機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文1

1、 山西廣播電視大學(xué)成人教育 畢 業(yè) 論 文 山西運(yùn)城廣播電視大學(xué)分校 教學(xué)點(diǎn) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 專業(yè)題目 影響機(jī)械加工表面的因素 及采取的措施 發(fā)題日期 年 月 日 撰寫(xiě)期限 年 月 日開(kāi)始 年 月 日結(jié)束 評(píng)議日期 年 月 日 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 123110258 指導(dǎo)教師 職稱 影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及采取的措施摘要機(jī)械產(chǎn)品的使用性能的提高和使用壽命的增加與組成產(chǎn)品的零件加工質(zhì)量密切相關(guān)，零件的加工質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量基礎(chǔ)。衡量零件加工質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)有：加工精度和表面粗糙度。本文主要通過(guò)對(duì)影響零件表面粗糙度的因素、零件表面層的物理力學(xué)性能（表面冷作硬化、殘余應(yīng)力、金相組織的變化與磨削燒

2、傷）、表面質(zhì)量影響零件使用性能等因素的分析和研究，來(lái)提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工; 表面質(zhì)量; 影響因素; 控制措施目 錄前 言2第一章 概 述2機(jī)械加工1零件的失效1磨削燒傷1表面冷作硬化1第二章 影響工件表面質(zhì)量的因素1工藝系統(tǒng)的振動(dòng)對(duì)工件表面質(zhì)量的影響1刀具幾何參數(shù)、材料和刃磨質(zhì)量對(duì)表面質(zhì)量的影響1切削液對(duì)表面質(zhì)量的影響2工件材料對(duì)表面質(zhì)量的影響2切削條件對(duì)工件表面質(zhì)量的影響2切削速度對(duì)表面粗糙度的影響2磨削加工對(duì)表面質(zhì)量的影響3耐磨性對(duì)表面質(zhì)量的影響6疲勞強(qiáng)度對(duì)表面質(zhì)量的影響6耐蝕性對(duì)表面質(zhì)量的影響6第三章 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響6 第四章 控制表面質(zhì)

3、量的途徑8第五章 提高機(jī)械加工工件表面質(zhì)量的措施12第六章 結(jié)論14第七章 致謝15參考文獻(xiàn)16前 言隨著機(jī)械行業(yè)在社會(huì)中占得地位越來(lái)越重，人們對(duì)機(jī)器的使用要求越來(lái)越高，一些重要零件在高壓力、高速、高溫等高要求條件下工作，零件表面的任何缺陷,不僅直接影響零件的工作性能,而且還可能引起應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象將進(jìn)一步加速零件的失效,這一切都與加工表面質(zhì)量有很大關(guān)系。一個(gè)零件的失效或者突然間損壞，其原因除了少數(shù)因設(shè)計(jì)不周而強(qiáng)度不夠，或者是由于偶然的事故引起超負(fù)荷而造成了失效或損壞以外，大多數(shù)都是由于磨損、受到外界環(huán)境的腐蝕或疲勞破壞。磨損、腐蝕和疲勞損壞都是發(fā)生在零件的表面,或是從零件表面開(kāi)始的。

4、因此,加工表面質(zhì)量將直接影響到零件的使用性能，因而表面質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到各方面的重視。第一章 概 述1.1基本概念1.1.1機(jī)械加工機(jī)械加工：廣意的機(jī)械加工就是凡能用機(jī)械手段制造產(chǎn)品的過(guò)程；狹意的是用車床、銑床、鉆床、磨床、沖壓機(jī)、壓鑄機(jī)機(jī)等專用機(jī)械設(shè)備制作零件的過(guò)程。1.1.2零件的失效零件的失效:指零件喪失了原有的使用性能。1.1.3磨削燒傷磨削燒傷:在磨削加工中，由于多數(shù)磨粒為負(fù)前角切削，磨削溫度很高，產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削時(shí)的熱量，而且磨削熱有6080%傳給工件，所以極容易出現(xiàn)金相組織的轉(zhuǎn)變，使得表面層金屬的硬度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引起顯微裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。1.1.4

5、表面冷作硬化冷作硬化：通過(guò)冷加工而是零件表面產(chǎn)生的表面應(yīng)力，使零件的表面比加工前的表面硬度耐磨性等有所提高。第二章 影響工件表面質(zhì)量的因素 2.1加工過(guò)程對(duì)表面質(zhì)量的影響2.1.1工藝系統(tǒng)的振動(dòng)對(duì)工件表面質(zhì)量的影響在機(jī)械加工過(guò)程中工藝系統(tǒng)有時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，即在刀具的切削刃與工件上正在切削的表面之間除了名義上的切削運(yùn)動(dòng)之外，還會(huì)出現(xiàn)一種周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)使工藝系統(tǒng)的各種成形運(yùn)動(dòng)受到干擾和破壞，使加工表面出現(xiàn)振紋，增大表面粗糙度值，惡化加工表面質(zhì)量。刀具幾何參數(shù)、材料和刃磨質(zhì)量對(duì)表面質(zhì)量的影響刀具的幾何參數(shù)中對(duì)表面粗糙度影響最大主要是副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑。在一定的條件下，減小副偏角、主偏

