切削加工表面性研究報(bào)告現(xiàn)狀

1、PAGE .PAGE 1. - . 可修編.網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題目：切削加工外表完整性研究現(xiàn)狀學(xué)習(xí)中心：層 次：?？破瘘c(diǎn)本科專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化年 級(jí)：年季學(xué) 號(hào)：學(xué) 生：指導(dǎo)教師：完成日期： 年 月 日本局部內(nèi)容按自己實(shí)際情況填好，填好后刪去本段批注。刪除批注方法：鼠標(biāo)右鍵刪除批注.1. - . 可修編.容摘要機(jī)械加工得到的零件外表完整性特征可分為三類：1外表形貌特征：外表缺陷、外表紋理和外表粗糙度等；2外表機(jī)械性能：剩余應(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外表完整性三類特征指標(biāo)，系統(tǒng)論述了各自的研究開展歷程，重點(diǎn)對(duì)外表粗

2、糙度、剩余應(yīng)力、顯微硬度、白層及變質(zhì)層進(jìn)展了歸納，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；外表完整性；研究現(xiàn)狀目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc414869975容摘要 PAGEREF _Toc414869975 h IHYPERLINK l _Toc414869976前言 PAGEREF _Toc414869976 h 1HYPERLINK l _Toc4148699771 切削加工外表完整性研究的開展 PAGEREF _Toc414869977 h 2HYPERLINK l _Toc4148699781.1 外表完整性的提出及開展 P

3、AGEREF _Toc414869978 h 2HYPERLINK l _Toc4148699791.2 外表完整性研究意義 PAGEREF _Toc414869979 h 2HYPERLINK l _Toc4148699802 外表粗糙度研究 PAGEREF _Toc414869980 h 3HYPERLINK l _Toc4148699813 剩余應(yīng)力研究 PAGEREF _Toc414869981 h 4HYPERLINK l _Toc4148699823.1 剩余應(yīng)力的生成機(jī)理研究 PAGEREF _Toc414869982 h 4HYPERLINK l _Toc4148699833.

4、2 剩余應(yīng)力影響因素的實(shí)驗(yàn)研究 PAGEREF _Toc414869983 h 4HYPERLINK l _Toc4148699844 加工硬化研究 PAGEREF _Toc414869984 h 5HYPERLINK l _Toc4148699854.1加工硬化的影響因素研究 PAGEREF _Toc414869985 h 5HYPERLINK l _Toc4148699864.2 材料特性對(duì)工件加工硬化的影響 PAGEREF _Toc414869986 h 5HYPERLINK l _Toc4148699874.3 顯微硬度沿工件深度方向的分布規(guī)律研究 PAGEREF _Toc414869

5、987 h 5HYPERLINK l _Toc4148699885 切削加工白層研究 PAGEREF _Toc414869988 h 6HYPERLINK l _Toc4148699895.1 白層的形成機(jī)制 PAGEREF _Toc414869989 h6HYPERLINK l _Toc4148699905.2 白層的影響因素研究 PAGEREF _Toc414869990 h 6HYPERLINK l _Toc4148699915.2.1 切削參數(shù)對(duì)白層的影響 PAGEREF _Toc414869991 h 6HYPERLINK l _Toc4148699925.2.2 工件材料特性對(duì)白層

6、的影響 PAGEREF _Toc414869992 h 7HYPERLINK l _Toc4148699936 變質(zhì)層研究 PAGEREF _Toc414869993 h 8HYPERLINK l _Toc4148699946.1 變質(zhì)層的組織特點(diǎn) PAGEREF _Toc414869994 h 8HYPERLINK l _Toc4148699956.2 切削參數(shù)對(duì)變質(zhì)層的影響 PAGEREF _Toc414869995 h 8HYPERLINK l _Toc414869996參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc414869996 h 9.1前 言機(jī)械加工得到的零件外表完整性特征可分為三類：1外

7、表形貌特征:外表缺陷，外表紋理和外表粗糙度等；2外表機(jī)械性能：剩余應(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。零件的外表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。外表完整性中的剩余應(yīng)力如果是剩余壓應(yīng)力可以減小零件外表裂紋的擴(kuò)展，提高耐疲勞性能，而拉伸剩余應(yīng)力則會(huì)加速外表裂紋的擴(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，剩余拉應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響更為突出；加工硬化會(huì)降低零件外表的塑形和韌性，對(duì)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零件的硬度和耐磨性；白層有耐蝕和硬度

8、高的特點(diǎn)，但是其部常常含有裂紋，脆性大且與基體結(jié)合不結(jié)實(shí)，容易發(fā)生早期剝落脫離；變質(zhì)層的產(chǎn)生會(huì)引起加工外表產(chǎn)生剩余應(yīng)力和微觀組織構(gòu)造的改變，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。剩余應(yīng)力、加工硬化、白層和加工變質(zhì)層，這些外表完整性指標(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。外表完整性的好壞直接決定著零件的工作性能和使用壽命。.11 切削加工外表完整性研究的開展1.1 外表完整性的提出及開展外表完整性是在美國金屬切削研究協(xié)會(huì)在1964年召開的一次技術(shù)座談會(huì)上由Field和Kahles首次提出的。所謂外表完整性是指外表粗糙度、表層剩余應(yīng)力、表層顯微組織、表層致

