分析年 级：xxxxxxxx院 系：xxxxxxxx学生姓名：xxxxxxxx指导老师：xxxxxxxx 2012年5月 目录 摘要 . 1 前言. 1 一、概述.1 1.1基本概念.1 1.1.1机械加工.1 1.1.2零件的失效.1 1.1.3磨削烧伤.1 1.1.4表面冷作硬化.2 1.1.5残余应力.2二、影响工件表面质量的因素 .2 2.1加工过程对表面质量的影响.22.1.1工艺系统的振动对工件表面质量的影响.22.1.2刀具参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响.22.1.3切削液对表面质量的影响.22.1.4工件材料对表面质量的影响.22.1.

2、5切削条件对工件表面质量的影响.32.1.6切削速度对表面粗糙度的影响.32.1.7磨削加工对表面质量的影响.32.2使用过程中影响表面质量的因素.62.2.1耐磨性对表面质量的影响.62.2.2疲劳强度对表面质量的影响.62.2.3耐蚀性对表面质量的影响.63、 影响机械加工表面质量的物理机械因素. 3.1切削加工 3.2表面层冷作硬化 3.3表面层材料金相组织变化 3.4表面层残余应力 3.5磨削表面层金相组织变化磨削烧伤四、机械加工表面质量对零件使用性能的影响.7 4.1表面质量对零件耐磨性的影响.7 4.2表面质量对零件疲劳强度的影响.7 4.3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响.8 4.

3、4表面质量对零件间配合性质的影响.8 4.5表面质量对零件其他性能的影响.8五、提高表面质量的途径.8 5.1降低表面粗糙度的加工方法.8 5.2改善表面物理力学性能的加工方法.11六、提高机械加工工件表面质量的措施.12 6.1刀具方面. 6.2工件材料方面. 6.3切削条件方面. 6.4加工方法方面. 6.5减少加工表面层变形强化残和余应力提高加工表面质量.七、结论.13八、参考文献.15影响机械加工表面质量因素的分析摘要：部分的机械设备零件的破坏，总是从零件表面开始的。产品的性能，特别是它的可靠性和耐久度，在很大程度上决定于零件表面层的质量。研究机械加工表面质量，其目的就是为了掌握机械加

4、工中各个工艺对加工表面质量影响的规律，以便利用这些规律来控制加工过程，最终达到改善产品质量、增强产品使用性能的目的。机械加工表面质量，是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度，也叫粗糙度，其加工后的表面质量直接影响被加工件的物理、化学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。一般而言，重要或关键零件的表面质量要求都比普通零件要高。这是因为表面质量好的零件会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力。研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程

5、，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。本文主要通过对影响零件表面粗糙度的因素、零件表面层的物理力学性能（表面冷作硬化、残余应力、金相组织的变化与磨削烧伤）、表面质量影响零件使用性能等因素的分析和研究，来提高机械加工表面质量的工艺措施。关键词：机械加工 表面质量 影响因素 控制措施Abstract：Part of the mechanical equipment parts destruction, always from parts surface began. Product performance, especially its reliability and durabilit

6、y, to a large extent depends on the quality of the surface parts. Study mechanical processing surface quality, the purpose of which is to control of the machine processing of various process on the influence of the machined surface quality rule, so that the use of these rules to control processing p

7、rocess, finally to improve product quality, strengthen product use the purpose of the performance. Mechanical processing surface quality, it is to point to in the mechanical parts processing after the micro processing roughness, also called roughness, and the surface quality of the processing of the

8、 direct influence on the special of physical, chemical and mechanical properties. Products performance, reliability, service life depends to a great extent on the surface of the main parts quality. The destruction of the mechanical parts, always start from the surface. Generally speaking, important

9、or of the key parts surface quality requirements are higher than normal parts. This is because the surface quality of the good parts will greatly improve the wear resistance, corrosion resistance and resist fatigue damage ability. Study mechanical processing surface quality goal is for control of th

