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1、 毕业论文 标 题：影响机械加工表面质量的因素及 提高加工表面质量的措施 学生姓名：何利萍 系 部：机电工程系 专 业：机电一体化 班 级：高机电1101班 指导教师：杨国先老师湖南省汽车工程职业学院教务处制- 1 -目录摘要4关键词41.概 述51.1基本概念51.1.1加工表面质量51.1.2机械加工61.1.3表面冷作硬化62.1加工过程对表面质量的影响72.1.1工艺系统的振动对表面质量的影响72.1.2刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响82.1.3工件材料对表面质量的影响92.1.4切削条件对表面质量的影响92.1.5磨削加工对表面质量的影响102.1.6工件表面物理机械性
2、能对表面质量的影响112.2使用过程中影响表面质量的因素142.2.1耐磨性对表面质量的影响142.2.2疲劳强度对表面质量的影响142.2.3耐蚀性对表面质量的影响143机械加工表面质量对零件使用性能的影响153.1表面质量对零件耐磨性的影响153.2表面质量对零件疲劳强度的影响153.3表面质量对零件耐腐蚀性能的影响163.4表面质量对零件间配合性质的影响163.5表面质量对零件其他性能的影响164.提高机械加工表面质量的措施175结论196参考文献207致谢21摘要： 机械零件的加工质量 , 除加工精度外, 表面质量也是极其重要的一个方面。此论文介绍了机械加工表面质量的含义及其对机器使用
3、性能的影响，探讨了影响表面粗糙度的因素和影响加工表面层物理机械性能的因素，目的就是为了掌握机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律,以便利用这些规律来控制加工过程,最终达到改善产品质量增强产品使用性能的目的。关键词：机械加工 表面质量 影响因素 1.概 述 1.1基本概念 1.1.1加工表面质量 加工表面质量：机械零件在加工后的表面层状态。其加工后的表面质量直接影响被加工工件的物理、化学及力学性能。加工表面质量应包括：（1）加工表面粗糙度。是指加工表面的较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。它主要是由于切削加工过程中的刀痕、分离时的塑性变形、刀具与被加工表面的摩擦、工艺系统的高频振动等原因造
4、成的。（2）表面层的物理机械性能变化。表面层的材料在加工时，物理机械性能变化主要有以下三个方面的内容：表面层的冷作硬化。工件在机械加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变化，使表层的强度和硬度都有所提高，这种现象称表面冷作硬化；表面层残余应力。在切削加工过程中，由于切削变形和切削热的影响，在加工表面会产生残余应力，如果残余应力超过材料的屈服强度，就会产生表面裂纹，表面的微观裂纹将给零件带来严重的隐患；表面层金相组织的变化工件表面经磨削精加工时，磨削产生的高温，一般可达8001000 ,高的磨削温度会烧坏工作表面，使淬火钢件表面退火，引起表层金属发生相变,将大大降低表面层的物理机械性能。 （3）表
5、面波度。它是介于形状误差和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。它主要由加工过程中工艺系统的低频振动引起的。 （4）纹理方向。是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采取的机械加工方法。 1.1.2机械加工机械加工：广意的机械加工就是凡能用机械手段制造产品的过程；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过程。 1.1.3表面冷作硬化冷作硬化：机械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象称为冷作硬化（或称为强化）。2.影响工件表面质量的因素 2.1加
6、工过程对表面质量的影响 2.1.1工艺系统的振动对表面质量的影响在机械加工过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了名义上的切削运动之外，还会出现一种周期性的相对运动。振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，使加工表面出现振纹，增大表面粗糙度值，恶化加工表面质量。机械振动的类型分为自由振动 、受迫振动和自激振动三类。自由振动占比重很小，它往往是由切削力的忽然变化或者其他外界力的冲击等原因所引起的，这种振动一般可以迅速衰减，所以对机械加工过程的影响较小。而受迫振动和自激振动都是不能自然衰减而且危害较大的振动。 1、受迫振动 （1）受迫振动产生的原因。受迫振动
7、是由于系统在周期性的激振力（干扰力）持续作用下所产生的振动。周期性的激振力可以是系统外部和内部振源所引起的。例如，系统外部周期性的激振力有 ：系统附近其他机床和机器的振动，通过地基传给正在进行加工的机床 激起工艺系统的振动。系统内部周期性的激振力有：高速回转零件（如砂轮、齿轮）质量不平衡引起的离心力，往复运动部件的惯性力和断续切削（如铣削）的冲击力等引起的振动。 （2）受迫振动的特性。受迫振动的稳态过程是简谐振动。当交变激振力消除后， 振动就停止。受迫振动的振动频率与外界激振力的频率相同，而与系统的固有频率无关。受迫振动的幅值既与激振力的幅值有关，又与工艺系统的动态特性有关。 2、自激振动。自
8、激振动产生的原因。切削加工时，在没有周期性外力作用的情况下，有时刀具与工件之间也可能产生强烈的相对振动，并在工件的加工表面上残留下明显的、有规律的振纹，这种由振动系统本身产生的交变力激发和维持的振动称为自激振动，也称为颤振。关于切削过程中产生颤振的原因，由于机理复杂虽然各国学者进行了长期的研究，也取得不少成果，但至今尚无一种理论能解释各种情况下产生颤振的原理。比较具有代表性的学说有：负摩擦激振学说，再生颤振学说和坐标联系学说（又称振型偶合颤振原理）等。自激振动的特性。颤振也是一种不衰减的振动，但只要切削加工一旦停止，颤振立刻就随之消失，这也是区别颤振和受迫振动的标志之一。颤振的频率等于或接近系
