影響機械加工表面質量的因素及采取的措施

1、 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（頁面設置：頁邊距：上 2.6cm，下 2.6cm，左 2.5cm，右 2cm，行間距 20 磅，裝訂線位置左，裝訂線 1cm，）影響機械加工表面質量的因素及改進措施（以下各項居中列，黑體小四號）年 級: 11 級機電 學 號: 20110301010 姓 名: 丁 凱 專 業(yè): 機 電 一 體 化 指導老師: 張 樹 剛 （填寫時間要用中文）二零一四年四月 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 2 頁 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 3 頁 共 19 頁院 系 呼倫貝爾職業(yè)技術學院 專 業(yè) 機電一體化 年 級 11 級

2、機電 姓 名 丁 凱 題 目 影響機械加工表面質量的因素及改進措施 指導教師評 語 指導教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 4 頁 共 19 頁畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 任任 務務 書書班 級 學生姓名 學 號 專 業(yè) 發(fā)題日期： 年 月 日 完成日期： 年 月 日題 目 題目類型：工程設計 技術專題研究 理論研究 軟硬件產(chǎn)品開發(fā)一、設計任務及要求 二、應完成的硬件或軟件實驗 三、應交出的設計文件及實物（包括設計論文、程序清單或磁盤、實驗裝置或產(chǎn)品等） 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 5 頁 共 19

3、頁 四、指導教師提供的設計資料 五、要求學生搜集的技術資料（指出搜集資料的技術領域） 六、設計進度安排第一部分 （ 周）第二部分 （ 周）第三部分 （ 周） 評閱及答辯 （ 周） 指導教師： 年 月 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 6 頁 共 19 頁日系主任審查意見：審 批 人： 年 月 日 呼倫貝爾職業(yè)技術學院 2014 年制 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 7 頁 共 19 頁摘 要機械產(chǎn)品的使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產(chǎn)品的零件加工質量密切相關，零件的加工質量是保證產(chǎn)品質量基礎。衡量零件加工質量好壞的主要指標有：加工精度和表面粗糙度。本文主要通過對影響零件表面粗糙度的因素、零件

4、表面層的物理力學性能（表面冷作硬化、殘余應力、金相組織的變化與磨削燒傷） 、表面質量影響零件使用性能等因素的分析和研究，來提高機械加工表面質量的工藝措施。關鍵詞：機械加工；表面質量；影響因素；控制措施 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 8 頁 共 19 頁 AbstractAbstractClosely related to machining quality using the mechanical properties of the product to improve and increase the service life of the product, the quality of

5、parts is the foundation to guarantee the quality of the products. The main indicator to measure the quality of machining quality are: machining accuracy and surface roughness. This paper mainly through the influence of roughness factor, physical and mechanical properties of surface layer (surface co

6、ld work hardening, residual stress, microstructure and grinding burn), analysis and performance study of factors affecting surface quality of parts, to technical measures to improve surface quality of machining.Keywords: Mechanical processing; surface quality; influencing factors; control measures 呼

7、倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 9 頁 共 19 頁目 錄摘 要.IVABSTRACT.V第 1 章 緒 論.11.1 本論文的背景和意義.1 1.2 本論文的主要內(nèi)容.11.3 本論文的結構安排.1第 2 章 影響工件表面質量的因素及改進措施.22.1 加工過程對表面質量的影響.22.1.1 工藝系統(tǒng)的震動對工件表面質量的影響.2 2.1.2 刀具幾何參數(shù)、材料和刃磨質量對表面質量的影響.2 2.1.3 切削液對表面質量的影響.2 2.1.4 工件材料對表面質量的影響.2 2.1.5 磨削燒傷對表面質量的影響.22.2 使用過程中對表面質量的影響.2 2.2.1 耐磨性對表面質量的影響.2 2

