試論影響機械加工表面質量的因素及采取的措施.doc

1、編號 00000000學院機電系畢業(yè)論文論文題目：試論影響機械加工表面質量的因素及采取的措施 專業(yè)班級：0000000000000000000學生學號： 00000000學生姓名： 00 老師姓名： 000 答辯時間： 2011年6月 成 績： 2011年5月題目：試論影響機械加工表面質量的因素及采取的措施學生與指導老師姓名：XXX XXX學院及系名稱：XXXXXXX學院 機電系摘 要：在機械加工中，有很多因素影響工件表面質量，如何使工件的表面質量達到要求，如何減小各因素對工件表面質量的影響，就成為加工前必須考慮的問題，通過對影響機械加工表面質量的因素進行分析，并提出提高工件表面質量的措施。關

2、鍵詞：機械加工 表面質量 影響因素 目 錄前言51. 影響機械加工表面質量的因素51.1耐磨性對表面質量的影響51.2疲勞強度對表面質量的影響51.3耐蝕性對表面質量的影響52影響加工表面粗糙度的工藝因素及控制措施 5 2.1切削加工5 2.1.1.刀具的幾何參數(shù)、材料和刃磨質量 52.1.2切削條件 62.1.3工藝系統(tǒng)的精度和剛度 62.2磨削加工 6 2.2.1砂輪 6 2.2.2磨削用量 6 2.3減小機械加工表面粗糙度的加工方法 72.3.1超精密切削 72.3.2超精加工 72.3.3珩磨 72.3.4研磨 72.3.5拋光 73. 影響加工表面層物理機械性能的因素 83.1影響零

3、件表面層物理力學性能的工藝因素及控制措施 8 3.1.1.表面層的加工硬化 8 3.1.2.表面殘余應力 8 3.1.3.表面層的金相組織變化磨削燒傷 83.2影響磨削燒傷的因素 9 3.2.1 磨削用量 9 3.2.2 砂輪特性 9 3.2.3 冷卻方法 94. 影響機械加工精度的主要因素 94.1 加工原理誤差94.2 機床幾何誤差及磨損其對加工精度的影響94.3 刀具、夾具的制造誤差及磨損94.4工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差104.5 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 105. 機械加工表面質量對零件使用性能的影響 115.1表面質量對耐磨性的影響 115.2表面質量對零件抗腐蝕性能的影響 11

4、5.3表面質量對零件疲勞強度的影響 115.4表面質量對配合性質的影響 116提高機械加工精度的途徑 126.1 減少原始誤差 126.2 補償原始誤差 126.3 轉移原始誤差 126.4 均分原始誤差 126.5 均化原始誤差136.6 就地加工法137提高機械加工工件表面質量的措施137.1 制定合理的工藝規(guī)程137.2合理的選擇切削參數(shù) 137.3合理的選擇切削液 137.4工件主要工作表面最終工序加工方法 148結論149致謝 1510參考文獻16前 言機器由機械零件裝配而成，機器的失效是個別零件的失效造成的，其根本原因是零件喪失了其應具備的使用性能。而研究與生產(chǎn)實踐表明，零件的失效

5、大都從表面開始，零件表面質量的高低是決定其使用性能好壞的重要因素。因此，正確地理解零件表面質量內涵，分析機械加工過程中影響加工表面質量的各種工藝。因素，改善表面質量、提高產(chǎn)品使用性能具有重要的意義。1.影響機械加工表面質量的因素1.1耐磨性對表面質量的影響一個剛加工好的摩擦副的兩個接觸表面之間，最初階段在表面粗糙的峰部觸，實際接觸面積遠小于理論接觸面積，在相互接觸的部有非常大的單位應力，使實際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞，引起嚴重磨損。1.2疲勞強度對表面質量的影響在交變載荷作用，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半

6、徑愈大，抗疲勞破壞的能力就愈差。殘余應力對零件疲勞強度的影響很大。表面層殘余拉應力將使疲勞裂紋擴大，加速疲勞破壞;而表面層殘余應力能夠阻止疲勞裂紋的擴展，延緩疲勞破壞的產(chǎn)生。1.3耐蝕性對表面質量的影響零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，則凹谷中聚積腐蝕性物質就愈多。抗蝕性就愈差。表面層的殘余拉應力會產(chǎn)生應力腐蝕開裂，降低零件的耐磨性，而殘余壓應力則能防止應力腐蝕開裂。2.影響加工表面粗糙度的工藝因素及控制措施2.1切削加工2.1.1.刀具的幾何參數(shù)、材料和刃磨質量刀具的幾何參數(shù)中對表面粗糙度影響最大主要是副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑。在一定的條件下，減小副偏角、主偏角