6、角、刀尖圓弧半徑都可以降低表面粗糙度。在同樣條件下，硬質(zhì)合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速鋼刀具，而金剛石、立方氮化硼刀具又優(yōu)于硬質(zhì)合金，但由于金剛石與鐵族材料親和力大，故不宜用來(lái)加工鐵族材料。另外，刀具的前、后刀面、切削刃本身的粗糙度直接影響加工表面的粗糙度，因此，提高刀具的刃磨質(zhì)量，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值應(yīng)低于工件的粗糙度值的12級(jí)。 2.1.3切削液對(duì)表面質(zhì)量的影響切削液的冷卻和潤(rùn)滑作用能減小切削過(guò)程中的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，使切削層金屬表面的塑性變形程度下降，抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中對(duì)于不同材料合理選用切削液可大大減小工件表面粗糙度。2.1.4工件材料對(duì)

7、表面質(zhì)量的影響工件材料的性質(zhì)；加工塑性材料時(shí)，由刀具對(duì)金屬的擠壓產(chǎn)生了塑性變形，加之刀具迫使切屑與工件分離的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韌性越好，金屬的塑性變形越大，加工表面就愈越粗糙。加工脆性材料時(shí)其切屑呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)使表面粗糙。一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙度較大，而韌性較小的塑性材料，加工后易得到較小的表面粗糙度。對(duì)于同種材料，其晶粒組織越大，加工表面粗糙度越大。因此，為了減小加工表面粗糙度，常在切削加工前對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以獲得均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的硬度。 切削條件對(duì)工件表面質(zhì)量的影響與切削條件有關(guān)的工藝因素，包

8、括切削用量、冷卻潤(rùn)滑情況。中、低速加工塑性材料時(shí)，容易產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，所以，提高切削速度，可以減少積屑瘤和鱗刺，減小零件已加工表面粗糙度值；對(duì)于脆性材料，一般不會(huì)形成積屑瘤和鱗刺，所以，切削速度對(duì)表面粗糙度基本上無(wú)影響。進(jìn)給速度增大，塑性變形也增大，表面粗糙度值增大，所以，減小進(jìn)給速度可以減小表面粗糙度值，但是，進(jìn)給量減小到一定值時(shí)，粗糙度值不會(huì)明顯下降。正常切削條件下，切削深度對(duì)表面粗糙度影響不大，因此，機(jī)械加工時(shí)不能選用過(guò)小的切削深度。切削速度對(duì)表面粗糙度的影響一般在粗加工選用低速車削，精加工選用高速車削可以減小表面粗糙度。在中速切削塑性材料時(shí)，由于容易產(chǎn)生積屑瘤，且塑性變形較大，因此加

9、工后零件表面粗糙度較大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免積屑瘤的產(chǎn)生，這對(duì)減小表而粗糙度有積極作用。 2.1.7磨削加工對(duì)表面質(zhì)量的影響 砂輪的影響 砂輪的粒度越細(xì)，單位面積上的磨粒數(shù)越多，在磨削表面的刻痕越細(xì)，表面粗糙度越小；但若粒度太細(xì)，加工時(shí)砂輪易被堵塞反而會(huì)使表面粗糙度增大，還容易產(chǎn)生波紋和引起燒傷。砂輪的硬度應(yīng)大小合適，其半鈍化期愈長(zhǎng)愈好；砂輪的硬度太高，磨削時(shí)磨粒不易脫落，使加工表面受到的摩擦、擠壓作用加劇，從而增加了塑性變形，使得表面粗糙度增大，還易引起燒傷；但砂輪太軟，磨粒太易脫落，會(huì)使磨削作用減弱，導(dǎo)致表面粗糙度增加，所以要選擇合適的砂輪硬度。砂輪的修整

10、質(zhì)量越高，砂輪表面的切削微刃數(shù)越多、各切削微刃的等高性越好，磨削表面的粗糙度越小。 磨削用量的影響 增大砂輪速度，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)增多，每顆磨粒磨去的金屬厚度減少，工件表面的殘留面積減少；同時(shí)提高砂輪速度還能減少工件材料的塑性變形，這些都可使加工表面的表面粗糙度值降低。降低工件速度，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)增多，表面粗糙度值減小；但工件速度太低，工件與砂輪的接觸時(shí)間長(zhǎng)，傳到工件上的熱量增多，反面會(huì)增大粗糙度，還可能增加表面燒傷。增大磨削深度和縱向進(jìn)給量，工件的塑性變形增大，會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度值增大。徑向進(jìn)給量增加，磨削過(guò)程中磨削力和磨削溫度都會(huì)增加，磨削表面塑性變形程度增大，

