影响机械加工表面质量的因素及采取的措施本科毕业论文.docx

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影响机械加工表面质量的因素及采取的措施本科毕业论文

论文题目影响机械加工表面质量的因素及采取的措施姓名熊文娟焦作大学机电工程学院

毕业论文

中图分类号：

影响机械加工表面质量的因素

及采取的措施

焦作大学机电工程学院

2012年12月

中图分类号：

密级：

　UDC：

单位代码：

影响机械加工表面质量的因素

及采取的措施

Factorsthataffectthesurfacequalityof

machinedandthemeasurestaken

姓　名

学　　制

三年

专业

机械制造与自动化

研究方向

加工表面质量

导　　师

职　　称

讲师

论文提交日期

论文答辩日期

焦作大学机电工程学院

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

聞創沟燴鐺險爱氇谴净。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘　要

在机械加工中，有很多因素影响工件表面的质量，机械产品的使用性能的提高和使用寿命的增加与组成产品的零件加工质量密切相关，如何使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主要指标有：

加工工件的表面质量达到要求，如何减小各因素对表面质量的影响就成为加工前必须考虑的问题，零精度和表面粗糙度。

本文主要通过对影响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、金相组织的变化与磨削烧伤）、表面质量影响零件使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措施。

彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

【关键词】：

机械加工表面质量影响因素控制措施

ABSTRACT

Machining,therearemanyfactorsthataffectthequalityoftheworkpiecesurface,closelyrelatedtotheincreaseoftheuseofimprovedperformanceandservicelifeofmechanicalproductspartsmachiningqualityandcompositionoftheproduct,andhowtomakethesurfacequalityoftheworkpiecetomeettherequirements,howtoreducethevariousfactorsimpactontheissuesthatmustbeconsideredbeforeprocessingthesurfacequality,machiningqualityisthebasisofensuringproductquality.Themainindicatorstomeasurethequalityofpartsprocessingare:

machiningaccuracyandsurfaceroughness.Thisarticlemainlythroughfactorsaffectpartsofthesurfaceroughnessfactorsofthephysicalandmechanicalpropertiesofthepartsofthesurfacelayer（surfacecoldhardening,residualstress,microstructurechangeswithgrindingburn）,surfacequalityaffectpartsuseperformanceanalysisandresearchprocessmeasurestoimprovethesurfacequalityofmachined.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

Keywords:

MachiningSurfacequalityInfluencingfactorsControlmeasures厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

引言

随着工业技术的飞速发展机械化生产以走进各大小企业，与之息息相关的就是各式各样的机器。

而机器是由机械零件装配而成，机械的实效是由个别零件的失效而造成的，其根本原因是零件丧失了其应具备的使用性能。

而通过研究与生产实践证明，零件的实效大都是表面开始，零件表面质量的高低是决定其实用性能好坏的主要因素。

因此，正确的理解零件表面质量的内涵，分析机械加工过程中影响加工表面质量的各种工艺因素，通过改变这些因素从而改善工件表面的质量，提高产品使用性能及对未来机械行业的发展具有重要的意义。

辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。

随着机械行业在社会中占得地位越来越重，人们对机器的使用要求越来越高，一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作，零件表面的任何缺陷,不仅直接影响零件的工作性能,而且还可能引起应力集中、应力腐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很大关系。

峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。

一个零件的失效或者突然间损坏，其原因除了少数因设计不周而强度不够，或者是由于偶然的事故引起超负荷而造成了失效或损坏以外，大多数都是由于磨损、受到外界环境的腐蚀或疲劳破坏。

磨损、腐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影响到零件的使用性能，因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。

詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。

机械加工

2.1机械加工基本概念

2.1.1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、压铸机等专用机械设备制作零件的过程。

则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。

机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。

按被加工的工件处于的温度状态,分为冷加工和热加工。

一般在常温下加工,并且不引起工件的化学或物相变化,称冷加工。

一般在高于或低于常温状态的加工,会引起工件的化学或物相变化,称热加工。

冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。

热加工常见有热处理,煅造,铸造和焊接。

胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。

2.1.2机械加工表面质量

机械加工表面质量：

是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度,也叫粗糙度,以Ra、Rz、Ry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,一般是工件表面粗糙度Ra<0.8um的表面时称:

