切削加工表面完整性研究現(xiàn)狀

1、入R注一人個網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：切削加工表面完整性研究現(xiàn)狀學(xué)習(xí)中心：層次：專科起點本科專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化年級：年季學(xué)號：學(xué)生：指導(dǎo)教師：完成日期：年月日內(nèi)容摘要機(jī)械加工得到的零件表面完整性特征可分為三類：（1）表面形貌特征：表面缺陷、表面紋理和表面粗糙度等；（2）表面機(jī)械性能：殘余應(yīng)力和顯微硬度等；（3）金相組織變化：加工變質(zhì)層、白層、夾雜物等。本文圍繞切削加工后零件表面完整性三類特征指標(biāo)，系統(tǒng)論述了各自的研究發(fā)展歷程，重點對表面粗糙度、殘余應(yīng)力、顯微硬度、白層及變質(zhì)層進(jìn)行了歸納，概括了各自的研究方案、技術(shù)手段及研究成果。關(guān)鍵詞：切削加工；表面完整性；研究現(xiàn)狀目錄

2、內(nèi)容摘要I.刖H11 切削加工表面完整性研究的發(fā)展21.1 表面完整性的提出及發(fā)展21.2 表面完整性研究意義22表面粗糙度研究33殘余應(yīng)力研究43.1 殘余應(yīng)力的生成機(jī)理研究43.2 殘余應(yīng)力影響因素的實驗研究44加工硬化研究54.1 加工硬化的影響因素研究54.2 材料特性對工件加工硬化的影響54.3 顯微硬度沿工件深度方向的分布規(guī)律研究55切削加工白層研究65.1 白層的形成機(jī)制65.2 白層的影響因素研究65.2.1 切削參數(shù)對白層的影響65.2.2 工件材料特性對白層的影響76變質(zhì)層研究86.1 變質(zhì)層的組織特點86.2 切削參數(shù)對變質(zhì)層的影響8參考文獻(xiàn)9前言機(jī)械加工得到的零件表面完

3、整性特征可分為三類：（1）表面形貌特征：表面缺陷，表面紋理和表面粗糙度等；（2）表面機(jī)械性能：殘余應(yīng)力和顯微硬度等；（3）金相組織變化：加工變質(zhì)層，白層、夾雜物等。零件的表面完整性影響著零件的后續(xù)加工以及最終使用性能，尤其在航空航天領(lǐng)域?qū)﹃P(guān)鍵零件的耐磨性能和耐疲勞性能要求很高。表面完整性中的殘余應(yīng)力如果是殘余壓應(yīng)力可以減小零件表面裂紋的擴(kuò)展，提高耐疲勞性能，而拉伸殘余應(yīng)力則會加速表面裂紋的擴(kuò)展，加速了零件的疲勞破壞，且在有應(yīng)力集中或者有腐蝕性介質(zhì)存在的工況下，殘余拉應(yīng)力對零件疲勞強(qiáng)度的影響更為突出；加工硬化會降低零件表面的塑形和韌性，對零件的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命不利，但是均勻的加工硬化有利于提高

4、零件的硬度和耐磨性；白層有耐蝕和硬度高的特點，但是其內(nèi)部常常含有裂紋，脆性大且與基體結(jié)合不牢固，容易發(fā)生早期剝落脫離；變質(zhì)層的產(chǎn)生會引起加工表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力和微觀組織結(jié)構(gòu)的改變，由于其組織均勻性較差且伴有裂紋，容易降低零件的耐磨性和耐疲勞性能。殘余應(yīng)力、加工硬化、白層和加工變質(zhì)層，這些表面完整性指標(biāo)是加工過程中切削力、切削熱以及相變綜合作用的結(jié)果。表面完整性的好壞直接決定著零件的工作性能和使用壽命。1切削加工表面完整性研究的發(fā)展1.1 表面完整性的提出及發(fā)展表面完整性是在美國金屬切削研究協(xié)會在1964年召開的一次技術(shù)座談會上由Field和Kahles首次提出的。所謂表面完整性是指表面粗糙度、表

5、層殘余應(yīng)力、表層顯微組織、表層致密度和表面類裂紋等狀態(tài)的完好程度。金屬材料的耐疲勞強(qiáng)度、耐應(yīng)力腐蝕和耐高溫氧化等力學(xué)、物理和化學(xué)性能，絕大程度上取決于材料的表面完整性。表面完整性具體包含兩方面的內(nèi)容：本部分可從幾何方面和物理方面分別論述表面完整性研究內(nèi)容。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。1.2 表面完整性研究意義本部分可從表面形貌特征中的表面缺陷和表面粗糙度；表面機(jī)械性能中的殘余應(yīng)力和顯微硬度等；金相組織變化的白層等三個方面系統(tǒng)論述各自的概念和研究意義。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。2表面粗糙度研究表面粗糙度(Surfaceroughness)是在研究表面完整性時最常用的指標(biāo)。表