11、從而會(huì)增大表面粗糙度值。為在保證加工質(zhì)量的前提下提高磨削效率，可將要求較高的表面的粗磨和精磨分開(kāi)進(jìn)行，粗磨時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，精磨時(shí)采用較小的徑向進(jìn)給量，最后進(jìn)行無(wú)進(jìn)給磨削，以獲得表面粗糙度值很小的表面。 工件材料 工件材料的硬度、塑性、導(dǎo)熱性等對(duì)表面粗糙度的影響較大。塑性大的軟材料容易堵塞砂輪，導(dǎo)熱性差的耐熱合金容易使磨料早期崩落，都會(huì)導(dǎo)致磨削表面粗糙度增大。另外，由于磨削溫度高，合理使用切削液既可以降低磨削區(qū)的溫度，減少燒傷，還可以沖去脫落的磨粒和切屑，避免劃傷工件，從而降低表面粗糙度值。影響工件表面物理機(jī)械性能的因素1.表面層冷作硬化。切削刃鈍圓半徑增大,對(duì)表層金屬的擠壓作用增強(qiáng),塑

12、性變形加劇,導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。刀具后刀面磨損增大,后刀面與被加工表面的摩擦加劇,塑性變形增大,導(dǎo)致冷硬增強(qiáng)。切削速度增大,刀具與工件的作用時(shí)間縮短,使塑性變形擴(kuò)展深度減小,冷硬層深度減小。切削速度增大后,切削熱在工件表面層上的作用時(shí)間也縮短了,將使冷硬程度增加。進(jìn)給量增大,切削力也增大,表層金屬的塑性變形加劇,冷硬作用加強(qiáng)。工件材料的塑性愈大,冷硬現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。 2.表面層材料金相組織變化。當(dāng)切削熱使被加工表面的溫度超過(guò)相變溫度后,表層金屬的金相組織將會(huì)發(fā)生變化。(1)磨削燒傷當(dāng)被磨工件表面層溫度達(dá)到相變溫度以上時(shí),表層金屬發(fā)生金相組織的變化,使表層金屬?gòu)?qiáng)度和硬度降低,并伴有殘余應(yīng)力產(chǎn)生甚至出現(xiàn)微

13、觀裂紋,這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。(2)改善磨削燒傷的途徑磨削熱是造成磨削燒傷的根源,故改善磨削燒傷由兩個(gè)途徑:一是盡可能地減少磨削熱的產(chǎn)生;二是改善冷卻條件,盡量使產(chǎn)生的熱量少傳入工件。正確選擇砂輪合理選擇切削用量改善冷卻條件。 3.表面層殘余應(yīng)力。(1)產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因:切削時(shí)在加工表面金屬層內(nèi)有塑性變形發(fā)生,使表面金屬的比容加大;切削加工中,切削區(qū)會(huì)有大量的切削熱產(chǎn)生;不同金相組織具有不同的密度,亦具有不同的比容的變化必然要受到與相連的基體金屬的阻礙,因而就有殘余應(yīng)力產(chǎn)生。(2)工件主要工作表面最終工序加工方法的選擇。選擇零件主要工作表面最終工序加工方法,須考慮該零件主要工作表面的具體工作

14、條件和可能的損壞形式。在交變載荷作用下,機(jī)器零件表面上的局部微觀裂紋,會(huì)因拉應(yīng)力的作用使原生裂紋擴(kuò)大,最后導(dǎo)致零件斷裂。從提高零件抵抗疲勞破壞的角度考慮,該表面最終工序應(yīng)選擇能在該表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的加工方法。在切削加工過(guò)程中，刀具對(duì)工件的擠壓和摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，引起原有的殘留面積扭曲或溝紋加深，增大表面粗糙度。當(dāng)采用中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料時(shí)，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤，它可以代替刀具進(jìn)行切削，但狀態(tài)極不穩(wěn)定，積屑瘤生成、長(zhǎng)大和脫落將嚴(yán)重影響加工表面的表面粗糙度值。另外，在切削過(guò)程中由于切屑和前刀面的強(qiáng)烈摩擦作用以及撕裂現(xiàn)象，還可能在加工表面上產(chǎn)生鱗刺，使加工表