8、.2.2 疲勞強度對表面質量的影響.2 2.2.3 腐蝕性對表面質量的影響.22.3 控制表面質量的途徑.2 2.3.1 降低表面粗糙度的加工方法.2 2.3.2 改變表面物理力學性能的加工方法.22.4 提高機械加工工件表面質量的措施.2結 論.5致 謝.6參考文獻.7 呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計第 10 頁 共 19 頁附 錄 1 標題.8附 錄 2 標題.9呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 19 頁第 1 章 緒 論 1.1 本論文的背景和意義在工業(yè)技術飛速發(fā)展的今天機械化生產(chǎn)以走進各大小企業(yè)，與之相關的是各種的機器。而機器就是由機械零件組裝成的，機器的失效就是由個別零件

9、的損壞而造成的，其根本原因是零件喪失了其應該有的性能。而通過研究與生產(chǎn)的實踐證明了，零件的失效基本都是從表面開始的，零件的表面質量好壞是決定其使用性能的好壞的因素。因此，正確的理解零件表面質量的內(nèi)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，通過改變這些因素從而使工件表面質量得到加強，從而提高工件的使用性能。對未來機械行業(yè)的發(fā)展有著重大的意義。 1.2 本論文的主要內(nèi)容（1）了解加工過程中對工件表面質量的影響（2）了解使用過程中對工件表面質量的影響（3）了解控制工件表面質量的途徑（4） 了解提高機械加工工件表面質量的措施1.4 本論文的結構安排（1） 摘要（2） 緒論（3） 影響工件表

10、面質量的因素及改進措施（4） 結論（5） 致謝（6） 參考文獻呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 19 頁第 2 章 影響工件表面質量的因素及改進措施 2.1 加工過程對表面質量的影響2.1.1 工藝系統(tǒng)的震動對工件表面質量的影響 在機械加工的過程中，工藝系統(tǒng)有時會發(fā)出震動，會使刀具的切削刃在加工工件的表面上的切削運動受到干擾和破壞，是加工表面出現(xiàn)震紋，加大表面的粗糙度，使加工表面惡化。2.1.2 刀具幾何參數(shù)、材料和刃磨質量對表面質量的影響 刀具的幾何參數(shù)中對表面粗糙度影響最大主要副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑。在一定條件下，減小副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑都可以降低表面粗糙度。在

11、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、后面刀、切削刃本身的粗糙度直接影響加工表面的粗糙度。2.1.3 切削液對表面質量的影響 切削液的冷卻和潤滑作用能減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，使切削層金屬表面的塑性變形程度下降，抑制積屑瘤的鱗刺的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中對于不同材料合理選用切削液可大大減小工作表面粗糙度。2.1.4 工件材料對表面質量的影響 工件材料的性質；加工塑性材料時，由刀具對金屬的擠壓產(chǎn)生塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，是表面粗糙度值加

12、大。工件材料韌性越好，金屬的塑性變形越大，加工表面就愈越粗糙。加工脆性材料時其切屑呈碎粒狀，由于切削的崩碎而在加工表面留下許多麻點是表面粗糙。 一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙度較大，而韌性較小的塑性材料，加工后易得到較小的表面粗糙度。對于同種材料，其晶粒組織越大，加工表面粗糙的越大。因此，為了減小加工表面粗糙度，常在切削加工前對材料進行調質或正火處理，以獲得均勻細密的晶粒組織和較高的硬度。2.1.5 磨削燒傷對表面質量的影響 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?，當切削區(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，

13、磨粒負錢角切削等原因，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)微觀裂痕，嚴重時產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。 影響磨削燒傷的因素主要是磨削用量、砂輪、工件材料和冷卻條件。由于磨削熱是造成磨削燒傷的根本原因，因此要避免磨削燒傷，就應盡可能減少磨削時產(chǎn)生的熱量及盡量減少傳入工件的熱量。具體可采用下列措施：（1）合理選擇磨削用量不能采用太大的磨削深度，因為當磨削深度增加時，工件的塑性變形會隨之增加，工件表面及里層的溫度都將升高，燒傷亦會增加；工件速度增加，磨削區(qū)表面溫度會增高，但由于熱作用時間減少，因而可減輕燒傷。呼倫貝爾職