7、、刀尖圓弧半徑都可以降低表面粗糙度。在同樣條件下，硬質合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速鋼刀具，而金剛石、立方氮化硼刀具又優(yōu)于硬質合金，但由于金剛石與鐵族材料親和力大，故不宜用來加工鐵族材料。另外，刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影響加工表面的粗糙度，因此，提高刀具的刃磨質量，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值應低于工件的粗糙度值。 2.1.2切削條件與切削條件有關的工藝因素，包括切削用量、冷卻潤滑情況。中、低速加工塑性材料時，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，所以，提高切削速度，減少積屑瘤和鱗刺，減小零件已加工表面粗糙度值；對于脆性材料，一般不會形成積屑瘤和鱗刺，所以，切削速度對表面粗糙度基本上無

8、影響。進給速度增大，塑性變形也增大，表面粗糙度值增大，所以，減小進給速度可以減小表面粗糙度值，但是，進給量減小到一定值時，粗糙度值不會明顯下降。正常切削條件下，切削深度對表面粗糙度影響不大，因此，機械加工時不能選用過小的切削深度。合理選用切削液，對工件起到冷卻、潤滑作用，減少被加工材料的變形和摩擦，降低切削區(qū)溫度，抑制積屑瘤和鱗刺的生成，是減少表面粗糙度值有效途徑。 2.1.3工藝系統(tǒng)的精度和剛度要想獲得很小表面粗糙度，要求工藝系統(tǒng)具有足夠的運動精度和剛度。 2.2磨削加工影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素2.2.1砂輪1）粒度磨粒越細，單位面積上的磨粒數(shù)越多，刻劃溝痕越細密，表面粗糙度越小。但

9、磨粒過細，砂輪易堵塞，磨削性能下降，磨削力和磨削溫度下降，反而增大表面粗糙度，甚至出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象。2）硬度砂輪的硬度要適中，太軟，磨粒易脫落，使粗糙度增加；太硬，磨鈍了的磨粒又不易脫落，堵塞砂輪，增加工件材料的塑性變形，也會使工件表面變粗糙。3）砂輪修整砂輪磨鈍后必須進行認真修整，目的是使砂輪具有正確的幾何形狀和銳利刀刃。砂輪修整的質量越好，砂輪的表面磨粒的等高性越好，磨削出表面粗糙度值越小。 2.2.2磨削用量1）砂輪轉速提高砂輪轉速，可以減小表面粗糙度。2）工件轉速增大工件轉速，塑性變形增加，表面粗糙度值也增加。3）工件材料若工件的材料硬度太高，磨粒易磨鈍，不易提高表面質量；若工件材料的塑性

10、、韌性較大，變形大，易堵塞砂輪，也得不到較小表面粗糙度值。 2.3減小機械加工表面粗糙度的加工方法 2.3.1超精密切削超精密切削是指加工精度高于亞微米（0.1um）級，表面粗糙度值Ra在0.025um以下的切削加工方法。單晶金剛石車刀是目前應用最廣泛的超精密切削刀具材料，常用來加工銅、鋁或其它有色金屬材料，獲得超精密表面。 2.3.2超精加工超精加工是一種由切削過程過渡到摩擦拋光過程的加工方法，能獲得較高加工表面粗糙度（Ra=0.010.1um）。目前，超精加工廣泛用于曲軸、凸輪軸、刀具、軸承、精密量儀及電子儀器等精密零件。 2.3.3珩磨珩磨是利用珩磨工具（細粒度油石或油條）對工件表面施加

11、一定的壓力，同時作相對旋轉和往復直線運動，切削工件上極小余量精加工方法。目前廣泛應用于中小批生產(chǎn)中孔的精加工，加工孔的范圍很大，直徑從幾毫米到1米，長度從10毫米到20米，珩磨后的工件表面粗糙度值控制在0.0250.2mm之間，圓度和圓柱度在0.0030.005mm之間。 2.3.4研磨研磨是用研磨工具（研棒或研套）和研磨劑從工件表面上研去一層極薄金屬的精加工方法，能獲得很高表面質量和加工精度。研磨后的工件尺寸和形狀誤差可達0.10.3mm,表面粗糙度Ra可以達到0.010.04mm。 2.3.5拋光拋光加工是用涂敷有拋光膏的布輪、皮輪等軟性工具，利用機械、化學或電化學作用去除工件表面微觀不平