15、面的粗糙度增加。4磨削表面層金相組織變化磨削燒傷（1）磨削表面層金相組織變化與磨削燒傷機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)使得工件的加工表面產(chǎn)生劇烈的溫升，當(dāng)溫度超過(guò)工件材料金相組織變化的臨界溫度時(shí)，將發(fā)生金相組織轉(zhuǎn)變。在磨削加工中，由于多數(shù)磨粒為負(fù)前角切削，磨削溫度很高，產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于切削時(shí)的熱量，而且磨削熱有6080%傳給工件，所以極容易出現(xiàn)金相組織的轉(zhuǎn)變，使得表面層金屬的硬度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生殘余應(yīng)力甚至引起顯微裂紋，這種現(xiàn)象稱為磨削燒傷。產(chǎn)生磨削燒傷時(shí)，加工表面常會(huì)出現(xiàn)黃、褐、紫、青等燒傷色，這是磨削表面在瞬時(shí)高溫下的氧化下膜顏色。不同的燒傷色，表明工件表面受到的燒傷程度不同。磨削淬火鋼時(shí)，

16、工件表面層由于受到瞬時(shí)高溫的作用，將可能產(chǎn)生以下三種金相組織變化：1）如果磨削表面層溫度未超過(guò)相變溫度，但超過(guò)了馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，這時(shí)馬氏體將轉(zhuǎn)變成為硬度較低的回火索氏體或索氏體，這叫回火燒傷。2）如果磨削表面層溫度超過(guò)相變溫度，則馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，這時(shí)若無(wú)切削液，則磨削表面硬度急劇下降，表層被退火，這種現(xiàn)象稱為退火燒傷。干磨時(shí)很容易產(chǎn)生這種現(xiàn)象。3）如果磨削表面層溫度超過(guò)相變溫度，但有充分的切削液對(duì)其進(jìn)行冷卻，則磨削表面層將急冷形成二次淬火馬氏體，硬度比回火馬氏體高，不過(guò)該表面層很薄，只有幾微米厚，其下為硬度較低的回火索氏體和索氏體，使表面層總的硬度仍然降低，稱為淬火燒傷。（2）磨削燒傷的

17、改善措施影響磨削燒傷的因素主要是磨削用量、砂輪、工件材料和冷卻條件。由于磨削熱是造成磨削燒傷的根本原因，因此要避免磨削燒傷，就應(yīng)盡可能減少磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量及盡量減少傳入工件的熱量。具體可采用下列措施：1）合理選擇磨削用量 不能采用太大的磨削深度，因?yàn)楫?dāng)磨削深度增加時(shí)，工件的塑性變形會(huì)隨之增加，工件表面及里層的溫度都將升高，燒傷亦會(huì)增加；工件速度增加，磨削區(qū)表面溫度會(huì)增高，但由于熱作用時(shí)間減少，因而可減輕燒傷。2）工件材料 工件材料對(duì)磨削區(qū)溫度的影響主要取決于它的硬度、強(qiáng)度、韌性和熱導(dǎo)率。工件材料硬度、強(qiáng)度越高，韌性越大，磨削時(shí)耗功越多，產(chǎn)生的熱量越多，越易產(chǎn)生燒傷；導(dǎo)熱性較差的材料，在磨削時(shí)也

18、容易出現(xiàn)燒傷。3）砂輪的選擇 硬度太高的砂輪，鈍化后的磨粒不易脫落，容易產(chǎn)生燒傷，因此用軟砂輪較好；選用粗粒度砂輪磨削，砂輪不易被磨削堵塞，可減少燒傷；結(jié)合劑對(duì)磨削燒傷也有很大影響，樹(shù)脂結(jié)合劑比陶瓷結(jié)合劑容易產(chǎn)生燒傷，橡膠結(jié)合劑比樹(shù)脂結(jié)合劑更易產(chǎn)生燒傷。4）冷卻條件 為降低磨削區(qū)的溫度，在磨削時(shí)廣泛采用切削液冷卻。為了使切削液能噴注到工件表面上，通常增加切削液的流量和壓力并采用特殊噴嘴，并在砂輪上安裝帶有空氣擋板的切削液噴嘴，這樣既可加強(qiáng)冷卻作用，又能減輕高速旋轉(zhuǎn)砂輪表面的高壓附著作用，使切削液順利地噴注到磨削區(qū)。此外，還可采用多孔砂輪、內(nèi)冷卻砂輪和浸油砂輪，切削液被引入砂輪的中心腔內(nèi)，由于離

