机械制造与自动化专业毕业论文2.docx

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机械制造与自动化专业毕业论文2

西安文理学院继教院

毕业论文

阻碍机械加工表面质量的因素及采取的方法

专业班级：

14级机械制造与自动化

学生姓名：

学生学号：

2016年6月

摘要：

机械产品的利用性能的提高和利用寿命的增加与组成产品的零件加工质量紧密相关，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要紧指标有：

加工精度和表面粗糙度。

本文要紧通过对阻碍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、金相组织的转变与磨削烧伤）、表面质量阻碍零件利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方法。

关键词：

机械加工表面质量阻碍因素操纵方法

前言.......................................................................1

1.概述......................................................................1

大体概念..............................................................1

机械加工............................................................1

零件的失效..........................................................1

磨削烧伤............................................................1

表面冷作硬化........................................................2

2.阻碍工件表面质量的因素....................................................2

加工进程对表面质量的阻碍................................................2

2．1．1工艺系统的振动对工件表面质量的阻碍.................................2

2．1．2刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影.........................2

切削液对表面质量的阻碍.............................................2

工件材料对表面质量的阻碍...........................................2

切削条件对工件表面质量的阻碍......................................3

切削速度对表面粗糙度的阻碍.........................................3

磨削加工阻碍表面质量的素.........................................3

阻碍工件表面物理机械性能的素......................................4

利用进程中阻碍表面质量的因素.........................................6

耐磨性对表面质量的阻碍.............................................6

2．疲劳强度对表面质量的响............................................6

2．耐蚀性对表面质量的响...............................................6

3．机械加工表面质量对零件利用性能的阻碍......................................7

表面质量对零件耐磨性的阻碍...........................................7

表面质量对零件疲劳强度的阻碍.........................................7

表面质量对零件耐侵蚀性能的阻碍.......................................8

表面质量对零件间配合性质的阻碍.......................................8

表面质量对零件其他性能的阻碍.........................................8

4．操纵表面质量的途径.......................................................8

降低表面粗糙度的加工方式.............................................8

改善表面物理力学性能的加工方式......................................11

5．提高机械加工工件表面质量的方法..........................................12

6．结论....................................................................13

7．致谢.....................................................................14

8．参考文献................................................................15

前言

随着工业技术的飞速进展机械化生产以走进各大小企业，与之息息相关的确实是各式各样的机械。

而机械是由机械零件装配而成,机械的失效是由个别零件的失效而造成的,其全然缘故是零件丧失了其应具有的利用性能。

而通过研究与生产实践证明,零件的失效多数从表面开始,零件表面质量的高低是决定其利用性能好坏的重要因素。

因此,正确地明白得零件表面质量内涵,分析机械加工进程中阻碍加工表面质量的各类工艺因素,通过改变这些因素从而改善工件表面质量，提高产品的利用性能及对以后机械行业的进展具有重要的意义。

随着机械行业在社会中占得地位愈来愈重，人们对机械的利用要求愈来愈高，一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作，零件表面的任何缺点,不仅直接阻碍零件的工作性能,而且还可能引发应力集中、应力侵蚀等现象将进一步加速零件的失效,这一切都与加工表面质量有专门大关系。

一个零件的失效或突然间损坏，其缘故除少数因设计不周而强度不够，或是由于偶然的事故引发超负荷而造成了失效或损坏之外，大多数都是由于磨损、受到外界环境的侵蚀或疲劳破坏。

磨损、侵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阻碍到零件的利用性能，因此表面质量问题愈来愈受到各方面的重视。

1.概述

大体概念

机械加工

机械加工：

广意的机械加工确实是凡能用机械手腕制造产品的进程；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进程。

零件的失效

零件的失效:

指零件丧失了原有的利用性能。

磨削烧伤

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60~80%传给工件，因此极容易显现金相组织的转变，使得表面层金属的硬度和强度下降，产生残余应力乃至引发显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。

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．阻碍工件表面质量的因素

加工进程对表面质量的阻碍

工艺系统的振动对工件表面质量的阻碍

在机械加工进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名义上的切削运动之外，还会显现一种周期性的相对运动。

振动使工艺系统的各类成形运动受到干扰和破坏，使加工表面显现振纹，增大表面粗糙度值，恶化加工表面质量。

刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的阻碍

刀具的几何参数中对表面粗糙度阻碍最大主若是副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径。

在必然的条件下，减小副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径都能够降低表面粗糙度。

在一样条件下，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阻碍加工表面的粗糙度，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1~2级。