10、e machine processing of all kinds of technological factors on the quality of the rule of the machined surface effect, so as to use the law to control processing process, eventually to improve surface quality, improve product performance objective. This paper mainly through the surface roughness of f

11、actors affecting parts, parts of the surface layer physical and mechanical performance (surface cold hardening, residual stress, metallographic organization changes and grinding burns), the surface quality affecting parts of the factors such as performance analysis and research, to improve the surfa

12、ce quality of the machining process measures. Key words ：Mechanical processing Surface quality Influence factors Control measures 前言随着工业技术的飞速发展,机器的使用要求越来越高,一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作,表面层的任何缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象,将进一步加速零件的失效,这一切都与加工表面质量有很大关系。因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。一台机器在正常的使用过程中,由于其零件的工作性能逐渐

13、变坏,以致不能继续使用,有时甚至会突然损坏。其原因除少数是因为设计不周而强度不够,或偶然事故引起了超负荷以外,大多数是由于磨损、受到外界介质的腐蚀或疲劳破坏。磨损、腐蚀和疲劳损坏都是发生在零件的表面,或是从零件表面开始的。因此,加工表面质量将直接影响到零件的工作性能,尤其是它的可靠性和寿命。 一、概述1.1基本概念1.1.1机械加工机械加工：广意的机械加工就是凡能用机械手段制造产品的过程；狭意的是用车床、铣床、钻床、磨床、冲压机、压铸机机等专用机械设备制作零件的过程。1.1.2零件的失效零件的失效:指零件丧失了原有的使用性能。1.1.3磨削烧伤磨削烧伤:在磨削加工中，由于多数磨粒为负前角切削，

14、磨削温度很高，产生的热量远远高于切削时的热量，而且磨削热有6080%传给工件，所以极容易出现金相组织的转变，使得表面层金属的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。1.1.4表面冷作硬化冷作硬化：通过冷加工而是零件表面产生的表面应力，使零件的表面比加工前的表面硬度耐磨性等有所提高。1.1.5残余应力残余应力：金属加工过程中由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在变形后的变形体内保留下来的应力。 2、 影响工件表面质量的因素2.1加工过程对表面质量的影响2.1.1工艺系统的振动对工件表面质量的影响 在机械加工过程中工艺系统有时会发生振动，即在刀具的切削刃与

15、工件上正在切削的表面之间除了名义上的切削运动之外，还会出现一种周期性的相对运动。振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，使加工表面出现振纹，增大表面粗糙度值，恶化加工表面质量。2.1.2刀具参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径。在一定的条件下，减小副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径都可以降低表面粗糙度。在同样条件下，硬质合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速钢刀具，而金刚石、立方氮化硼刀具又优于硬质合金，但由于金刚石与铁族材料亲和力大，故不宜用来加工铁族材料。另外，刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度，因此

16、，提高刀具的刃磨质量，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值应低于工件的粗糙度值的12级。2.1.3切削液对表面质量的影响切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤和鳞刺的产生，在生产中对于不同材料合理选用切削液可大大减小工件表面粗糙度。 2.1.4工件材料对表面质量的影响工件材料的性质；加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性越好，金属的塑性变形越大，加工表面就愈越粗糙。加工脆性材料时其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点使表面粗糙。

17、一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度较大，而韧性较小的塑性材料，加工后易得到较小的表面粗糙度。对于同种材料，其晶粒组织越大，加工表面粗糙度越大。因此，为了减小加工表面粗糙度，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。2.1.5切削条件对工件表面质量的影响与切削条件有关的工艺因素，包括切削用量、冷却润滑情况。中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，所以，提高切削速度，可以减少积屑瘤和鳞刺，减小零件已加工表面粗糙度值；对于脆性材料，一般不会形成积屑瘤和鳞刺，所以，切削速度对表面粗糙度基本上无影响。进给速度增大，塑性变形也增大，表面粗糙度值增大，所以，减