19、心力的作用，切削液再經(jīng)過(guò)砂輪內(nèi)部的孔隙從砂輪四周的邊緣甩出，這樣切削液即可直接進(jìn)入磨削區(qū)，發(fā)揮有效的冷卻作用。2.2使用過(guò)程中影響表面質(zhì)量的因素2.2.1耐磨性對(duì)表面質(zhì)量的影響每個(gè)剛加工好的摩檫副的兩個(gè)接觸表面之間,最初階段在表面粗糙的峰部觸,實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積,在相互接觸的部有非常大的單位應(yīng)力,使實(shí)際接觸面積處產(chǎn)生塑性變形、彈性變形和峰部之間的剪切破壞,引起嚴(yán)重磨損。 2.2.2疲勞強(qiáng)度對(duì)表面質(zhì)量的影響在交變載荷作用,表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中產(chǎn)生疲勞紋。表面粗糙度值愈大,表面的紋痕愈深,紋底半徑愈小,抗疲勞破壞的能力就愈差。 2.2.3耐蝕性對(duì)表面質(zhì)量的影響零件的耐蝕

20、性在很大程度上取決于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,則凹谷中聚積腐蝕性物質(zhì)就愈多?？刮g性就愈差。表面層的殘余拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂,降低零件的耐磨性,而殘余壓應(yīng)力則能防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。第三章 機(jī)械加工表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響在機(jī)械加工中，零件的加工表面產(chǎn)生微觀不平、殘余應(yīng)力等各種缺陷，雖然僅存于零件極薄的表面層中，卻嚴(yán)重影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合性、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而進(jìn)一步影響機(jī)械的使用性能和使用壽命。3.1表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性的影響零件的耐磨性是零件的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，當(dāng)摩擦副的材料、潤(rùn)滑條件和加工精度確定之后，零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性將起著關(guān)鍵性的作用。由于零件表面存在著

21、表面粗糙度，當(dāng)兩個(gè)零件的表面開(kāi)始接觸時(shí)，接觸部分集中在其波峰的頂部，因此實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于名義接觸面積，并且表面粗糙度越大，實(shí)際接觸面積越小。在外力作用下，波峰接觸部分將產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力。當(dāng)兩個(gè)零件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)始階段由于接觸面積小、壓應(yīng)力大，在接觸處的波峰會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形、塑性變形及剪切變形，波峰很快被磨平，即使有潤(rùn)滑油存在，也會(huì)因?yàn)榻佑|點(diǎn)處壓應(yīng)力過(guò)大，油膜被破壞而形成干摩擦，導(dǎo)致零件接觸表面的磨損加劇。當(dāng)然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度過(guò)小，接觸表面間儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的能力變差，接觸表面容易發(fā)生分子膠合、咬焊，同樣也會(huì)造成磨損加劇。表面層的冷作硬化可使表面層的硬度提高，增強(qiáng)表面

22、層的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性、塑性變形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度過(guò)大，表面層金屬組織會(huì)變脆，出現(xiàn)微觀裂紋，甚至?xí)菇饘俦砻娼M織剝落而加劇零件的磨損。3.2表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度對(duì)承受交變載荷的零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度波谷處容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。并且表面粗糙度越大，表面劃痕越深，其抗疲勞破壞能力越差。表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度影響也很大。當(dāng)表面層存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展，提高零件的疲勞強(qiáng)度；當(dāng)表面層存在殘余拉應(yīng)力時(shí)，零件則容易引起晶間破壞，產(chǎn)生表面裂紋而降低其疲勞強(qiáng)度。表面層的加工硬化對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度也

23、有影響。適度的加工硬化能阻止已有裂紋的擴(kuò)展和新裂紋的產(chǎn)生，提高零件的疲勞強(qiáng)度；但加工硬化過(guò)于嚴(yán)重會(huì)使零件表面組織變脆，容易出現(xiàn)裂紋，從而使疲勞強(qiáng)度降低。3.3表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響很大。零件表面粗糙度越大，在波谷處越容易積聚腐蝕性介質(zhì)而使零件發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)零件的耐腐蝕性能也有影響。殘余壓應(yīng)力使表面組織致密，腐蝕性介質(zhì)不易侵入，有助于提高表面的耐腐蝕能力；殘余拉應(yīng)力的對(duì)零件耐腐蝕性能的影響則相反。3.4表面質(zhì)量對(duì)零件間配合性質(zhì)的影響相配零件間的配合性質(zhì)是由過(guò)盈量或間隙量來(lái)決定的。在間隙配合中，如果零件配合表面的粗糙度大，則由于