14、業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 19 頁（2）工件材料對磨削區(qū)溫度的影響主要取決于它的硬度、強度、韌性和熱導率。工件材料硬度、強度越高，韌性越大，磨削時耗功越多，產(chǎn)生的熱量越多，越易產(chǎn)生燒傷；導熱性較差的材料，在磨削時也容易出現(xiàn)燒傷。（3）砂輪的選擇硬度太高的砂輪，鈍化后的磨粒不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷，因此用軟砂輪較好；選用粗粒度砂輪磨削，砂輪不易被磨削堵塞，可減少燒傷；結合劑對磨削燒傷也有很大影響，樹脂結合劑比陶瓷結合劑容易產(chǎn)生燒傷，橡膠結合劑比樹脂結合劑更易產(chǎn)生燒傷。（4）冷卻條件為降低磨削區(qū)的溫度，在磨削時廣泛采用切削液冷卻。為了使切削液能噴注到工件表面上通常增加切削液的流量和壓力并

15、采用特殊噴嘴，并在砂輪上安裝帶有空氣擋板的切削液噴嘴，這樣既可加強冷卻作用，又能減輕高速旋轉砂輪表面的高壓附著作用，使切削液順利地噴注到磨削區(qū)。此外，還可采用多孔砂輪、內(nèi)冷卻砂輪和浸油砂輪，切削液被引入砂輪的中心腔內(nèi)，由于離心力的作用，切削液再經(jīng)過砂輪內(nèi)部的孔隙從砂輪四周的邊緣甩出，這樣切削液即可直接進入磨削區(qū)，發(fā)揮有效的冷卻作用。 2.2 使用過程中對表面質量的影響2.2.1 耐磨性對表面質量的影響 每個剛加工好的摩檫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,

16、引起嚴重磨損。2.2.2 疲勞強度對表面質量的影響 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。2.2.3 腐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?？?/p>

17、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。 2.3 控制表面質量的途徑2.3.1 降低表面粗糙度的加工方法（1）超精密切削加工 超精密切削是指表面粗糙度為 Ra0.04m 以下的切削加工方法。超精密切削加工最關鍵的問題在于要在最后一道工序切削 0.1m 的微薄表面層，這就既要求刀具呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 19 頁極其鋒利，刀具鈍圓半徑為納米級尺寸，又要求這樣的刀具有足夠的耐用度，以維持其鋒利。目前只有金剛石刀具才能達到要求。超精密切削時，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保證工件表面上的殘留面積小，從而獲得極小

18、的表面粗糙度。（2）小粗糙度磨削加工 為了簡化工藝過程，縮短工序周期，有時用小粗糙度磨削替代光整加工。小粗糙度磨削除要求設備精度高外，磨削用量的選擇最為重要。在選擇磨削用量時，參數(shù)之間往往會相互矛盾和排斥。例如，為了減小表面粗糙度，砂輪應修整得細一些，但如此卻可能引起磨削燒傷；為了避免燒傷，應將工件轉速加快，但這樣又會增大表面粗糙度，而且容易引起振動；采用小磨削用量有利于提高工件表面質量，但會降低生產(chǎn)效率而增加生產(chǎn)成本；而且工件材料不同其磨削性能也不一樣，一般很難憑手冊確定磨削用量，要通過試驗不斷調整參數(shù)，因而表面質量較難準確控制。近年來，國內(nèi)外對磨削用量最優(yōu)化作了不少研究，分析了磨削用量與磨

19、削力、磨削熱之間的關系，并用圖表表示各參數(shù)的最佳組合，加上計算機的運用，通過指令進行過程控制，使得小粗糙度磨削逐步達到了應有的效果。（3）珩磨 珩磨是利用珩磨工具對工件表面施加一定的壓力，同時珩磨工具還要相對工件完成旋轉和直線往復運動，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。珩磨后工件圓度和圓柱度一般可控制在 0.0030.005mm，尺寸精度可達 IT6IT5，表面粗糙度在 Ra0.20.025m 之間。（4）超精加工 超精加工是用細粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤滑條件下，以快而短促的往復運動，對低速旋轉的工件進行振動研磨的一種微量磨削加工方法。（5）拋光 拋光是在布輪、布盤等軟性器具涂上