12、處的峰頂，以獲得光亮、平整表面的加工方法。拋光加工多用于要求很低表面粗糙度、尺寸精度要求不太嚴格的場合。3.影響加工表面層物理機械性能的因素 3.1影響零件表面層物理力學性能的工藝因素及控制措施機械加工過程中，在切削力和切削熱的作用下，工件表面一定深度內的表面層材料沿徑向產(chǎn)生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒拉長并纖維化，金相組織發(fā)生變化，導致材料物理、機械性能不同于基體材料，形成變質層（加工硬化、殘余應力、金相組織變化等），從而影響零件表面質量。 3.1.1.表面層的加工硬化表面層的加工硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形時力、變形速度和變形溫度。試驗證明，力越大，塑性變形就越大，產(chǎn)生的加工硬化也越大；變形速度

13、越大，塑性變形就越不充分，產(chǎn)生硬化程度相應減??；變形溫度高，則硬化程度減小。因此，提高切削速度、減小進給量和背吃刀量，都可以減小切削變形和切削力，減輕加工硬化；增大刀具前角和后角、減小刃口鈍圓半徑，提高刀具的鋒利性，可以減小擠壓變形和切削力，從而減輕加工硬化；另外，合理用切削液、減小刀具后刀面與加工表面間摩擦,同樣降低加工硬化程度。各種機械加工方法加工鋼件時表層加工硬化情況不同。 3.1.2.表面殘余應力機械加工后，工件表面層的殘余應力是冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化三者綜合作用結果。切削加工時主要由冷態(tài)塑性變形引起的殘余應力，磨削加工時主要是熱態(tài)塑性變形和金相組織變化引起體積變化而

14、產(chǎn)生的殘余應力。總之，凡能減小塑性變形和降低切削或磨削溫度的因素，都可以減少零件表層殘余應力。 3.1.3.表面層的金相組織變化磨削燒傷機械加工中，因變形和摩擦所消耗的能量大部分轉變?yōu)榍邢鳠幔斍邢鲄^(qū)溫度達到臨界點（727）時，表層金屬會發(fā)生金相組織變化。只有磨削加工，由于磨削速度高，磨削厚度小，磨粒負前角切削等原因，產(chǎn)生的熱量比切削加工大得多，磨削區(qū)溫度很高（工件表面層溫度達900以上），容易引起金相組織變化，導致強度和硬度下降，產(chǎn)生殘余應力，出現(xiàn)微觀裂紋，嚴重時產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。 3.2影響磨削燒傷的因素： 3.2.1磨削用量 當磨削深度增大時，工件表層的溫度則明顯增加，易引起燒傷或加劇燒傷，

15、故磨削深度不能太大；同時提高工件轉速和砂輪轉速，既可以減輕工件表面的燒傷，又可以提高生產(chǎn)率；增大工件的縱向進給速度，磨削區(qū)表面溫度降低，燒傷減小，為了彌補縱向進給速度增大而導致表面粗糙度值增大，可采用較寬砂輪進行磨削加工。 3.2.2砂輪特性 為了降低磨削區(qū)溫度，減輕燒傷，應采用硬度較軟、組織疏松、粗粒度及結合劑彈性好的砂輪。 3.2.3冷卻方法 采用切削液能有效地降低切削區(qū)溫度，可以避免燒傷。目前，通用的冷卻方法效果較差，實際上沒有多少切削液進入磨削區(qū)，比較最有效的冷卻方法有內冷卻、高壓大流量冷卻法、噴霧冷卻潤滑法和浸油砂輪等。4.影響機械加工精度的主要因素4.1 加工原理誤差 加工過程由于

16、采用了近似的加工方法,近似的傳動或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的加工誤差。 4.2 機床幾何誤差及磨損其對加工精度的影響 加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的,因此工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有:主軸回轉誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。 4.3 刀具、夾具的制造誤差及磨損 刀具誤差對加工精度的影響隨刀具的種類不同而不同。一般刀具(如車刀、鏜刀及銑刀等)的制造誤差,對加工精度沒有直接的影響;定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、拉刀及槽銑刀等)的尺寸誤差,直接影響被加工零件的尺寸精度;成形刀具(成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等)的誤差,主要影響被加工面的

17、形狀精度。而刀具的磨損會直接影響刀具相對被加工表面的位置,造成被加工零件的尺寸誤差,夾具的作用是使工件相對于刀具和機床具有正確的位置,因此夾具的制造誤差對工件的加工精度(特別是位置精度)有很大影響。夾具的制造誤差由定位誤差、夾緊誤差、夾具的安裝誤差、導引誤差、分度誤差以及夾具的磨損組成。夾具的磨損會引起工件的定位誤差。 4.4工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 工藝系統(tǒng)是一彈性系統(tǒng),在加工時由于切削力、夾緊力和傳動力等作用會產(chǎn)生相應變形破壞了刀具和工件間的正確位置,從而產(chǎn)生加工誤差。 切削過程中,工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力著力點位置的變化而變化,引起系統(tǒng)變形的差異,使被加工表面產(chǎn)生形狀誤差。 工件的毛坯外