24、磨損迅速使得配合間隙增大，從而降低了配合質(zhì)量，影響了配合的穩(wěn)定性；在過(guò)盈配合中，如果表面粗糙度大，則裝配時(shí)表面波峰被擠平，使得實(shí)際有效過(guò)盈量減少，降低了配合件的聯(lián)接強(qiáng)度，影響了配合的可靠性。因此，對(duì)有配合要求的表面應(yīng)規(guī)定較小的表面粗糙度值。在過(guò)盈配合中，如果表面硬化嚴(yán)重，將可能造成表面層金屬與內(nèi)部金屬脫落的現(xiàn)象，從而破壞配合性質(zhì)和配合精度。表面層殘余應(yīng)力會(huì)引起零件變形，使零件的形狀、尺寸發(fā)生改變，因此它也將影響配合性質(zhì)和配合精度。3.5表面質(zhì)量對(duì)零件其他性能的影響如對(duì)間隙密封的液壓缸、滑閥來(lái)說(shuō)，減小表面粗糙度Ra可以減少泄漏、提高密封性能；較小的表面粗糙度可使零件具有較高的接觸剛度；對(duì)于滑動(dòng)零

25、件，減小表面粗糙度Ra能使摩擦系數(shù)降低、運(yùn)動(dòng)靈活性增高，減少發(fā)熱和功率損失；表面層的殘余應(yīng)力會(huì)使零件在使用過(guò)程中繼續(xù)變形，失去原有的精度，機(jī)器工作性能惡化等?？傊?，提高加工表面質(zhì)量，對(duì)于保證零件的使用性能、提高零件的使用壽命是十分重要的。第四章 控制表面質(zhì)量的途徑隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)零件的表面質(zhì)量的要求已越來(lái)越高。為了獲得合格零件，保證機(jī)器的使用性能，人們一直在研究控制和提高零件表面質(zhì)量的途徑。提高表面質(zhì)量的工藝途徑大致可以分為兩類：一類是用低效率、高成本的加工方法，尋求各工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，以減小表面粗糙度；另一類是著重改善工件表面的物理力學(xué)性能，以提高其表面質(zhì)量。4.1降低表面粗糙度的加

26、工方法超精密切削和低粗糙度磨削加工 超精密切削加工 超精密切削是指表面粗糙度為Ra0.04m以下的切削加工方法。超精密切削加工最關(guān)鍵的問(wèn)題在于要在最后一道工序切削0.1m的微薄表面層，這就既要求刀具極其鋒利，刀具鈍圓半徑為納米級(jí)尺寸，又要求這樣的刀具有足夠的耐用度，以維持其鋒利。目前只有金剛石刀具才能達(dá)到要求。超精密切削時(shí)，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保證工件表面上的殘留面積小，從而獲得極小的表面粗糙度。 小粗糙度磨削加工 為了簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，縮短工序周期，有時(shí)用小粗糙度磨削替代光整加工。小粗糙度磨削除要求設(shè)備精度高外，磨削用量的選擇最為重要。在選擇磨削用量時(shí)，參數(shù)之間往往會(huì)相互矛盾和排斥

27、。例如，為了減小表面粗糙度，砂輪應(yīng)修整得細(xì)一些，但如此卻可能引起磨削燒傷；為了避免燒傷，應(yīng)將工件轉(zhuǎn)速加快，但這樣又會(huì)增大表面粗糙度，而且容易引起振動(dòng)；采用小磨削用量有利于提高工件表面質(zhì)量，但會(huì)降低生產(chǎn)效率而增加生產(chǎn)成本；而且工件材料不同其磨削性能也不一樣，一般很難憑手冊(cè)確定磨削用量，要通過(guò)試驗(yàn)不斷調(diào)整參數(shù)，因而表面質(zhì)量較難準(zhǔn)確控制。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)磨削用量最優(yōu)化作了不少研究，分析了磨削用量與磨削力、磨削熱之間的關(guān)系，并用圖表表示各參數(shù)的最佳組合，加上計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，通過(guò)指令進(jìn)行過(guò)程控制，使得小粗糙度磨削逐步達(dá)到了應(yīng)有的效果。采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作為最終工序加工超精密加工、珩磨等都是利

28、用磨條以一定壓力壓在加工表面上，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度為Ra0.4m以下的表面加工。該加工工藝由于切削速度低、壓強(qiáng)小，所以發(fā)熱少，不易引起熱損傷，并能產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提高零件的使用性能；而且加工工藝依靠自身定位，設(shè)備簡(jiǎn)單，精度要求不高，成本較低，容易實(shí)行多工位、多機(jī)床操作，生產(chǎn)效率高，因而在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。 珩磨 珩磨是利用珩磨工具對(duì)工件表面施加一定的壓力，同時(shí)珩磨工具還要相對(duì)工件完成旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以去除工件表面的凸峰的一種加工方法。珩磨后工件圓度和圓柱度一般可控制在0.0030.005mm，尺寸精度可達(dá)IT6IT5，表面粗糙度在Ra

