機械表面加工質(zhì)量及其粗糙度的分析畢業(yè)論文.doc

11.機械加工質(zhì)量1.1概述機械加工技術(shù)的發(fā)展剛剛經(jīng)歷了十幾年，在加工技術(shù)不斷發(fā)展的同時發(fā)展了一批微小器件和系統(tǒng)，顯示了巨大生命力。作為大批量生產(chǎn)的機械加工產(chǎn)品，將以其價格低廉和優(yōu)良性能贏得市場，在生物工程、化學、微分析、光學、國防、航天、工業(yè)控制、醫(yī)療、通訊及信息處理、農(nóng)業(yè)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。因此，專家門將機械加工質(zhì)量特別作為一個課題來研究。1.2機械加工表面質(zhì)量的含義機械加工表面質(zhì)量又稱為表面完整性，其含義包括兩個方面的內(nèi)容。1.1.1表面層的幾何形狀特征表面層的幾何形狀特征如圖1所示，主要由以下幾部分組成：表面粗糙度它是指加工表面上較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征，即加工表面的微觀幾何形狀誤差，其評定參數(shù)主要有輪廓算術(shù)平均偏差Ra或輪廓微觀不平度十點平均高度Rz。表面波度它是介于宏觀形狀誤差與微觀表面粗糙度之間的周期性形狀誤差，它主要是由機械加工過程中低頻振動引起的，應(yīng)作為工藝缺陷設(shè)法消除。表面加工紋理它是指表面切削加工刀紋的形狀和方向，取決于表面形成過程中所采用的機加工方法及其切削運動的規(guī)律。傷痕它是指在加工表面?zhèn)€別位置上出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕、劃痕等，它們大多隨機分布1。圖1加工表面的形狀誤差表面波度與粗糙度21.1.2表面層的物理力學性能表面層的物理力學性能主要指以下三個方面的內(nèi)容：表面層的加工冷作硬化；表面層金相組織的變化；表面層的殘余應(yīng)力。1.3表面質(zhì)量對零件使用性能的影響1.3.1表面質(zhì)量對零件耐磨性的影響零件的耐磨性是零件的一項重要性能指標，當摩擦副的材料、潤滑條件和加工精度確定之后，零件的表面質(zhì)量對耐磨性將起著關(guān)鍵性的作用。由于零件表面存在著表面粗糙度，當兩個零件的表面開始接觸時，接觸部分集中在其波峰的頂部，因此實際接觸面積遠遠小于名義接觸面積，并且表面粗糙度越大，實際接觸面積越小。在外力作用下，波峰接觸部分將產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力。當兩個零件作相對運動時，開始階段由于接觸面積小、壓應(yīng)力大，在接觸處的波峰會產(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，即使有潤滑油存在，也會因為接觸點處壓應(yīng)力過大，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。當然，并非表面粗糙度越小越好，如果表面粗糙度過小，接觸表面間儲存潤滑油的能力變差，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，增強表面層的接觸剛度，從而降低接觸處的彈性、塑性變形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度過大，表面層金屬組織會變脆，出現(xiàn)微觀裂紋，甚至會使金屬表面組織剝落而加劇零件的磨損。1.3.2表面質(zhì)量對零件疲勞強度的影響表面粗糙度對承受交變載荷的零件的疲勞強度影響很大。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)力對零件的疲勞強度影響也很大。當表面層存在殘余壓應(yīng)力時，能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴展，提高零件的疲勞強度；當表面層存在殘余拉應(yīng)力時，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度。表面層的加工硬化對零件的疲勞強度也有影響。適度的加工硬化能阻止已有裂紋的擴展和新裂紋的產(chǎn)生，提高零件的疲勞強度；但加工硬化過于嚴重會使零件表面組織變脆，容易出現(xiàn)裂紋，從而使疲勞強度降低。1.3.3表面質(zhì)量對零件耐腐蝕性能的影響3表面粗糙度對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)生化學腐蝕和電化學腐蝕。表面層殘余壓應(yīng)力對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)力的對零件耐腐蝕性能的影響則相反。1.3.4表面質(zhì)量對零件間配合性質(zhì)的影響相配零件間的配合性質(zhì)是由過盈量或間隙量來決定的。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；在過盈配合中，如果表面粗糙度大，則裝配時表面波峰被擠平，使得實際有效過盈量減少，降低了配合件的聯(lián)接強度，影響了配合的可靠性。因此，對有配合要求的表面應(yīng)規(guī)定較小的表面粗糙度值。在過盈配合中，如果表面硬化嚴重，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。1.3.5表面質(zhì)量對零件其他性能的影響表面質(zhì)量對零件的使用性能還有一些其他影響。如對間隙密封的液壓缸、滑閥來說，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；對于滑動零件，減小表面粗糙度Ra能使摩擦系數(shù)降低、運動靈活性增高，減少發(fā)熱和功率損失；表面層的殘余應(yīng)力會使零件在使用過程中繼續(xù)變形，失去原有的精度，機器工作性能惡化等?？傊?，提高加工表面質(zhì)量，對于保證零件的的性能、提高零件的使用壽命是十分重要的。2影響表面質(zhì)量的工藝因素2.1影響機械加工表面粗糙度的因素及降低表面粗糙度的工藝措施2.1.1影響切削加工表面粗糙度的因素在切削加工中，影響已加工表面粗糙度的因素主要包括幾何因素、物理因素和加工中工藝系統(tǒng)的振動。下面以車削為例來說明。幾何因素切削加工時表面粗糙度的值主要取決于切削面積的殘留高度。下面兩式為車削時殘留面積高度的計算公式2：當?shù)都鈭A弧半徑r=0時，殘留面積高度H為（1）rrkctgctgkfH4當?shù)都鈭A弧r0時，殘留面積高度H為（2）從上面兩式可知，進給量f、主偏角kr、副偏角kr和刀尖圓弧半徑r對切削加工表面粗糙度的影響較大。減小進給量f、減小主偏角kr和副偏角kr、增大刀尖圓弧半徑r，都能減小殘留面積的高度H，也就減小了零件的表面粗糙度。物理因素在切削加工過程中，刀具對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。當采用中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料時，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤，它可以代替刀具進行切削，但狀態(tài)極不穩(wěn)定，積屑瘤生成、長大和脫落將嚴重影響加工表面的表面粗糙度值。另外，在切削過程中由于切屑和前刀面的強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，使加工表面的粗糙度增加。動態(tài)因素振動的影響在加工過程中，工藝系統(tǒng)有時會發(fā)生振動，即在刀具與工件間出現(xiàn)的除切削運動之外的另一種周期性的相對運動。振動的出現(xiàn)會使加工表面出現(xiàn)波紋，增大加工表面的粗糙度，強烈的振動還會使切削無法繼續(xù)下去。除上述因素外，造成已加工表面粗糙不平的原因還有被切屑拉毛和劃傷等。2.1.2減小表面粗糙度的工藝措施在精加工時，應(yīng)選擇較小的進給量f、較小的主偏角kr和副偏角kr、較大的刀尖圓弧半徑r，以得到較小的表面粗糙度。加工塑性材料時，采用較高的切削速度可防止積屑瘤的產(chǎn)生，減小表面粗糙度。根據(jù)工件材料、加工要求，合理選擇刀具材料，有利于減小表面粗糙度。適當?shù)脑龃蟮毒咔敖呛腿袃A角，提高刀具的刃磨質(zhì)量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。對工件材料進行適當?shù)?