18、形雖然具有粗略的零件形狀,但它在尺寸、形狀以及表面層材料硬度上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷發(fā)生變化,從而導致切削力的變化,進而引起工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應的變形,使得零件在加工后還保留與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差。4.5 工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 機械加工中,工藝系統(tǒng)在各種熱源的作用下產(chǎn)生一定的熱變形。由于工藝系統(tǒng)熱源分布的不均勻性及各環(huán)節(jié)結構、材料的不同,使工藝系統(tǒng)各部分的變形產(chǎn)生差異,從而破壞了刀具與工件的準確位置及運動關系,產(chǎn)生加工誤差。尤其對于精密加工,熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%70%。 機床受熱源的影響,各部分溫度將發(fā)生變化,由于熱源分布的不均勻和機

19、床機構的復雜性,機床的各部件發(fā)生不同程度的熱變形,破壞了機床各部件原有的相互位置關系,影響加工精度。不同類型的機床由于熱源不同,對加工精度影響也不同。 盡管在切削加工中傳入刀具的熱量只有3%5%,但由于刀具的尺寸和熱容量小,故仍有很高的溫升,從而引起刀具的熱伸長并造成加工誤差。粗加工時刀具的熱變形對加工精度的影響可忽略不計;對于加工要求較高的零件,刀具的熱變形對加工精度影響較大,使加工表面產(chǎn)生形狀誤差。例如用高速鋼刀具車削時,刃部的溫度高達700800,刀具熱伸長量可達0.03 mm0.05 mm。 工件的熱變形主要是由切削熱引起的,熱變形情況與加工方法和是否均勻受熱有關。 5. 機械加工表面

20、質量對零件使用性能的影響在機械加工中，零件的加工表面產(chǎn)生微觀不平、殘余應力等各種缺陷，雖然僅存于零件極薄的表面層中，卻嚴重影響著機械零件的精度、耐磨性、配合性、抗腐蝕性和疲勞強度等，從而進一步影響機械的使用性能和使用壽命。 5.1表面質量對耐磨性的影響零件的耐磨性不僅與材料、潤滑條件有關，而且還與零件的表面質量有關。當兩個表面接觸時，開始時接觸表面實際上是一些凸峰頂部接觸，實際接觸面積是理論接觸面積的一小部分。在外力的作用下，凸峰接觸部分將產(chǎn)生很大的壓強，當零件作相對運動時，接觸處的部分凸峰就會產(chǎn)生塑性變形被磨掉。實驗證明，表面越粗糙，凸峰處壓力越大，磨損加快；表面粗糙度值小，零件接觸面積大，

21、耐磨性就好。若表面粗糙度值過小，將使緊密接觸的兩個光滑表面間的貯油能力變差，潤滑條件惡化，變成干摩擦，加劇磨損。所以，并不是表面粗糙度值越小越耐磨，表面粗糙度與初期磨損量之間存在一個最佳值。 5.2表面質量對零件抗腐蝕性能的影響當零件在有腐蝕性介質的環(huán)境下工作時，腐蝕性介質容易吸附和積聚在粗糙表面的谷處，并通過微細裂紋向內滲透。實踐證明，表面粗糙度越高，零件的腐蝕作用越強烈。此外，表面殘余應力對零件的耐腐蝕性也有較大的影響。殘余壓應力使零件表面緊密，阻礙腐蝕性物質進入，可增強零件耐腐蝕性；而殘余拉應力則可降低耐腐蝕性。因此，減小零件表面粗糙度、使表面具有適當?shù)臍堄鄳图庸び不?，均可提高抗腐蝕

22、性能。 5.3表面質量對零件疲勞強度的影響在交變載荷作用下，零件表面微觀不平、劃痕等都會引起應力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋造成零件的疲勞破壞。實驗表明，對于承受交變載荷的零件，減小其容易產(chǎn)生應力集中部位（如圓角、溝槽處）的表面粗糙度，可以明顯提高零件的疲勞強度。另外，當表面層殘余應力為拉應力時，在拉力作用下，會使表面的裂紋擴大而降低疲勞強度；而殘余壓應力則可以延緩疲勞裂紋擴展，提高零件疲勞強度。表面層的加工硬化能阻礙疲勞裂紋的出現(xiàn)，但硬化程度過大反而會降低疲勞強度。 5.4表面質量對配合性質的影響對于間隙配合，如果表面太粗糙，會使配合表面很快磨損而增大配合間隙，降低配合精度，特別對于液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)