9、统的固有频率。颤振能否产生和维持取决于每个振动周期内输入和消耗的能量。 2.1.2刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响 1、刀具几何参数 刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径。刀类圆弧半径r、主偏角 K和副偏角k均影响残留面积的大小。减小主偏角，刀具强度高、散热条件好，特别是使残留面积高度Rmax减小，表面粗糙度值小。增大主偏角，使背向力减小，易于断屑。过小的副偏角，会增加副后刀面与已加工表面间的摩擦，引起振动，使表面粗糙度差，所以应该在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。 2、刀具材料 在切削条件相同时，刀具材料硬度越高，表面粗糙度值越小。
10、立方氮化硼或金刚石刀具切削所获表面粗糙度值小于硬质合金刀具，而硬质合金刀具所获的表面粗糙度值又小于高速钢刀具。 3、刃磨质量 实践表明, 在切削条件相同时,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。用金钢石车刀加工因不易形成积屑瘤, 故可获得粗糙度很低的表面。在同样条件下，另外，刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度，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12级。 2.1.3工件材料对表面质量的影响工件材料的性质，加工塑性材料时，由
11、刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之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。一般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，加工后易得到较小的表面粗糙度。对于同种材料，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理，以获得均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。 2.1.4切削条件对表面质量的影响 与切削条件有关的工艺因素，包括切削用量、冷却润滑情况、切削速度等。 1、切削
12、用量 切削用量包括被吃刀量、进给量和主切削速度三要素。切削用量中对切削力影响最大的是被吃刀量ap，其次是进给量，主切削速度c的影响最小。背吃刀量ap增大1倍时，切削力Fc也增大1倍。进给量增大1倍时，切削力Fc增大0.70.8倍。切削速度c对切削力影响较小，如当切削速度从50m/min增加到500m/min时，切削力减少约40。中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，所以，提高切削速度，可以减少积屑瘤和鳞刺，减小零件已加工表面粗糙度值；对于脆性材料，一般不会形成积屑瘤和鳞刺，所以，切削速度对表面粗糙度基本上无影响。进给速度增大，塑性变形也增大，表面粗糙度值增大，所以，减小进给速度可以减小
13、表面粗糙度值，但是，进给量减小到一定值时，粗糙度值不会明显下降。 2、切削液 合理选用切削液，可以减少塑性变形和刀具与工件之间的摩擦，可使切削力比不用切削液时降低1015。切削液的合理选用对于高速钢刀具更有实际意义，而硬质合金刀具和陶瓷刀具由于对热裂敏感，一般不加切削液。切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，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，在生产中对于不同材料合理选用切削液可大大减小工件表面粗糙度。 3、正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度影响不大，因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。 4、切削速度 一般在粗加工选用低速车削，精加工选
14、用高速车削可以减小表面粗糙度。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。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表而粗糙度有积极作用。 2.1.5磨削加工对表面质量的影响 1、砂轮的影响 砂轮的粒度 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；但若粒度太细，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起烧伤。 砂轮的硬度 砂轮的硬度应大小合适，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、挤压作用加剧，从而增加了塑性变形，使得表面粗糙度增大，还易引起烧伤；但砂轮太软，磨粒太易脱落，会使磨削作用减弱，导致表面粗糙度增加，所以要选择合适的砂轮硬度。 砂轮的修整 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。 砂轮组织 紧密组织中的磨粒比例大，气孔小，在形成磨削和精密磨削时，能获得较小的表面粗糙度值。疏松组织的砂轮不易堵塞，适于磨削软金属、非金属软材料和热敏性材料（磁钢、不锈钢、耐热钢等），可获得较小的表面粗糙度值。一般情况下，应选用中等组织的砂轮。 砂轮材料 砂轮材料选择适当，可获得满意的表面粗糙度值。氧化物（刚玉）砂轮适用于磨削钢类零件；