9、密度和外表類裂紋等狀態(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外表完整性。外表完整性具體包含兩方面的容：本局部可從幾何方面和物理方面分別論述外表完整性研究容。寫好后，本段加黃底色顏色的文字請(qǐng)刪去。1.2外表完整性研究意義本局部可從外表形貌特征中的外表缺陷和外表粗糙度；外表機(jī)械性能中的剩余應(yīng)力和顯微硬度等；金相組織變化的白層等三個(gè)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(qǐng)刪去。.12 外表粗糙度研究外表粗糙度Surface roughness是在研究外表完整性時(shí)最常用的指標(biāo)。外表粗糙度衡量的是工件外表的紋理和

10、質(zhì)地。外表粗糙度的大小是指實(shí)際外表和理想外表在垂直方向的偏差，假設(shè)偏差大，則工件外表越粗糙，工件間的摩擦系數(shù)越大，會(huì)影響到工件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性；假設(shè)偏差小，則工件外表越光滑，工件有優(yōu)異的使用性能。 外表粗糙度作為工件外表完整性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，其形成原因可歸納為三個(gè)方面：一是刀刃和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)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外表產(chǎn)生的塑性變形、積屑瘤、鱗刺和振動(dòng)等物理因素；三是與加工工藝相關(guān)的工藝因素。外表粗糙度對(duì)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(duì)切削加工外表粗糙度的研究，主要有兩種方法，一種采用理論解析法，一種為實(shí)驗(yàn)研究法。本段文字可

11、根據(jù)上述兩種外表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(qǐng)刪去。.13 剩余應(yīng)力研究剩余應(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部的高溫、高應(yīng)變和高應(yīng)變率，在已加工外表產(chǎn)生較大的剩余應(yīng)力；同時(shí)，經(jīng)熱處理后的被加工材料具有初始剩余應(yīng)力，加之銑削過程中的切削力、切削熱和相變，加工外表與刀具間的摩擦和擠壓都會(huì)引起零件部剩余應(yīng)力的重新分布。3.1 剩余應(yīng)力的生成機(jī)理研究剩余應(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；三、相變引起的體積變化。已

12、加工外表和里層金屬產(chǎn)生的最終剩余應(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)作用決定著最終的剩余應(yīng)力狀態(tài)。本段文字可根據(jù)三種不同的剩余應(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(qǐng)刪去。3.2剩余應(yīng)力影響因素的實(shí)驗(yàn)研究剩余應(yīng)力對(duì)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。剩余應(yīng)力分拉伸剩余應(yīng)力和壓縮剩余應(yīng)力，其中壓縮剩余應(yīng)力有助于提高加工外表的機(jī)械力學(xué)性能，如外表有微裂紋時(shí)，表層壓縮剩余應(yīng)力能夠促進(jìn)裂紋的閉合，提高零件的耐疲勞性能，并且壓縮剩余壓應(yīng)力越大越有利；而表層拉伸剩余應(yīng)力則抑制裂紋的閉合

13、，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剩余應(yīng)力分布就變得十分有意義。針對(duì)剩余應(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(qǐng)刪去。.14 加工硬化研究工件已加工外表層和表層以下金屬在切削力的作用下會(huì)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(duì)加工硬化的影響較為顯著。外表加工硬化是評(píng)價(jià)機(jī)械加工外表完整性的重要指標(biāo)之一。加工硬化的評(píng)價(jià)指標(biāo)有顯微硬度、加工硬化深度和加工硬化率，其中加工硬化率

14、一般采用加工后的外表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(duì)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(qǐng)刪去?？梢?，切削速度、進(jìn)給量和切削深度對(duì)于加工硬化的影響規(guī)律會(huì)隨著加工方法和加工材料的變化而不同。4.2 材料特性對(duì)工件加工硬化的影響工件材料的塑性會(huì)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(diǎn)與切削熱軟化作用有關(guān)，熔點(diǎn)越高，則越不易發(fā)生軟化；在一定溫度下得到

15、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(qǐng)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(qǐng)刪去。.15 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外表或亞外表下的、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，因此被稱為白層。此外，有色金

16、屬的白層有時(shí)呈“暗色，故也稱為“暗層。白層會(huì)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)變構(gòu)造等不同名稱46。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(duì)于金屬材料，白層具有耐腐蝕和硬度較高的特點(diǎn)。Herbert等人47通過鉆削鎳基高溫合金RR1000在已加工外表得到了白層，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，很大一局部研究的焦點(diǎn)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，快速加熱和快速冷卻引起的相變；第二，外表

17、對(duì)于環(huán)境的反響，磨損的外表，含氧和氮；第三，塑形流動(dòng)引起的均勻構(gòu)造或晶粒細(xì)化的構(gòu)造。此外，他還認(rèn)為應(yīng)變率、壓力和冷卻速率對(duì)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(qǐng)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(duì)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，本段加黃底色顏色的文字請(qǐng)刪去。5.2.2 工件材料特性

18、對(duì)白層的影響工件材料的相變溫度會(huì)影響白層的形成，當(dāng)相變溫度較高時(shí)，不容易形成白層；相變溫度較低時(shí)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(huì)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(qǐng)刪去。.16 變質(zhì)層研究對(duì)材料進(jìn)展加工或外表處理時(shí)，加工外表受到作用力或熱效應(yīng)的影響，使得加工外表下*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(diǎn)理工大學(xué)的馬伏波等人將加工外表變質(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(qǐng)刪去。6.2 切削參數(shù)對(duì)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(duì)加工變