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1、陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书 机电工程 系 机电一体化 专业 毕业设计（论文）题目 机械的制造工艺和加工表面质量 学生姓名 学号 指导教师 职称 2010 年 5 月 20 日 目录一 机械加工表面质量的含义1 1征表面层的几何形状特.31.2表面层的物理力学性能：.31.3 获得镜面的机械加工方法：.41.4 表面质量对零件使用性能的影响.5二 影响表面粗糙度的因素 2.1 切削加工影响表面粗糙度的因素.72.2工件材料的性质的影响 .72.3 磨削加工影响表面粗糙度的因素.8三 磨削的表面质量3.1、磨削加工的特点.83.2、影响磨削加工表面粗糙度的因素.83.3 磨削表面层
2、的残余应力磨削裂纹问题.93.4磨削表面层金相组织变化磨削烧伤问题.10四 影响表面质量的工艺因素4.1 影响机械加工表面粗糙度的因素.114.2、降低表面粗糙度的加工方法.124.3 影响表面物理力学性能的工艺因素.144.4、改善表面物理力学性能的加工方法.15五 零件主要工作表面最终工序加工方法的选择.18六 对表面有严格要求的行业.18参考文献.19总结.20一 机械加工表面质量的含义机械加工表面质量又称为表面完整性表面质量是指零件加工后的表层状态，是零件在机械加工后被加工面的微观不平度，也叫粗糙度，以RaRzRy三种代号加数字来表示，机械图纸中都会有相应的表面质量要求，一般是工件表面
3、粗糙度Ra0.8um的表面时称：镜面，表面将直接影响零件的工作性能，尤其是可靠性和寿命，含义包括两个方面的内容：1.1征表面层的几何形状特 也就是加工后的实际表面与理想表面的几何形状的偏离量。面层的几何形状特主要由以下几部分组成： 机械加工表面的几何形状误差 表面粗糙度 它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，其评定参数主要有轮廓算术平均偏差Ra或轮廓微观不平度十点平均高度Rz； 表面波度 它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。 表面加工纹理 它是指表面切削加工刀纹
4、的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法及其切削运动的规律。 伤痕 它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。1.2表面层的物理力学性能： 表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容： 表面层的加工冷作硬化； 表面层金相组织的变化； 表面层的残余应力；1.3 获得镜面的机械加工方法：1.3.1去除材料加工方式有：磨削、研磨、抛光、电火花。去除材料方式加工必须有以下先决条件：（1）、大额的设备投入（有些磨床价值在100万以上）；(2)、熟练并经验丰富的技术工人；(3)、宽敞的工作环境；(4)、数量庞大的冷却、润滑介质（油或液）；(5)、污
5、染环境的废弃物处理；(6)、价格昂贵的砂轮。1.3.2 无切削加工方式有：滚压（采用镜面工具）、挤压， 无切削方式滚压（采用镜面工具）加工必须有以下先决条件：(1)、无需大额的设备投入（一把镜面刀具价值在1300元左右）；(2)、无需熟练并经验丰富的技术工人；(3)、宽敞的工作环境；（4）、无需数量庞大的冷却、润滑介质（油或液）；(5)、没有污染环境的废弃物处理。 去除材料方式加工镜面一般在Ra0.8-0.08um之间；无切削方式滚压（采用镜面工具）加工镜面一般在Ra0.4-0.05um之间。去除材料方式加工镜面对材料硬度基本没有限制；无切削方式滚压（采用镜面工具）加工镜面对材料硬度要求在HR
6、C40，应用金刚石材质镜面工具可加工材质硬度在HRC70。大型油缸滚压刀去除材料方式加工镜面工件表面的硬度不会变化、耐磨强度不会增加；无切削方式滚压（采用镜面工具）加工镜面有以下优点：（1）、提高表面粗糙度，粗糙度基本能达到Ra0.08u左右。 （2）、修正圆度，椭圆度可0.01。 （3）、提高表面硬度，使受力变形消除，硬度提高HV40（4）、加工后有残余应力层,提高疲劳强度提高30%。 （5）、提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用反而降低。1.4 表面质量对零件使用性能的影响1.4.对零件耐磨性的影响 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
7、精度确定之后，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，接触部分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，并且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。当两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面积小、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，波峰很快被磨平，即使有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，导致零件接触表面的磨损加剧。当然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度过小，接触表面间储存润滑油的能力变差，接触表面容易发生分子胶合、
8、咬焊，同样也会造成磨损加剧。但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。但如果硬化程度过大，表面层金属组织会变脆，出现微观裂纹，甚至会使金属表面组织剥落而加剧零件的磨损。1.4.对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度对承受交变载荷的零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度波谷处容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。并且表面粗糙度越大，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影响也很大。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，零件则容易引起
9、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影响。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；但加工硬化过于严重会使零件表面组织变脆，容易出现裂纹，从而使疲劳强度降低。1.4.对零件耐腐蚀性能的影响 表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响很大。零件表面粗糙度越大，在波谷处越容易积聚腐蚀性介质而使零件发生化学腐蚀和电化学腐蚀。 表面层残余压应力对零件的耐腐蚀性能也有影响。残余压应力使表面组织致密，腐蚀性介质不易侵入，有助于提高表面的耐腐蚀能力；残余拉应力的对零件耐腐蚀性能的影响则相反。1.4.表面质量对零件间配合性质的影响 相配零件间的配合性质
10、是由过盈量或间隙量来决定的。在间隙配合中，如果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，影响了配合的稳定性；在过盈配合中，如果表面粗糙度大，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，影响了配合的可靠性。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，如果表面硬化严重，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起零件变形，使零件的形状、尺寸发生改变，因此它也将影响配合性质和配合精度。1.4.5对零件耐磨性的影响零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关。在这
11、些条件已确定的情况下,零件的表面质量就起着决定性的作用。零件的磨损过程,通常分为三个阶段:摩擦副刚开始工作时,磨损比较明显,称为初期磨损阶段(一般称为走合期) 。经初期磨损后,磨损缓慢均匀,进入正常磨损阶段。当磨损达到一定程度后,磨损又突然加剧,导致零件不能正常工作,称为急剧磨损阶段。 1.4.6 对零件其他性能的影响表面质量对零件的使用性能还有一些其他影响。如对间隙密封的液压缸、滑阀来说，减小表面粗糙度Ra可以减少泄漏、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；对于滑动零件，减小表面粗糙度Ra能使摩擦系数降低、运动灵活性增高，减少发热和功率损失；表面层的残余应力会使零件在使用
12、过程中继续变形，失去原有的精度，机器工作性能恶化等。在过盈配合中，如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间连接强度，影响配合的可靠性。因此对有配合要求的表面，必须限定较小的表面粗糙度参数值。1.4.7表面处理技术：是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。模具的强度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度（硬度）达不到设计要求，模具热处理和表面处理，是能
13、否充分发挥模具材料性能的关键。真空热处理、深冷处理、包括PVD和CVD技术的气相沉积（TiN、TiC等）、离子渗入、等离子喷涂及TRD表面处理技术、类钻石薄膜覆盖技术、高耐磨高精度处理技术、不沾粘表面处理等技术已在模具制造中应用，并呈现良好的发展前景。模具表面激光热处理、焊接、强化和修复等技术及其它模具表面强化和修复技术，也将受到进一步重视。 二 影响表面粗糙度的因素 2.1 切削加工影响表面粗糙度的因素在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小进给量vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。（）切削加工影响表面粗糙度的因素 刀具几何形状的复映 刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状时刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。 此外，适