29、0.20.025m之間。珩磨它是利用安裝在珩磨頭圓周上的若干條細(xì)粒度油石，由漲開(kāi)機(jī)構(gòu)將油石沿徑向漲開(kāi)，使其壓向工件孔壁形成一定的接觸面，同時(shí)珩磨頭作回轉(zhuǎn)和軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔的低速磨削。油石上的磨粒在工件表面上留下的切削痕跡為交叉的且不重復(fù)的網(wǎng)紋，有利于潤(rùn)滑油的貯存和油膜的保持。由于珩磨頭和機(jī)床主軸是浮動(dòng)聯(lián)接，因此機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)工件的加工精度沒(méi)有影響。因?yàn)殓衲ヮ^的軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是以孔壁作導(dǎo)向的，即是按孔的軸線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，故在珩磨時(shí)不能修正孔的位置偏差，工件孔軸線的位置精度必須由前一道工序來(lái)保證。珩磨時(shí)，雖然珩磨頭的轉(zhuǎn)速較低，但其往復(fù)速度較高，參予磨削的磨粒數(shù)量大，因此能很快地去除金屬，

30、為了及時(shí)排出切屑和冷卻工件，必須進(jìn)行充分冷卻潤(rùn)滑。珩磨生產(chǎn)效率高，可用于加工鑄鐵、淬硬或不淬硬鋼，但不宜加工易堵塞油石的韌性金屬。 超精加工 超精加工是用細(xì)粒度油石，在較低的壓力和良好的冷卻潤(rùn)滑條件下，以快而短促的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行振動(dòng)研磨的一種微量磨削加工方法。超精加工在加工時(shí)有三種運(yùn)動(dòng)，即工件的低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、磨頭的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和油石的往復(fù)振動(dòng)。三種運(yùn)動(dòng)的合成使磨粒在工件表面上形成不重復(fù)的軌跡。超精加工的切削過(guò)程與磨削、研磨不同，當(dāng)工件粗糙表面被磨去之后，接觸面積大大增加，壓強(qiáng)極小，工件與油石之間形成油膜，二者不再直接接觸，油石能自動(dòng)停止磨削。超精加工的加工余量一般為310m，所

31、以它難以修正工件的尺寸誤差及形狀誤差，也不能提高表面間的相互位置精度，但可以降低表面粗糙度值，能得到表面粗糙度為Ra0.10.01m的表面。目前，超精加工能加工各種不同材料，如鋼、鑄鐵、黃銅、鋁、陶瓷、玻璃、花崗巖等，能加工外圓、內(nèi)孔、平面及特殊輪廓表面，廣泛用于對(duì)曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承、精密量?jī)x及電子儀器等精密零件的加工。 研磨 研磨是利用研磨工具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在研磨劑的作用下，對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工的一種加工方法。研磨可采用專用的設(shè)備進(jìn)行加工，也可采用簡(jiǎn)單的工具，如研磨心棒、研磨套、研磨平板等對(duì)工件表面進(jìn)行手工研磨。研磨可提高工件的形狀精度及尺寸精度，但不能提高表面位置精度，研

32、磨后工件的尺寸精度可達(dá)0.001mm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.0250.006m。研磨的適用范圍廣，既可加工金屬，又可加工非金屬，如光學(xué)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、塑料等；一般說(shuō)來(lái)，剛玉磨料適用于對(duì)碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼及鑄鐵的研磨，碳化硅磨料和金剛石磨料適用于對(duì)硬質(zhì)合金、硬鉻等高硬度材料的研磨。 拋光 拋光是在布輪、布盤(pán)等軟性器具涂上拋光膏，利用拋光器具的高速旋轉(zhuǎn)，依靠拋光膏的機(jī)械刮擦和化學(xué)作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光澤的一種加工方法。拋光一般不去除加工余量，因而不能提高工件的精度，有時(shí)可能還會(huì)損壞已獲得的精度；拋光也不可能減小零件的形狀和位置誤差。工件表面經(jīng)拋光后，表面層的殘余拉應(yīng)

33、力會(huì)有所減少。4.2改善表面物理力學(xué)性能的加工方法如前所述，表面層的物理力學(xué)性能對(duì)零件的使用性能及壽命影響很大，如果在最終工序中不能保證零件表面獲得預(yù)期的表面質(zhì)量要求，則應(yīng)在工藝過(guò)程中增設(shè)表面強(qiáng)化工序來(lái)保證零件的表面質(zhì)量。表面強(qiáng)化工藝包括化學(xué)處理、電鍍和表面機(jī)械強(qiáng)化等幾種。這里僅討論機(jī)械強(qiáng)化工藝問(wèn)題。機(jī)械強(qiáng)化是指通過(guò)對(duì)工件表面進(jìn)行冷擠壓加工，使零件表面層金屬發(fā)生冷態(tài)塑性變形，從而提高其表面硬度并在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的無(wú)屑光整加工方法。采用表面強(qiáng)化工藝還可以降低零件的表面粗糙度值。這種方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，用得最多的是噴丸強(qiáng)化和滾壓加工。1）噴丸強(qiáng)化噴丸強(qiáng)化是利用壓縮空氣