23、的元件，會使泄露量增大，造成機器不能正常工作；對于過盈配合而言，如果表面粗糙度值過大，裝配時配合表面的波峰會被擠平，減小了實際過盈量，降低了配合件的連接強度，從而影響了配合的可靠性。因此，有配合要求的表面一般都要求有適當小的表面粗糙度，配合要求越高，要求配合的表面粗糙度值越小。6 .提高機械加工精度的途徑6.1 減少原始誤差 這種方法是生產(chǎn)中應用較廣的一種基本方法。它是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素之后，設法消除或減少這些因素。例如細長軸的車削，現(xiàn)在采用了大走刀反向車削法，基本消除了軸向切削力引起的彎曲變形。若輔之以彈簧頂尖，則可進一步消除熱變形引起的熱伸長的影響。 6.2 補償原始誤差 誤差補

24、償法，是人為地造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中的原始誤差。當原始誤差是負值時人為的誤差就取正值，反之，取負值，并盡量使兩者大小相等;或者利用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差，也是盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達到減少加工誤差，提高加工精度的目的。 6.3 轉移原始誤差 誤差轉移法實質上是轉移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等。誤差轉移法的實例很多。如當機床精度達不到零件加工要求時，常常不是一味提高機床精度，而是從工藝上或夾具上想辦法，創(chuàng)造條件，使機床的幾何誤差轉移到不影響加工精度的方面去。如磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不是靠機床主軸的回轉精度來保證，而是靠夾具保證。當機床主

25、軸與工件之間用浮動聯(lián)接以后，機床主軸的原始誤差就被轉移掉了。 6.4 均分原始誤差 在加工中，由于毛坯或上道工序誤差（以下統(tǒng)稱“原始誤差”）的存在，往往造成本工序的加工誤差，或者由于工件材料性能改變，或者上道工序的工藝改變，引起原始誤差發(fā)生較大的變化，這種原始誤差的變化，對本工序的影響主要有兩種情況：誤差復映，引起本工序誤差;定位誤差擴大，引起本工序誤差。 解決這個問題，最好是采用分組調整均分誤差的辦法。這種辦法的實質就是把原始誤差按其大小均分為n組，每組毛坯誤差范圍就縮小為原來的1/n，然后按各組分別調整加工。6.5 均化原始誤差 對配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨工藝。研具本身并不要求

26、具有高精度，但它能在和工件作相對運動過程中對工件進行微量切削，高點逐漸被磨掉最終使工件達到很高的精度。這種表面間的摩擦和磨損的過程，就是誤差不斷減少的過程。這就是誤差均化法。它的實質就是利用有密切聯(lián)系的表面相互比較，相互檢查從對比中找出差異，然后進行相互修正或互為基準加工，使工件被加工表面的誤差不斷縮小和均。在生產(chǎn)中，許多精密基準件都是利用誤差均化法加工出來的。6.6 就地加工法 在加工和裝配中有些精度問題，牽涉到零件或部件間的相互關系，相當復雜，如果一味地提高零、部件本身精度，有時不僅困難，甚至不可能，若采用就地加工法的方法，就可能很方便地解決看起來非常困難的精度問題。就地加工法在機械零件加

27、工中常用來作為保證零件加工精度的有效措施。 結束語 在機械加工中，誤差是不可避免的，只有對誤差產(chǎn)生的原因進行詳細的分析，才能采取相應的預防措施減少加工誤差，提高機械加工精度。 7、提高機械加工工件表面質量的措施7.1 制定合理的工藝規(guī)程制訂科學合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質量的基礎?？茖W合理的工藝規(guī)程是加工工件的方法依據(jù)。只有制訂了科學合理的工藝規(guī)程，才能為加工工件表面質量滿足要求提供科學合理的方法依據(jù)，使加工工件表面質量滿足要求成為可能。對科學合理的工藝規(guī)程的要求是工藝流程要短，定位要準確，選擇定位基準時盡量使定位基準與設計基準重合。7.2合理的選擇切削參數(shù)選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質量。切削參數(shù)的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進給速度的選擇等。試驗證明，在加工塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因為刀具前角增大時，切削力減小，切削變形小，刀具與切屑的接觸長度變短，減小了積屑瘤形成的基礎。7.3合理的選擇切削液選擇合理的切削液可