切削液对表面质量的阻碍

切削液的冷却和润滑作用能减小切削进程中的界面摩擦，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，在生产中关于不同材料合理选用切削液可大大减小工件表面粗糙度。

工件材料对表面质量的阻碍

工件材料的性质；加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加上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。

工件材料韧性越好，金属的塑性变形越大，加工表面就愈越粗糙。

加工脆性材料时其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点使表面粗糙。

一样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，加工后易患到较小的表面粗糙度。

关于同种材料，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置，以取得均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。

切削条件对工件表面质量的阻碍

与切削条件有关的工艺因素，包括切削用量、冷却润滑情形。

中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，因此，提高切削速度，能够减少积屑瘤和鳞刺，减小零件已加工表面粗糙度值；关于脆性材料，一样可不能形成积屑瘤和鳞刺，因此，切削速度对表面粗糙度大体上无阻碍。

进给速度增大，塑性变形也增大，表面粗糙度值增大，因此，减小进给速度能够减小表面粗糙度值，可是，进给量减小到必然值时，粗糙度值可不能明显下降。

正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度阻碍不大，因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。

切削速度对表面粗糙度的阻碍

一样在粗加工选用低速车削，精加工选用高速车削能够减小表面粗糙度。

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。

通常采纳低速或高速切削塑性材料，可有效地幸免积屑瘤的产生，这对减小表而粗糙度有踊跃作用。

磨削加工对表面质量的阻碍

⑴砂轮的阻碍砂轮的粒度越细，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；但如果粒度太细，加工时砂轮易被堵塞反而会使表面粗糙度增大，还容易产生波纹和引发烧伤。

砂轮的硬度应大小适合，其半钝化期愈长愈好；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、挤压作用加重，从而增加了塑性变形，使得表面粗糙度增大，还易引发烧伤；但砂轮太软，磨粒太易脱落，会使磨削作用减弱，致使表面粗糙度增加，因此要选择适合的砂轮硬度。

砂轮的修整质量越高，砂轮表面的切削微刃数越多、各切削微刃的等高性越好，磨削表面的粗糙度越小。

⑵磨削用量的阻碍增大砂轮速度，单位时刻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，单位时刻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刻长，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。

增大磨削深度和纵向进给量，工件的塑性变形增大，会致使表面粗糙度值增大。

径向进给量增加，磨削进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。

为在保证加工质量的前提下提高磨削效率，可将要求较高的表面的粗磨和精磨分开进行，粗磨时采纳较大的径向进给量，精磨时采纳较小的径向进给量，最后进行无进给磨削，以取得表面粗糙度值很小的表面。

⑶工件材料工件材料的硬度、塑性、导热性等对表面粗糙度的阻碍较大。

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初期崩落，都会致使磨削表面粗糙度增大。

另外，由于磨削温度高，合理利用切削液既能够降低磨削区的温度，减少烧伤，还能够冲去脱落的磨粒和切屑，幸免划伤工件，从而降低表面粗糙度值。

阻碍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,塑性变形加重,致使冷硬增强。

刀具后刀面磨损增大,后刀面与被加工表面的摩擦加重,塑性变形增大,致使冷硬增强。

切削速度增大,刀具与工件的作历时刻缩短,使塑性变形扩展深度减小,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历时刻也缩短了,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重,冷硬作用增强。

工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严峻。

　　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。

（1）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。

（2）改善磨削烧伤的途径磨削热是造成磨削烧伤的根源,故改善磨削烧伤由两个途径:

一是尽可能地减少磨削热的产生;二是改善冷却条件,尽量使产生的热量少传入工件。

正确选择砂轮合理选择切削用量改善冷却条件。

　　3.表面层残余应力。

（1）产生残余应力的原因:

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不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容的转变必然要受到与相连的基体金属的阻碍,因此就有残余应力产生。

（2）工件要紧工作表面最终工序加工方式的选择。

选择零件要紧工作表面最终工序加工方式,须考虑该零件要紧工作表面的具体工作条件和可能的损坏形式。

在交变载荷作用下,机械零件表面上的局部微观裂纹,会因拉应力的作用使原生裂纹扩大,最后致使零件断裂。

从提高零件抗击疲劳破坏的角度考虑,该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方式。

在切削加工进程中，刀具对工件的挤压和摩擦使金属材料发生塑性变形，引发原有的残留面积扭曲或沟纹加深，增大表面粗糙度。

当采纳中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤，它能够代替刀具进行切削，但状态极不稳固，积屑瘤生成、长大和脱落将严峻阻碍加工表面的表面粗糙度值。