34、或離心力將大量直徑為0.44mm的珠丸高速打擊零件表面，使其產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應(yīng)力，可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。珠丸可以采用鑄鐵、砂石以及鋼鐵制造。所用設(shè)備是壓縮空氣噴丸裝置或機(jī)械離心式噴丸裝置，這些裝置使珠丸能以3550mms的速度噴出。噴丸強(qiáng)化工藝可用來(lái)加工各種形狀的零件，加工后零件表面的硬化層深度可達(dá)0.7 mm，表面粗糙度值Ra可由3.2m減小到0.4m，使用壽命可提高幾倍甚至幾十倍。2）滾壓加工滾壓加工是在常溫下通過(guò)淬硬的滾壓工具（滾輪或滾珠）對(duì)工件表面施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，將工件表面上原有的波峰填充到相鄰的波谷中，從而以減小了表面粗糙度值，并在其表面產(chǎn)生了冷硬層和殘余壓應(yīng)力，使

35、零件的承載能力和疲勞強(qiáng)度得以提高。滾壓加工可使表面粗糙度Ra值從1.255m減小到0.80.63m，表面層硬度一般可提高20%40%，表面層金屬的耐疲勞強(qiáng)度可提高30%50%。滾壓用的滾輪常用碳素工具鋼T12A或者合金工具鋼CrWMn、Cr12、CrNiMn等材料制造，淬火硬度在6264HRC；或用硬質(zhì)合金YG6、YT15等制成；其型面在裝配前需經(jīng)過(guò)粗磨，裝上滾壓工具后再進(jìn)行精磨。3）金剛石壓光金剛石壓光是一種用金剛石擠壓加工表面的新工藝，國(guó)外已在精密儀器制造業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用。壓光后的零件表面粗糙度可達(dá)Ra0.40.02m，耐磨性比磨削后的提高1.53倍，但比研磨后的低2040%，而生產(chǎn)率

36、卻比研磨高得多。金剛石壓光用的機(jī)床必須是高精度機(jī)床，它要求機(jī)床剛性好、抗振性好，以免損壞金剛石。此外，它還要求機(jī)床主軸精度高，徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)在0.01mm以內(nèi)，主軸轉(zhuǎn)速能在25006000 r/min的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)應(yīng)分離，以保證壓光的表面質(zhì)量。4）液體磨料強(qiáng)化液體磨料強(qiáng)化是利用液體和磨料的混合物高速噴射到已加工表面，以強(qiáng)化工件表面，提高工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度的一種工藝方法。工作時(shí)液體和磨料在400800Pa壓力下，經(jīng)過(guò)噴嘴高速噴出，射向工件表面，借磨粒的沖擊作用，碾壓加工表面，工件表面產(chǎn)生塑性變形，變形層僅為幾十微米。加工后的工件表面具有殘余壓應(yīng)力，提高了

37、工件的耐磨性、抗蝕性和疲勞強(qiáng)度。第五章 提高機(jī)械加工工件表面質(zhì)量的措施(1)制訂科學(xué)合理的工藝規(guī)程是保證工件表面質(zhì)量的基礎(chǔ)。科學(xué)合理的工藝規(guī)程是加工工件的方法依據(jù)。只有制訂了科學(xué)合理的工藝規(guī)程，才能為加工工件表面質(zhì)量滿足要求提供科學(xué)合理的方法依據(jù)，使加工工件表面質(zhì)量滿足要求成為可能。對(duì)科學(xué)合理的工藝規(guī)程的要求是工藝流程要短，定位要準(zhǔn)確，選擇定位基準(zhǔn)時(shí)盡量使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。(2)合理的選擇切削參數(shù)是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵。選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質(zhì)量。切削參數(shù)的選擇主要包括切削刀具角度的選擇、切削速度的選擇和切削深度及進(jìn)給速度的選擇等。試驗(yàn)證明，主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑對(duì)零件表而粗糙度都有直接影響。在進(jìn)給量一定的情況下，減小主偏角和副偏角，或增大刀尖圓弧半徑，可減小表面粗糙度。另外，適當(dāng)增大前角和后角，可減小切削變形和前后刀面間的摩擦，抑制積屑瘤的產(chǎn)生也可減小表面粗糙度。比如在加工塑性材料時(shí)若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因?yàn)榈毒咔敖窃龃髸r(shí)，切削力減小，切削變形小，刀具與切屑的接觸長(zhǎng)度變短，減小了積屑瘤形成的基礎(chǔ)。(3)合理的選擇切削液是保證加工工件表面質(zhì)量的