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1、 毕业论文设计题目：对提高机械加工表面质量的研究与见解专业班级：学生学号：学生姓名：答辩时间：成 绩： 题目：对提高机械加工表面质量的研究与见解摘要：机械产品的使用性能的提高和使用寿命的增加同组成产品的零件加工质量密切相关，零件的加工质量是保证产品质量基础。衡量零件加工质量好坏的主要指标有：加工精度和表面粗糙度。本文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: the use of per
2、formance is closely related to mechanical product improvement and increase the service life of the parts processing quality and composition of the product, the machining quality is to ensure the quality of the products. The main measure of machining quality is good or bad: the machining accuracy and
3、 surface roughness. Based on the influence of part surface roughness factor, physical and mechanical properties of surface layer (surface cold hardening, residual stress, microstructure and grinding burn), analysis and Research on the performance of use and other factors influence the surface qualit
4、y of parts, to technical measures to improve surface quality of machining.Keywords: machined surface quality influence factors and control measures目录前言.51.概述.5 1.1机械工.5 1.2零件的失效.5 1.3磨削烧伤.5 1.4表面冷作硬化.52.影响工件表面质量的因素.62.1加工过程对表面质量的影响. .6211工艺系统的振动对工件表面质量的影响.62.1.2刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响.62.1.3切削液对表面质量的
5、影响. .62.1.4工件材料对表面质量的影响.62.1.5切削条件对工件表面质量的影响.62.1.6切削速度对表面粗糙度的影响.62.1.7.磨削加工影响表面质量的素. 72.1.8影响工件表面物理机械性能的素.72.2使用过程中影响表面质量的因素. 82.2.1耐磨性对表面质量的影响.82.2.2疲劳强度对表面质量的响.822.3耐蚀性对表面质量的响.83机械加工表面质量对零件使用性能的影响.8 3.1表面质量对零件耐磨性的影响.8 3.2表面质量对零件疲劳强度的影响.9 3.3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响.9 3.4表面质量对零件间配合性质的影响.8 3.5表面质量对零件其他性能的影响
6、.84控制表面质量的途径.9 4.1降低表面粗糙度的加工方法.94.1.1超精密切削和低粗糙度磨削加工.94.1.2采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工.104.2改善表面物理力学性能的加工方法.104.2.1喷丸强化.104.2.2滚压加工.105提高机械加工工件表面质量的措施. 105.1制定科学合理的工艺规程.105.2合理选择切削参数.105.3合理选择切削参数液.115.4工件主要工作表面最终工序.115.5加工过程中提高表面粗糙度.116结论. 127致谢.128参考文献. 15前 言随着工业技术的飞速发展机械化生产以走进各大小企业，与之息息相关的就是各式各样的机器。而
7、机器是由机械零件装配而成,机器的失效是由个别零件的失效而造成的,其根本原因是零件丧失了其应具备的使用性能。而通过研究与生产实践证明,零件的失效大都从表面开始,零件表面质量的高低是决定其使用性能好坏的重要因素。因此,正确地理解零件表面质量内涵,分析机械加工过程中影响加工表面质量的各种工艺因素,通过改变这些因素从而改善工件表面质量，提高产品的使用性能及对未来机械行业的发展具有重要的意义。随着机械行业在社会中占得地位越来越重，人们对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，零件表面的任何缺陷,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
8、加速零件的失效,这一切都与加工表面质量有很大关系。一个零件的失效或者突然间损坏，其原因除了少数因设计不周而强度不够，或者是由于偶然的事故引起超负荷而造成了失效或损坏以外，大多数都是由于磨损、受到外界环境的腐蚀或疲劳破坏。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使用性能，因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。1.概 述 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。1.2零件的失效零件的失效:指零件丧失了原有的使用性能。1.3磨削
9、烧伤磨削烧伤:在磨削加工中，由于多数磨粒为负前角切削，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。1.4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。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
10、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刀具几何参数、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，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1
11、2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。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