20、拋光膏，利用拋光器具的高速旋轉，依靠拋光膏的機械刮擦和化學作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光澤的一種加工方法。拋光一般不去除加工余量，因而不能提高工件的精度，有時可能還會損壞已獲得的精度；拋光也不可能減小零件的形狀和位置誤差。工件表面經(jīng)拋光后，表面層的殘余拉應力會有所減少。2.3.2 改善表面物理力學性能的加工方法（1）噴丸強化是利用壓縮空氣或離心力將大量直徑為 0.44mm 的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應力，可顯著提高零件的疲勞強度。珠丸可以采用鑄鐵、砂石以及鋼鐵制造。所用設備是壓縮空氣噴丸裝置或機械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以3550mms 的速度噴出。噴丸強化

21、工藝可用來加工各種形狀的零件，加工后零件表面的硬化層深度可達 0.7 mm，表面粗糙度值 Ra 可由 3.2m 減小到 0.4m，使用壽命可提高幾倍甚至幾十倍。（2）滾壓加工 滾壓加工是在常溫下通過淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應力，使零件的承載能力和疲勞強度得以提高。滾壓加工可使表面粗糙度 Ra 值從 1.255m 減小到 0.80.63m，表面層硬度一般可提高20%40%，表面層金屬的耐疲勞強度可提高 30%50%。滾壓用的滾輪常用碳素工具鋼 T12A 或者

22、合金工具鋼 CrWMn、Cr12、CrNiMn 等材料制造，淬火硬度在 6264HRC；或用硬質合金YG6、YT15 等制成；其型面在裝配前需經(jīng)過粗磨，裝上滾壓工具后再進行精磨。（3）金剛石壓光 金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應用。壓光后的零件表面粗糙度可達 Ra0.40.02m，耐磨性比磨削后的提高 1.53 倍，但比研磨后的低 2040%，而生產(chǎn)率卻比研磨高得多。金剛石壓光用的機床必須是高精度機床，它要求機床剛性好、抗振性好，以免損壞金剛石。此外，它還要求機床主軸精度高，徑向跳動和軸向竄動在 0.01mm 以內(nèi)，主軸轉速能在 250060

23、00 r/min 的范圍內(nèi)無級調速。機床主軸運動與進給運動應分離，以保證壓光的表面質量。（4）液體磨料強化 液體磨料強化是利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強度的一種工藝方法。工作時液體和磨料在400800Pa 壓力下，經(jīng)過噴嘴高速噴出，射向工件表面，借磨粒的沖擊作用，碾壓加工表面，工件表面產(chǎn)生塑性變形，變形層僅為幾十微米。加工后的工件表面具有殘余壓應力，提高了工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強度。呼倫貝爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 15 頁 共 19 頁 2.4 提高機械加工工件表面質量的措施（1）制訂科學合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質量的基礎

24、?？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。（2）合理的選擇切削參數(shù)是保證加工質量的關鍵。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，主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑對零件表而粗糙度都有直接影響。在進給量一定的情況下，減小主偏角和副偏角，或

25、增大刀尖圓弧半徑，可減小表面粗糙度。另外，適當增大前角和后角，可減小切削變形和前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生也可減小表面粗糙度。比如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。（3）合理的選擇切削液是保證加工工件表面質量的必要條件。選擇合理的切削液可以改善工件與刀具間的摩擦系數(shù)，可降低切削力和切削溫度，從而減輕刀具的磨損，以保證工件的加工質量。（4）選擇合適的切削液，減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，減小切削變形，抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，可以大大關小表面粗糙度。呼倫貝

26、爾職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 第 16 頁 共 19 頁結 論 通過這三年來在學校里的的學習讓我知道了由于機械加工表面對機器零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強度、配合性質、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響，因此對機器零件的重要表面應提出一定的表面質量要求。由于影響表面質量的因素是多方面的,只有了解和掌握影響機械加工表面質量的因素，才能在生產(chǎn)實踐中，采取相應的工藝措施，對表面質量根據(jù)需要提出比較 經(jīng)濟 適用性的要求,減少零件因表面質量缺陷而引起的加工質量問題，從而提高機械產(chǎn)品的使用性能、壽命和可靠性。在未來的時代里機械加工的技術可能會更加的成熟，從而使機械加工的技術走上更高的一層樓，我作為新一代的大學生我會更加努力的去學習新的技術，使未來機械加工的新技術上能有我的腳步。呼