10703剖析机械加工表面质量的影响因素及应对措施.docx

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10703剖析机械加工表面质量的影响因素及应对措施

毕业论文

课题名称

剖析机械加工表面质量的影响因素及应对措施

分院/专业

机械工程学院/机电一体化

班级

XXXX

学号

XXXXX

学生姓名

XXXXX

指导教师：

XXXX

2012年6月1日

摘要

随着机械加工制造业在社会上的地位越来越高，对机械产品表面质量的要求也越来越高。

提高机械零件表面质量是提升机械产品使用性能和使用寿命的基础，因此有效的提高机械零件的表面质量是一个亟需研究的课题。

本文针对机械加工表面质量的问题重要性，首先简要介绍了相关的概念，然后从零件表面粗糙度、表面物理机械性能、加工精度三个方面介绍了影响表面质量的相关因素，最后从这三面分别阐述了相应的解决方案，为提高机械加工表面质量奠定了基础。

关键词：

机械加工，表面质量，影响因素，应对措施

窗体顶端

窗体底端

引言

由于工业化技术的发展越来越快，各种类型的机械产品也应运而生。

众所周知，机械产品是将各种不同的机械零件装配在一起而形成的。

如果机械产品中个别的零件一旦失效，那么这个机械产品也将受到严重的影响。

因此，机械零件的性能对于提高机械产品的性能是非常重要的。

前人经过大量的实验研究得出结论：

机械零件几乎85%都是从零件表面开始失效。

这就说明了机械零件的表面质量对于机械产品整体性能的重要性。

本文通过发现问题、解决问题的思路剖析了机械零件表面质量的重要性。

现今大规模的机械制造加工使得提高机械产品性能显得尤为重要。

因此，我们必须更好的认识机械加工表面质量的含义。

首先本文介绍了机械加工表面质量的相关概念，然后分析了影响机械加工表面质量的因素，最后对相应的影响因素提出了相对的解决方案。

目录

第1章机械加工表面质量的相关概念1

1.1机械加工1

1.2表面质量1

1.3表面粗糙度………………………………….……….............................................................1

1.4加工表面层物理机械性能………………………………….………..................................1

1.5加工精度………………………………….………......................……………………............1

第2章机械加工表面质量的影响因素2

2.1加工过程中机械加工表面质量的影响因素2

2.1.1加工表面粗糙度的影响因素2

2.1.2加工表面层物理机械性能的影响因素………………………………….…......3

2.1.3加工精度的影响因素...............................................................................................3

2.2使用过程中机械加工表面质量的影响因素..................................................................4

2.2.1耐磨性………………………………….………......................……..…......................4

2.2.2疲劳强度………………………………….……….....................................................4

2.2.3耐腐蚀性………………………………….……….....................................................4

第3章提高机械加工表面质量的应对措施5

3.1提高加工表面粗糙度的措施5

3.2提高加工表面物理机械性能的措施………………………………….………..............6

3.3提高加工精度的措施………………………………….………..........................................7

3.4提高表面质量的其它措施………………………………….……….................................8

第4章结论9

第5章自我评估10

参考文献11

第1章机械加工表面质量的相关概念

1.1机械加工：

广意上的机械加工就是指用机械手段制造出产品的过程；狭意的是用车床、刨床、铣床、磨床、钻床、冲压机等专用机械设备制作出零件的过程。

1.2表面质量：

是指零件表层的微观几何结构和表层金属材料的性质经机械加工后发生变化情况。

1.3表面粗糙度：

引起的因素有很多，例如：

振动、刀具形状、在切削中引起的塑性变形等等。

是指机械加工表面的微观几何形状误差。

1.4加工表面层物理机械性能：

包括有三部分，表面层的冷作硬化及金相组织变化、残余应力变化。

主要是由于零件在机械加工制造过程中产生的切削力和切削热共同影响所产生的。

1.5加工精度：

是指经过机械加工过程后，零件的实际几何参数和理想设计几何参数的一致程度。

第2章机械加工表面质量的影响因素

机械加工表面如此重要，要想提高机械加工表面质量必须首先弄懂机械加工表面的影响因素，以能够更好的找到应对措施。

2.1加工过程中机械加工表面质量的影响因素

2.1.1加工表面粗糙度的影响因素

（1）切削加工：

在切削加工中，影响加工表面粗糙度的影响因素有加工刀具的几何参数、刀具的材料以及切削的条件。

在刀具的几何参数中，主要是刀具的主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径对零件加工表面粗糙度影响较大。