18、小进给速度可以减小表面粗糙度值，但是，进给量减小到一定值时，粗糙度值不会明显下降。正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度影响不大，因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。2.1.6切削速度对表面粗糙度的影响一般在粗加工选用低速车削，精加工选用高速车削可以减小表面粗糙度。在中速切削塑性材料时，由于容易产生积屑瘤，且塑性变形较大，因此加工后零件表面粗糙度较大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表而粗糙度有积极作用。2.1.7磨削加工对表面质量的影响（1） 砂轮的影响 砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒数越多，在磨削表面的刻痕越细，表面粗糙度越小；但若粒度太细，加工时砂轮

19、易被堵塞反而会使表面粗糙度增大，还容易产生波纹和引起烧伤。砂轮的硬度应大小合适，其半钝化期愈长愈好；砂轮的硬度太高，磨削时磨粒不易脱落，使加工表面受到的摩擦、挤压作用加剧，从而增加了塑性变形，使得表面粗糙度增大，还易引起烧伤；但砂轮太软，磨粒太易脱落，会使磨削作用减弱，导致表面粗糙度增加，所以要选择合适的砂轮硬度。砂轮的修整质量越高，砂轮表面的切削微刃数越多、各切削微刃的等高性越好，磨削表面的粗糙度越小。（2)磨削用量的影响 增大砂轮速度，单位时间内通过加工表面的磨粒数增多，每颗磨粒磨去的金属厚度减少，工件表面的残留面积减少；同时提高砂轮速度还能减少工件材料的塑性变形，这些都可使加工表面的表面

20、粗糙度值降低。降低工件速度，单位时间内通过加工表面的磨粒数增多，表面粗糙度值减小；但工件速度太低，工件与砂轮的接触时间长，传到工件上的热量增多，反面会增大粗糙度，还可能增加表面烧伤。增大磨削深度和纵向进给量，工件的塑性变形增大，会导致表面粗糙度值增大。径向进给量增加，磨削过程中磨削力和磨削温度都会增加，磨削表面塑性变形程度增大，从而会增大表面粗糙度值。为在保证加工质量的前提下提高磨削效率，可将要求较高的表面的粗磨和精磨分开进行，粗磨时采用较大的径向进给量，精磨时采用较小的径向进给量，最后进行无进给磨削，以获得表面粗糙度值很小的表面。(3) 工件材料 工件材料的硬度、塑性、导热性等对表面粗糙度的

21、影响较大。塑性大的软材料容易堵塞砂轮，导热性差的耐热合金容易使磨料早期崩落，都会导致磨削表面粗糙度增大。另外，由于磨削温度高，合理使用切削液既可以降低磨削区的温度，减少烧伤，还可以冲去脱落的磨粒和切屑，避免划伤工件，从而降低表面粗糙度值。2.2使用过程中影响表面质量的因素2.2.1耐磨性对表面质量的影响每个刚加工好的摩檫副的两个接触表面之间,最初阶段在表面粗糙的峰部触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的部有非常大的单位应力,使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏,引起严重磨损。2.2.2疲劳强度对表面质量的影响在交变载荷作用,表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中产

22、生疲劳纹。表面粗糙度值愈大,表面的纹痕愈深,纹底半径愈小,抗疲劳破坏的能力就愈差。2.2.3耐蚀性对表面质量的影响零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂,降低零件的耐磨性,而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。3、 影响机械加工表面质量的物理机械因素3.1切削加工 刀具几何形状的复映刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选

23、择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。工件材料的性质。加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。磨削加工影响表面粗糙度的因素。正像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和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的主要因素有：砂轮的粒度、砂轮的硬度、砂轮的修整磨削速度、磨削径向进给量与光磨次数工件圆周进给速度与轴向进给量冷却润滑液在切削加工中，工件由于受到切削力和切削热的作用，使表面层金属的物理机械性能产生变化，最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重，因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。