另外，在切削进程中由于切屑和前刀面的强烈摩擦作用和撕裂现象，还可能在加工表面上产生鳞刺，使加工表面的粗糙度增加。

4磨削表面层金相组织转变——磨削烧伤

1．磨削表面层金相组织转变与磨削烧伤

机械加工进程中产生的切削热会使得工件的加工表面产生猛烈的温升，当温度超过工件材料金相组织转变的临界温度时，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60~80%传给工件，因此极容易显现金相组织的转变，使得表面层金属的硬度和强度下降，产生残余应力乃至引发显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。

产生磨削烧伤时，加工表面常会显现黄、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。

不同的烧伤色，表明工件表面受到的烧伤程度不同。

磨削淬火钢时，工件表面层由于受到瞬时高温的作用，将可能产生以下三种金相组织转变：

1）若是磨削表面层温度未超过相变温度，但超过了马氏体的转变温度，这时马氏体将转变成为硬度较低的回火索氏体或索氏体，这叫回火烧伤。

2）若是磨削表面层温度超过相变温度，则马氏体转变成奥氏体，这时若无切削液，则磨削表面硬度急剧下降，表层被退火，这种现象称为退火烧伤。

干磨时很容易产生这种现象。

3）若是磨削表面层温度超过相变温度，但有充分的切削液对其进行冷却，则磨削表面层将急冷形成二次淬火马氏体，硬度比回火马氏体高，只是该表面层很薄，只有几微米厚，其下为硬度较低的回火索氏体和索氏体，使表面层总的硬度仍然降低，称为淬火烧伤。

2．磨削烧伤的改善方法

阻碍磨削烧伤的因素主若是磨削用量、砂轮、工件材料和冷却条件。

由于磨削热是造成磨削烧伤的全然缘故，因此要幸免磨削烧伤，就应尽可能减少磨削时产生的热量及尽可能减少传入工件的热量。

具体可采纳下列方法：

1）合理选择磨削用量不能采纳太大的磨削深度，因为当磨削深度增加时，工件的塑性变形会随之增加，工件表面及里层的温度都将升高，烧伤亦会增加；工件速度增加，磨削区表面温度会增高，但由于热作历时刻减少，因此可减轻烧伤。

2）工件材料工件材料对磨削区温度的阻碍要紧取决于它的硬度、强度、韧性和热导率。

工件材料硬度、强度越高，韧性越大，磨削时耗功越多，产生的热量越多，越易产生烧伤；导热性较差的材料，在磨削时也容易显现烧伤。

3）砂轮的选择硬度太高的砂轮，钝化后的磨粒不易脱落，容易产生烧伤，因此用软砂轮较好；选用粗粒度砂轮磨削，砂轮不易被磨削堵塞，可减少烧伤；结合剂对磨削烧伤也有专门大阻碍，树脂结合剂比陶瓷结合剂容易产生烧伤，橡胶结合剂比树脂结合剂更易产生烧伤。

4）冷却条件为降低磨削区的温度，在磨削时普遍采纳切削液冷却。

为了使切削液能喷注到工件表面上，通常增加切削液的流量和压力并采纳特殊喷嘴，并在砂轮上安装带有空气挡板的切削液喷嘴，如此既可增强冷却作用，又能减轻高速旋转砂轮表面的高压附着作用，使切削液顺利地喷注到磨削区。

另外，还可采纳多孔砂轮、内冷却砂轮和浸油砂轮，切削液被引入砂轮的中心腔内，由于离心力的作用，切削液再通过砂轮内部的孔隙从砂轮周围的边缘甩出，如此切削液即可直接进入磨削区，发挥有效的冷却作用。

利用进程中阻碍表面质量的因素

耐磨性对表面质量的阻碍

每一个刚加工好的摩檫副的两个接触表面之间,最初时期在表面粗糙的峰部触,实际接触面积远小于理论接触面积,在彼此接触的部有超级大的单位应力,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,引发严峻磨损。

疲劳强度对表面质量的阻碍

在交变载荷作用,表面粗糙度的凹谷部位容易引发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。

耐蚀性对表面质量的阻碍

零件的耐蚀性在专门大程度上取决于表面粗糙度。

表面粗糙度值愈大,则凹谷中聚积侵蚀性物质就愈多。

抗蚀性就愈差。

表面层的残余拉应力会产生应力侵蚀开裂,降低零件的耐磨性,而残余压应力则能避免应力侵蚀开裂。

3．机械加工表面质量对零件利用性能的阻碍

在机械加工中，零件的加工表面产生微观不平、残余应力等各类缺点，尽管仅存于零件极薄的表面层中，却严峻阻碍着机械零件的精度、耐磨性、配合性、抗侵蚀性和疲劳强度等，从而进一步阻碍机械的利用性能和利用寿命。