主偏角指刀具的主切削刃与刀具进给方向的夹角，副偏角指刀具的副切削刃与刀具进给反方向的夹角。

如图1所示，k

为刀具的主偏角，k

为刀具的副偏角。

在刀具的材料方面，金刚石的切削效果好于硬质合金，而硬质合金的切削效果好于高速钢刀具。

在切削条件方面，应该选择适当的切削速度，进给速度小可以适当的减小零件加工表面粗糙度；合理使用切削液可以冷却、润滑被加工工件，降低切削时的温度，有效减小表面粗糙度。

（2）磨削加工：

在磨削加工中，砂轮的条件的磨削用量对机械加工表面质量有着很重要的影响。

首先，砂轮的粒度磨粒越微细，进行加工时工件表面的划痕越小，工件的表面粗糙度越小。

其次，砂轮的硬度要合适，既不能太软也不能太硬，太软太硬都会导致工件表面粗糙度增加。

最后，提高砂轮的转速和工件的转速会使工件表面粗糙度分别降低和提高。

图2.1主切削刃与副切削刃示意图

2.1.2加工表面层物理机械性能的影响因素

加工表面层物理机械性能包括表面层的冷作硬化及金相组织变化、残余应力变化。

（1）工件表面层的冷作硬化：

影响工件表面层的冷作硬化的因素包括工件加工表面产生塑性变形时的力、速度、温度的大小。

当进行工件加工时的力越大，工件表面的塑性变形也就越大，冷作硬化越明显；速度越大，工件表面的塑性变形越小，冷作硬化削弱；温度越高，工件表面的塑性变形也削弱。

当使用不同的机械加工制造方法对零件进行加工时，零件表面层冷作硬化情况不同。

表2.1不同零件的表面冷作硬化情况

（2）工件表面层金相组织变化：

与磨削速度和磨削厚度有关。

当进行磨削加工时，磨削速度越高，磨削厚度越小，加工过程中产生的热量越多，造成磨削区域温度较高，从而使工件表面层金相组织发生变化。

（3）工件表面层残余应力变化：

由于冷态塑性变形和热态塑性变形以及金相组织变化共同作用使得工件表面层产生残余应力。

冷态塑性变形使得在切削加工过程中产生残余应力。

热态塑性变形以及金相组织变化使得在磨削加工过程中产生残余应力。

2.1.3加工精度的影响因素

机械加工精度的影响因素有很多方面，这里简要介绍几种。

首先是由于在机械加工过程中采用了与原来加工方法相似的加工制造方法等而引起的加工误差。

其次是由机床的制造误差引起的机械零件的加工误差。

主轴回转和导轨以及传动链的误差均属于机床的制造误差。

再次为机床刀具以及夹具的制造误差造成加工精度的降低，机械零件是由刀具制造出来的，并且使用夹具来进行定位，因此不难理解，若机床的刀具和夹具的制造误差过大的话，会影响机械加工精度。