12、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。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。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，加工时砂轮易被堵塞反而会使表面粗糙度增
13、大，还容易产生波纹和引起烧伤。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；砂轮的硬度太软，磨粒太易脱落，会使磨削作用减弱，导致表面粗糙度增加。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
14、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。 工件材料 工件材料的硬度、塑性、导热性等对表面粗糙度的影响较大。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。2.1.8影响工件表面物理机械性能的因素1.表面层冷作硬化。切削刃钝圆半径增大,对表层金属的挤压作用增强,塑性变形加剧,导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大,后刀面与被加工表面的摩擦加剧,塑性变形增大,导致冷硬增强。切削速度增大,刀具与工件的作用时间缩短,使塑性变形扩展深度
15、减小,冷硬层深度减小。切削速度增大后,切削热在工件表面层上的作用时间也缩短了,将使冷硬程度增加。进给量增大,切削力也增大,表层金属的塑性变形加剧,冷硬作用加强。工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严重。 2.表面层材料金相组织变化。当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后,表层金属的金相组织将会发生变化。磨削烧伤当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时,表层金属发生金相组织的变化,使表层金属强度和硬度降低,并伴有残余应力产生甚至出现微观裂纹,这种现象称为磨削烧伤。3.表面层残余应力。（1）切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生,使表面金属的比容加大。（2）切削加工中,切削区会有大量的切削热产生。（3
16、）不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容的变化必然要受到与相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。4.磨削表面层金相组织变化磨削烧伤机械加工过程中产生的切削热会使得工件的加工表面产生剧烈的温升，当温度超过工件材料金相组织变化的临界温度时，将发生金相组织转变。在磨削加工中，由于多数磨粒为负前角切削，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。产生磨削烧伤时，加工表面常会出现黄、褐、紫、青等烧伤色，这是磨削表面在瞬时高温下的氧化下膜颜色。不同
17、的烧伤色，表明工件表面受到的烧伤程度不同。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
18、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机械加工表面质量对零件使用性能的影响在机械加工中，零件的加工表面产生微观不平、残余应力等各种缺陷，虽然仅存于零件极薄的表面层中，却严重影响着机械零件的精度、耐磨性、配合性、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而进一步影响机械的使用性能和使用寿命。3.1表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性将起着关键性的作用。由于零件表面存在着表面粗糙度，当两个零件的表面开始接触时，接触部分集中在其波峰的顶部，因此实
19、际接触面积远远小于名义接触面积，并且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。当两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面积小、压应力大，在接触处的波峰会产生较大的弹性变形、塑性变形及剪切变形，波峰很快被磨平，即使有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，导致零件接触表面的磨损加剧。当然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度过小，接触表面间储存润滑油的能力变差，接触表面容易发生分子胶合、咬焊，同样也会造成磨损加剧。3.2表面质量对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对承受交变载荷的零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度波谷处容
20、易引起应力集中，产生疲劳裂纹。并且表面粗糙度越大，表面划痕越深，其抗疲劳破坏能力越差。表面层残余压应力对零件的疲劳强度影响也很大。当表面层存在残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，提高零件的疲劳强度；当表面层存在残余拉应力时，零件则容易引起晶间破坏，产生表面裂纹而降低其疲劳强度。3.3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响很大。零件表面粗糙度越大，在波谷处越容易积聚腐蚀性介质而使零件发生化学腐蚀和电化学腐蚀。表面层残余压应力对零件的耐腐蚀性能也有影响。残余压应力使表面组织致密，腐蚀性介质不易侵入，有助于提高表面的耐腐蚀能力；残余拉应力的对零件耐腐蚀性能的影响则相反。
21、3.4表面质量对零件间配合性质的影响相配零件间的配合性质是由过盈量或间隙量来决定的。在间隙配合中，如果零件配合表面的粗糙度大，则由于磨损迅速使得配合间隙增大，从而降低了配合质量，影响了配合的稳定性；在过盈配合中，如果表面粗糙度大，则装配时表面波峰被挤平，使得实际有效过盈量减少，降低了配合件的联接强度，影响了配合的可靠性；如果表面硬化严重，将可能造成表面层金属与内部金属脱落的现象，从而破坏配合性质和配合精度。3.5表面质量对零件其他性能的影响滑动零件的表面粗糙度Ra决定摩擦系数、运动灵活性高低，发热和功率损失大小；表面层的残余应力会使零件在使用过程中继续变形，失去原有的精度，机器工作性能恶化等。