镜面。

其加工后的表面质量直接影响被加工件的物理、化学及力学性能。

产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。

一般而言,重要或关键零件的表面质量要求都比普通零件要高。

这是因为表而质量好的零件会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力。

鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。

2.2切削加工

2.2.1.刀具的几何参数、材料和刃磨质量

刀具的几何参数中对表面粗糙度影响最大主要是副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径。

在一定的条件下，减小副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径都可以降低表面粗糙度。

在同样条件下，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。

稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

2.2.2切削条件

与切削条件有关的工艺因素，包括切削用量、冷却润滑情况。

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，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。

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。

合理选用切削液，对工件起到冷却、润滑作用，减少被加工材料的变形和摩擦，降低切削区温度，抑制积屑瘤和鳞刺的生成，是减少表面粗糙度值有效途径。

陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。

2.2.3工艺系统的精度和刚度

要想获得很小表面粗糙度，要求工艺系统具有足够的运动精度和刚度。

2.3磨削加工

2.3.1砂轮

1）粒度磨粒越细，单位面积上的磨粒数越多，刻划沟痕越细密，表面粗糙度越小。

但磨粒过细，砂轮易堵塞，磨削性能下降，磨削力和磨削温度下降，反而增大表面粗糙度，甚至出现烧伤现象。

沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

2）硬度砂轮的硬度要适中，太软，磨粒易脱落，使粗糙度增加；太硬，磨钝了的磨粒又不易脱落，堵塞砂轮，增加工件材料的塑性变形，也会使工件表面变粗糙。

钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

3）砂轮修整砂轮磨钝后必须进行认真修整，目的是使砂轮具有正确的几何形状和锐利刀刃。

砂轮修整的质量越好，砂轮的表面磨粒的等高性越好，磨削出表面粗糙度值越小。

懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。

2.3.2磨削用量

1）砂轮转速提高砂轮转速，可以减小表面粗糙度。

2）工件转速增大工件转速，塑性变形增加，表面粗糙度值也增加。

3）工件材料若工件的材料硬度太高，磨粒易磨钝，不易提高表面质量；若工件材料的塑性、韧性较大，变形大，易堵塞砂轮，也得不到较小表面粗糙度值。

謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。

2.4减小机械加工表面粗糙度的加工方法

2.4.1超精密切削

超精密切削是指加工精度高于亚微米（0.1um）级，表面粗糙度值Ra在0.025um以下的切削加工方法。

单晶金刚石车刀是目前应用最广泛的超精密切削刀具材料，常用来加工铜、铝或其它有色金属材料，获得超精密表面。

呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。

2.4.2超精加工

超精加工是一种由切削过程过渡到摩擦抛光过程的加工方法，能获得较高加工表面粗糙度（Ra=0.01~0.1um）。

目前，超精加工广泛用于曲轴、凸轮轴、刀具、轴承、精密量仪及电子仪器等精密零件。

莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。

2.4.3珩磨

珩磨是利用珩磨工具（细粒度油石或油条）对工件表面施加一定的压力，同时作相对旋转和往复直线运动，切削工件上极小余量精加工方法。

目前广泛应用于中小批生产中孔的精加工，加工孔的范围很大，直径从几毫米到1米，长度从10毫米到20米，珩磨后的工件表面粗糙度值控制在0.025~0.2mm之间，圆度和圆柱度在0.003~0.005mm之间。

麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。

2.4.4研磨

研磨是用研磨工具（研棒或研套）和研磨剂从工件表面上研去一层极薄金属的精加工方法，能获得很高表面质量和加工精度。

研磨后的工件尺寸和形状误差可达0.1~0.3mm,表面粗糙度Ra可以达到0.01~0.04mm。

納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

2.4.5抛光

抛光加工是用涂敷有抛光膏的布轮、皮轮等软性工具，利用机械、化学或电化学作用去除工件表面微观不平处的峰顶，以获得光亮、平整表面的加工方法。

抛光加工多用于要求很低表面粗糙度、尺寸精度要求不太严格的场合。

風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。

影响机械加工表面质量的因素

机械加工过程中，在切削力和切削热的作用下，工件表面一定深度内的表面层材料沿径向产生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒拉长并纤维化，金相组织发生变化，导致材料物理、机械性能不同于基体材料，形成变质层（加工硬化、残余应力、金相组织变化等），从而影响零件表面质量表面质量对零件的耐磨性，配合精度，疲劳强度、抗腐蚀性，接触刚度等使用性能都有很大的影响。

灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。

3.1影响机械加工的因素

3.1.1影响加工表面质量的因素

⒈耐磨性对表面质量的影响

　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。

铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。

⒉疲劳强度对表面质量的影响

　　在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，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，抗疲劳破坏的能力就愈差。

攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

⒊耐蚀性对表面质量的影响

　零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度.表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多、抗蚀性就愈差。

表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。

趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。

3.1.2影响表面粗糙度的因素

切削加工影响表面粗糙度的因素

刀具几何形状的反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，其形状是刀具几何形状的反映。

夹覡闾辁駁档驀迁锬減。

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。

工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。

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。

视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。

磨削加工影响表面粗糙度的因素

　影响磨削表面粗糙的主要因素有：

砂轮的粒度、砂轮的硬度、砂轮的修整、磨削速度、磨削径向、进给量与光磨次数、工件圆周进给速度与轴向进给量冷却润滑液等。

偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。

3.1.3影响加工表面层物理机械性能的因素

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,塑性变形加剧,导致冷硬增强。

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

切削速度增大,刀具与工件的作用时间缩短,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用时间也缩短了,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剧,冷硬作用加强。

工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严重。

緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。

表面残余应力

机械加工后，工件表面层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用结果。

切削加工时主要由冷态塑性变形引起的残余应力，磨削加工时主要是热态塑性变形和金相组织变化引起体积变化而产生的残余应力。

总之，凡能减小塑性变形和降低切削或磨削温度的因素，都可以减少零件表騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。

层残余应力。

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。

疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。

（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。

镞锊过润启婭澗骆讕瀘。

⒋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变化必然要受到与相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。

榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。

（2）工件主要工作表面最终工序加工方法的选择。

选择零件主要工作表面最终工序加工方法,须考虑该零件主要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,机器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,最后导致零件断裂。

从提高零件抵抗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法。

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

当采用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，它可以代替刀具进行切削，但状态极不稳定，积屑瘤生成、长大和脱落将严重影响加工表面的表面粗糙度值。

另外，在切邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。

削过程中由于切屑和前刀面的强烈摩擦作用以及撕裂现象，还可能在加工表面上产生鳞刺，使加工表面的粗糙度增加。

嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。

3.2影响磨削烧伤的因素

3.2.1磨削用量

当磨削深度增大时，工件表层的温度则明显增加，易引起烧伤或加剧烧伤，故磨削深度不能太大；同时提高工件转速和砂轮转速，既可以减轻工件表面的烧伤，又可以提高生产率；增大工件的纵向进给速度，磨削区表面温度降低，烧伤减小，为了弥补纵向进给速度增大而导致表面粗糙度值增大，可采用较宽砂轮进行磨削加工。

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3.2.2砂轮特性

为了降低磨削区温度，减轻烧伤，应采用硬度较软、组织疏松、粗粒度及结合剂弹性好的砂轮。

3.2.3冷却方法

采用切削液能有效地降低切削区温度，可以避免烧伤。

目前，通用的冷却方法效果较差，实际上没有多少切削液进入磨削区，比较最有效的冷却方法有内冷却、高压大流量冷却法、喷雾冷却润滑法和浸油砂轮等。

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四机械加工表面质量对零件使用性能的影响

在机械加工中，零件的加工表面产生微观不平、残余应力等各种缺陷，虽然仅存于零件极薄的表面层中，却严重影响着机械零件的精度、耐磨性、配合性、抗腐蚀性和疲劳强度等，从而进一步影响机械的使用性能和使用寿命。

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4.1表面质量对耐磨性的影响

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、润滑条件和加工精度确定