6、面粗糙度衡量的是工件表面的紋理和質(zhì)地。表面粗糙度的大小是指實際表面和理想表面在垂直方向的偏差，若偏差大，則工件表面越粗糙，工件間的摩擦系數(shù)越大，會影響到工件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性；若偏差小，則工件表面越光滑，工件有優(yōu)異的使用性能。表面粗糙度作為工件表面完整性的重要評價指標(biāo)之一，其形成原因可歸納為三個方面：一是刀刃和工件相對運動軌跡所形成的殘留面積等幾何因素；二是加工過程中在工件表面產(chǎn)生的塑性變形、積屑瘤、鱗刺和振動等物理因素；三是與加工工藝相關(guān)的工藝因素。表面粗糙度對零件的裝配、耐磨性、抗腐蝕性和疲勞壽命等有重要影響。目前對切削加工表面粗糙度的研究，主要有兩種方法，一種采用理論解析法,一

7、種為實驗研究法。本段文字可根據(jù)上述兩種表面粗糙度研究方法分別展開論述，也可根據(jù)自己所選材料適當(dāng)補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。3殘余應(yīng)力研究殘余應(yīng)力是指物體在沒有外力施加或外力施加了卸載后，其內(nèi)部存在的保持自相平衡的應(yīng)力系統(tǒng)。金屬切削加工過程伴隨著材料內(nèi)部的高溫、高應(yīng)變和高應(yīng)變率，在已加工表面產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力；同時，經(jīng)熱處理后的被加工材料具有初始?xì)堄鄳?yīng)力，加之銃削過程中的切削力、切削熱和相變，加工表面與刀具間的摩擦和擠壓都會引起零件內(nèi)部殘余應(yīng)力的重新分布。3.1 殘余應(yīng)力的生成機(jī)理研究殘余應(yīng)力的產(chǎn)生定性地分析有三種形成機(jī)理2。一、機(jī)械應(yīng)力引起的塑性變形;二、熱應(yīng)力引起的塑性變形；

8、三、相變引起的體積變化。已加工表面和里層金屬產(chǎn)生的最終殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力以及大小是這幾種機(jī)制競爭的結(jié)果，主導(dǎo)作用決定著最終的殘余應(yīng)力狀態(tài)。本段文字可根據(jù)三種不同的殘余應(yīng)力形成機(jī)理分別展開論述，也可根據(jù)自己所選材料適當(dāng)補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。3.2 殘余應(yīng)力影響因素的實驗研究殘余應(yīng)力對工件的靜態(tài)力學(xué)性能、抗疲勞性能、抗應(yīng)力腐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性以及使用壽命均有著顯著的影響。殘余應(yīng)力分拉伸殘余應(yīng)力和壓縮殘余應(yīng)力，其中壓縮殘余應(yīng)力有助于提高加工表面的機(jī)械力學(xué)性能，如表面有微裂紋時，表層壓縮殘余應(yīng)力能夠促進(jìn)裂紋的閉合，提高零件的耐疲勞性能，并且壓縮殘余壓應(yīng)力越大越有利；而表層

9、拉伸殘余應(yīng)力則抑制裂紋的閉合，不利于零件的耐疲勞和耐腐蝕性能。因此通過控制切削條件以得到有利的殘余應(yīng)力分布就變得十分有意義。針對殘余應(yīng)力分布影響因素的研究主要有：本段文字可根據(jù)自己所選材料適當(dāng)補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。4加工硬化研究工件已加工表面層和表層以下金屬在切削力的作用下會產(chǎn)生塑形變形，使得表層和次表層的金屬硬度提高的現(xiàn)象叫做加工硬化。加工硬化是塑性變形的強(qiáng)化作用、切削熱的軟化作用以及金屬相變綜合作用的結(jié)果。其中，塑形變形和切削熱的熱-力耦合作用對加工硬化的影響較為顯著。表面加工硬化是評價機(jī)械加工表面完整性的重要指標(biāo)之一。加工硬化的評價指標(biāo)有顯微硬度、加工硬化深度和加工