22、4控制表面质量的途径4.1降低表面粗糙度的加工方法4.1.1超精密切削和低粗糙度磨削加工1.超精密切削加工 超精密切削是指表面粗糙度为Ra0.04m以下的切削加工方法。超精密切削时，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保证工件表面上的残留面积小，从而获得极小的表面粗糙度。2.低粗糙度磨削加工 为了简化工艺过程，缩短工序周期，有时用低粗糙度磨削替代光整加工。低粗糙度磨削除要求设备精度高外，磨削用量的选择最为重要。在选择磨削用量时，参数之间往往会相互矛盾和排斥。近年来，国内外对磨削用量最优化作了不少研究，分析了磨削用量与磨削力、磨削热之间的关系，并用图表表示各参数的最佳组合，加上计算机的运用，通过指
23、令进行过程控制，使得低粗糙度磨削逐步达到了应有的效果。4.1.2采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工超精密加工、珩磨等都是利用磨条以一定压力压在加工表面上，并作相对运动以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度为Ra0.4m以下的表面加工。该加工工艺由于切削速度低、压强小，所以发热少，不易引起热损伤，并能产生残余压应力，有利于提高零件的使用性能；而且加工工艺依靠自身定位，设备简单，精度要求不高，成本较低，容易实行多工位、多机床操作，生产效率高，因而在大批量生产中应用广泛。4.2改善表面物理力学性能的加工方法表面层的物理力学性能对零件的使用性能及寿命影响很大，如果在最终工序
24、中不能保证零件表面获得预期的表面质量要求，则应在工艺过程中增设表面强化工序来保证零件的表面质量。机械强化是指通过对工件表面进行冷挤压加工，使零件表面层金属发生冷态塑性变形，从而提高其表面硬度并在表面层产生残余压应力的无屑光整加工方法。这种方法工艺简单、成本低，在生产中应用十分广泛，用得最多的是喷丸强化和滚压加工。4.2.1喷丸强化喷丸强化是利用压缩空气或离心力将大量直径为0.44mm的珠丸高速打击零件表面，使其产生冷硬层和残余压应力，可显著提高零件的疲劳强度。喷丸强化工艺可用来加工各种形状的零件，加工后零件表面的硬化层深度可达0.7 mm，表面粗糙度值Ra可由3.2m减小到0.4m，使用寿命可
25、提高几倍甚至几十倍。4.2.2滚压加工滚压加工是在常温下通过淬硬的滚压工具（滚轮或滚珠）对工件表面施加压力，使其产生塑性变形，将工件表面上原有的波峰填充到相邻的波谷中，从而以减小了表面粗糙度值，并在其表面产生了冷硬层和残余压应力，使零件的承载能力和疲劳强度得以提高。5提高机械加工工件表面质量的措施5.1制订科学合理的工艺规程是保证工件表面质量的基础。科学合理的工艺规程是加工工件的方法依据。只有制订了科学合理的工艺规程，才能为加工工件表面质量满足要求提供科学合理的方法依据，使加工工件表面质量满足要求成为可能。对科学合理的工艺规程的要求是工艺流程要短，定位要准确，选择定位基准时尽量使定位基准与设计
26、基准重合。5.2合理的选择切削参数是保证加工质量的关键。选择合理的切削参数可以有效抑制积屑瘤的形成，降低理论加工残留面积的高度，保证加工工件的表面质量。切削参数的选择主要包括切削刀具角度的选择、切削速度的选择和切削深度及进给速度的选择等。试验证明，主偏角、副偏角及刀尖圆弧半径对零件表而粗糙度都有直接影响。在进给量一定的情况下，减小主偏角和副偏角，或增大刀尖圆弧半径，可减小表面粗糙度。另外，适当增大前角和后角，可减小切削变形和前后刀面间的摩擦，抑制积屑瘤的产生也可减小表面粗糙度。比如在加工塑性材料时若选择较大前角的刀具可以有效抑制积屑瘤的形成，这是因为刀具前角增大时，切削力减小，切削变形小，刀具
27、与切屑的接触长度变短，减小了积屑瘤形成的基础。5.3合理的选择切削液是保证加工工件表面质量的必要条件。选择合理的切削液可以改善工件与刀具间的摩擦系数，可降低切削力和切削温度，从而减轻刀具的磨损，以保证工件的加工质量。5.4工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要。工件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要，因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。5.5在加工过程中通过改变某些量来提高表面粗糙度 在精加工时，应选择较小的进给量f、较小的主偏角kr和副偏角kr、较大的
28、刀尖圆弧半径r，以得到较小的表面粗糙度；加工塑性材料时，采用较高的切削速度可防止积屑瘤的产生，减小表面粗糙度；根据工件材料、加工要求，合理选择刀具材料，有利于减小表面粗糙度；适当的增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度；对工件材料进行适当的热处理，以细化晶粒，均匀晶粒组织，可减小表面粗糙度；选择合适的切削液，减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，减小切削变形，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，可以大大关小表面粗糙度。 6结论由于机械加工表面对机器零件的使用性能如耐磨性、接触刚度、疲劳强度、配合性质、抗腐蚀性能及精度的稳定性等有很大的影响，
29、因此对机器零件的重要表面应提出一定的表面质量要求。由于影响表面质量的因素是多方面的,只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺措施，对表面质量根据需要提出比较 经济 适用性的要求,减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、寿命和可靠性。7致谢毕业设计能顺利完成，是因为在设计当中得到了许多人的帮助。首先非常感谢我的指导老师。从课题的选取、研究、到最后设计的结束，帮助我解决了不少困难。为了我们能顺利的完成毕业设计她提前二个多月就给我们打电话，让我们从现在就开始准备资料，为我们鼓气、关心我们在外面的生活。每个学生的课题不一样，但是他对每一
30、个课题都有独到的见解，能给每位同学做到深入的指导，这与他每天孜孜不倦的学习息息相关。在此，我向您表示我真诚的谢意！从设计的开始到结束许多老师和同学给了我很多的帮助。在此，我感谢所有帮助过我的人。你们的付出是伟大的，你们的付出不会白费，我一定好好努力。对社会做出应有的贡献。 8参考文献1寇元哲，影响机械加工表面质量的因素分析J。甘肃科技，2007,72 林艳华，机械零件加工质量分析与控制。化学工业出版社，20123张福润，徐鸿本，刘延林主编机械制造基础。华中科技大学出版社，2000 4 荆长生，李俊山，机械制造工艺学学习指导与习题。陕西科学技术出版社，20075 杨世春，表面质量与光整技术。机械工业出版社，20006于骏一，邹青，机械制造基础，机械工业出版社，20047焦士仲，金属切削原理M北京：机械工业出版社，19918 花国操，互换性与技术测量基础M。北京：北京理工大学出版社，19959 张秀珍晋其纯，机械加工质量控制与检测。北京大学出版社，200810 王先逵，机械制造工艺学。机械工业出版社，2002