表面质量对零件耐磨性的阻碍

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信以后，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，接触部份集中在其波峰的顶部，因此实际接触面积远远小于名义接触面积，而且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。

在外力作用下，波峰接触部份将产生专门大的压应力。

当两个零件作相对运动时，开始时期由于接触面积小、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，波峰专门快被磨平，即便有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，致使零件接触表面的磨损加重。

固然，并非表面粗糙度越小越好，若是表面粗糙度过小，接触表面间贮存润滑油的能力变差，接触表面容易发生分子胶合、咬焊，一样也会造成磨损加重。

表面层的冷作硬化可使表面层的硬度提高，增强表面层的接触刚度，从而降低接触处的弹性、塑性变形，使耐磨性有所提高。

但如果是硬化程度过大，表面层金属组织会变脆，显现微观裂纹，乃至会使金属表面组织剥落而加重零件的磨损。

表面质量对零件疲劳强度的阻碍

表面粗糙度对经受交变载荷的零件的疲劳强度阻碍专门大。

在交变载荷作用下，表面粗糙度波谷处容易引发应力集中，产生疲劳裂纹。

而且表面粗糙度越大，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阻碍也专门大。

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，零件则容易引发晶间破坏，产生表面裂纹而降低其疲劳强度。

表面层的加工硬化对零件的疲劳强度也有阻碍。

适度的加工硬化能阻止已有裂纹的扩展和新裂纹的产生，提高零件的疲劳强度；但加工硬化过于严峻会使零件表面组织变脆，容易显现裂纹，从而使疲劳强度降低。

表面质量对零件耐侵蚀性能的阻碍

表面粗糙度对零件耐侵蚀性能的阻碍专门大。

零件表面粗糙度越大，在波谷处越容易积聚侵蚀性介质而使零件发生化学侵蚀和电化学侵蚀。

表面层残余压应力对零件的耐侵蚀性能也有阻碍。

残余压应力使表面组织致密，侵蚀性介质不易侵入，有助于提高表面的耐侵蚀能力；残余拉应力的对零件耐侵蚀性能的阻碍则相反。

表面质量对零件间配合性质的阻碍

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，若是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，阻碍了配合的稳固性；在过盈配合中，若是表面粗糙度大，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，阻碍了配合的靠得住性。

因此，对有配合要求的表面应规定较小的表面粗糙度值。

在过盈配合中，若是表面硬化严峻，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。

表面层残余应力会引发零件变形，使零件的形状、尺寸发生改变，因此它也将阻碍配合性质和配合精度。

表面质量对零件其他性能的阻碍

如对间隙密封的液压缸、滑阀来讲，减小表面粗糙度Ra能够减少泄漏、提高密封性能；较小的表面粗糙度可使零件具有较高的接触刚度；关于滑动零件，减小表面粗糙度Ra能使摩擦系数降低、运动灵活性增高，减少发烧和功率损失；表面层的残余应力会使零件在利用进程中继续变形，失去原有的精度，机械工作性能恶化等。

总之，提高加工表面质量，关于保证零件的利用性能、提高零件的利用寿命是十分重要的。

4．操纵表面质量的途径

随着科学技术的进展，对零件的表面质量的要求已愈来愈高。

为了取得合格零件，保证机械的利用性能，人们一直在研究操纵和提高零件表面质量的途径。

提高表面质量的工艺途径大致能够分为两类：

一类是用低效率、高本钱的加工方式，寻求各工艺参数的优化组合，以减小表面粗糙度；另一类是着重改善工件表面的物理力学性能，以提高其表面质量。

降低表面粗糙度的加工方式

1．超周紧密削和低粗糙度磨削加工

⑴超周紧密削加工超周紧密削是指表面粗糙度为μm以下的切削加工方式。

超周紧密削加工最关键的问题在于要在最后一道工序切削μm的微薄表面层，这就既要求刀具极为锋利，刀具钝圆半径为纳米级尺寸，又要求如此的刀具有足够的耐费用，以维持其锋利。

目前只有金刚石刀具才能达到要求。

超周紧密削时，走刀量要小，切削速度要超级高，才能保证工件表面上的残留面积小，从而取得极小的表面粗糙度。

⑵小粗糙度磨削加工为了简化工艺进程，缩短工序周期，有时用小粗糙度磨削替代光整加工。

小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，参数之间往往会彼此矛盾和排斥。

例如，为了减小表面粗糙度，砂轮应修整得细一些，但如此却可能引发磨削烧伤；为了幸免烧伤，应将工件转速加