10、硬化率，其中加工硬化率一般采用加工后的表面顯微硬度與原始顯微硬度之比的百分?jǐn)?shù)來表示。4.1 加工硬化的影響因素研究國內(nèi)外學(xué)者研究了切削條件（切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量、刀具磨損以及冷卻潤滑條件等因素）、刀具參數(shù)和工件材料特性等因素對加工硬化的影響。本段文字可根據(jù)自己所選材料適當(dāng)補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去?？梢姡邢魉俣?、進(jìn)給量和切削深度對于加工硬化的影響規(guī)律會隨著加工方法和加工材料的變化而不同。4.2 材料特性對工件加工硬化的影響工件材料的塑性會影響強(qiáng)化指數(shù)，進(jìn)而影響其加工硬化特性，影響因素如材料的含碳量，含碳量越高，塑形越低；工件材料的熔點與切削熱軟化作用有關(guān)，熔點越高，則越

11、不易發(fā)生軟化；在一定溫度下得到的金相組織的特性則直接影響了加工后材料的硬度特性。本段文字可根據(jù)自己所選材料適當(dāng)補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。4.3 顯微硬度沿工件深度方向的分布規(guī)律研究加工硬化在工件深度方向的分布規(guī)律與以上各種因素有關(guān)。在不同的加工條件下以及加工不同的工件材料得到的顯微硬度沿深度方向的分布規(guī)律不同。本段文字可根據(jù)自己所選材料適當(dāng)補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。5切削加工白層研究“白層”這一概念是1912年由Stead首次提出的，它是伴隨著硬態(tài)切削過程所形成的存在于已加工表面或亞表面下的、經(jīng)金相試劑浸蝕后在光學(xué)顯微鏡下無特征形貌并呈白色或白亮色的硬層，因

12、此被稱為白層。止匕外，有色金屬的白層有時呈“暗色”，故也稱為“暗層”。白層會影響材料的摩擦磨損性能，因此又被稱為白色浸蝕層、絕熱剪切帶、再結(jié)晶層和摩擦學(xué)轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)等不同名稱46o在白層的下方常常伴有顏色較暗，硬度較低的過渡層金屬區(qū)域，因其在光學(xué)顯微鏡下常呈現(xiàn)黑色而成為黑層。對于金屬材料，白層具有耐腐蝕和硬度較高的特點。Herbert等人47通過鉆削鍥基高溫合金RR1000s已加工表面得到了白層，發(fā)現(xiàn)白層中的晶粒與基體材料比更細(xì)小、取向更雜亂，白層的硬度也比基體高出45%5.1 白層的形成機(jī)制關(guān)于白層的研究，很大一部分研究的焦點集中在白層的形成機(jī)制上，普遍認(rèn)為白層的形成機(jī)制有三種：第一，快速加熱和

13、快速冷卻引起的相變；第二，表面對于環(huán)境的反應(yīng)，磨損的表面，含氧和氮；第三，塑形流動引起的均勻結(jié)構(gòu)或品粒細(xì)化的結(jié)構(gòu)。止匕外，他還認(rèn)為應(yīng)變率、壓力和冷卻速率對白層的形成也有影響。目前關(guān)于白層形成機(jī)制的研究結(jié)果主要分為：相變機(jī)制、塑性變形機(jī)制和相變-塑性變形綜合機(jī)制。本段文字可按照相變機(jī)制、塑性變形機(jī)制和相變-塑性變形綜合機(jī)制分別展開論述。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。5.2 白層的影響因素研究白層的形成受切削參數(shù)（切削速度、進(jìn)給量和切削深度）和工件材料特性（晶粒尺寸、含碳量、塑性、相變溫度）的影響。5.2.1 切削參數(shù)對白層的影響本段文字可將研究方法和研究成果展開論述。寫好后，本段加黃底色

14、顏色的文字請刪去。5.2.2 工件材料特性對白層的影響工件材料的相變溫度會影響白層的形成，當(dāng)相變溫度較高時，不容易形成白層；相變溫度較低時更容易形成白層。此外，材料的晶粒尺寸、塑性和含碳量等也會影響白層的形成。本段文字可將研究方法和研究成果展開論述。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。6變質(zhì)層研究對材料進(jìn)行加工或表面處理時，加工表面受到作用力或熱效應(yīng)的影響，使得加工表面下某深度層的材料在熱力耦合的作用下發(fā)生變化，該層通常被成為加工變質(zhì)層。6.1 變質(zhì)層的組織特點安徽理工大學(xué)的馬伏波等人將加工表面變質(zhì)層分為三類，分別是由外部元素的作用引起的變質(zhì)層、由組織的變化所引起的變質(zhì)層和應(yīng)力作為主要考慮因素的變質(zhì)層。本段文字根據(jù)自己查閱的文獻(xiàn)資料補(bǔ)充。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請刪去。6.2 切削參數(shù)對變質(zhì)層的影響加工參數(shù)直接影響到切削力和切削熱，對加工變質(zhì)層有很大影響