最后为机械加工工艺系统在加工过程中的受力变形和受热变形引起的加工精度误差。

可以想象，受力使工艺系统形成变形，破坏了加工零件和加工刀具之间的理想位置，形成误差。

而当工艺系统受到热能的影响，使得机床各个部件之间的原来的位置距离关系遭到改变，从而形成误差。

2.2使用过程中机械加工表面质量的影响因素

2.2.1耐磨性

众所周知，当加工零件的两个表面刚开始接触时，实际接触的只是零件表面的一些小的凸峰相互接触，这些接触的小部分将会承受很大的应力，以至于使接触部分产生严重的破坏。

但是经过一段时间之后在外力作用下小的凸峰逐渐被磨平，耐磨性逐渐变好。

2.2.2疲劳强度

零件表面的凹陷部分总是会由于交变载荷的不断作用产生疲劳裂纹，零件表面越粗糙，疲劳裂纹就越深，表面质量就越差。

2.2.3耐腐蚀性

耐腐蚀性对表面质量的影响也很大。

机械零件表面越粗糙，零件凹陷部位就积累越多的腐蚀物，就越容易被腐蚀。

因此如果零件的耐腐蚀性不好会严重影响机械加工表面质量。

第3章提高机械加工表面质量的应对措施

3.1提高加工表面粗糙度的措施

可以采用不同的加工方法来减小加工表面的粗糙度。

现列举几种加工方法如下：

图3.1研磨加工原理图图3.2大理石水磨抛光机

（1）研磨加工：

研磨加工是一种有效的减小表面粗糙度的加工方法。

它能够取得较高的精度，方法是从待加工零件表面磨去薄薄的一层，使得它的精度得到大幅提高。

其加工原理如下图所示。

（2）抛光加工：

零件表面经过加工后使得表面变得平整，但是一般应用于精度要求较低的场合。

生活中有很多用品都是经过抛光加工而来，比如说：

日常生活中常见的水龙头、门把手、手表表链等等。

如图3所示为一种常见的大理石水磨抛光机。

（3）超精加工：

超精加工在现今来说已经不是罕见的加工方法了，它能够获得较高的加工精度，目前超精加工已经广泛应用于加工曲轴和凸轮轴等等零件。

如图3.3所示为超精加工原理示意图。

图3.3超精加工原理图

3.2提高加工表面物理机械性能的措施

表面物理机械性能对于表面质量的影响主要在于磨削烧伤。

因此，想要提高表面物理机械性能首要就是要减少磨削烧伤。

下面简单介绍一下改变哪些因素能够减小磨削烧伤的几率。

（1）砂轮的特性：

砂轮的特性是影响磨削烧伤的原因之一。

若要减小磨削烧伤的几率，应该选择具备以下性能的砂轮：

首先要硬度软，其次要求组织疏松并且粒度粗，最后要求粘合砂轮的粘合剂的弹性要好。

（2）

磨削用量：

磨削时假若深度较大的话，被加工零件的表层温度会急剧增加，毫无疑问会引起磨削烧伤；假若提高砂轮的旋转速度，同时提高被加工零件的转速，那么不仅仅生产率被提高了，被加工零件的表层温度也会降低，磨削烧伤显著降低。

因此在进行磨削加工时，应该适当提高砂轮和被加工零件的旋转速度，同时减少磨削深度。

如图5所示为磨削加工方法的。

图3.4磨削加工的范围

（3）冷却方法：

显而易见用冷却液能够减低被加工零件的温度。

但是一般常用的冷却方法冷却后的效果不是很好，实际上进入磨削加工区域的冷却液少之又少，根本不能有效的降低切削加工区域的温度。

一般常见的冷却方法有如下几种：

内冷却、喷雾冷却以及浸油砂轮等等，如图6所示。

图3.5常见的磨削冷却方法

3.3提高加工精度的措施

提高机械加工精度是提高表面质量的最有效的方法。

提高机械加工精度的方法有如下几种：

（1）减少原始误差：

本方法是加工过程中广泛应用的一种方法。

如图7所示，原始误差包括与工艺系统初始状态有关的原始误差和与切削过程有关的原始误差。

当加工系统中出现了元是误差而影响加工精度时，我们要想办法将它减小或者尽量消除，以提高机械加工的精度。

例如：

在进行加工车削细长轴的时候，由于细长轴的刚度较差而使得细长轴呈现出弯曲变形，这就属于原始误差而造成的结果。

图3.6原始误差组成结构

（2）补偿原始误差：

补偿，即所谓的制造出一些人为误差，用以和原来系统中存在的原始误差来相互抵消。

假若原来系统中存在的误差为负值，那么制造出的人为误差理应取为正值，并且它们的大小要尽量相等，然后相互抵消来使系统加工精度提高；假若原来系统中存在的误差为正值，那么制造出的人为误差理应取为负值。

（3）转移原始误差：

就是将系统中存在的误差进行转移。

其转移的误差由以下几种：

几何误差、受热变形或者是受力变形。

在机械加工过程中应用转移误差方法来提高加工精度的时候有很多，比如：

磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。

当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。

（4）均分原始误差：

在机械加工过程中，每个工件的加工完成都不仅仅需要一道工序，往往需要很多的工序来完成一个工件的加工。

因此，如果每道工序都有加工误差，那么最终由于加工误差的累积，最后会产生很大的加工误差，影响精度要求。

因此。

人们就想出了一个解决这个困扰的办法，即均分原始误差。

其本质就是将原始误差根据误差大小分成n份，那么每份的误差就减小为原有误差的1/n，然后根据分得的误差，对每道工序进行调整，使其误差范围控制在总误差的1/n。

（5）均化原始误差：

将误差进行均化，实际就是在研磨加工过程中将工件表面研磨光滑的过程。

当用研磨工具对被加工工件表面进行研磨时，被加工工件表面的微小凸峰会被磨下来，使工件表面达到很高的精度的过程，这就是典型的均化原始误差。

其本质实际就是使被加工工件的表面的误差不断地一点点的减小。

因此可以看出，如果当被加工工件的加工精度要求较高时，通常采用均化原始误差的方法。

（6）就地加工法：

许多机械都是大型且沉重的，这就使得搬运、运输过程非常不方便，并且在运输过程中很可能会造成零部件的弯曲受损等等而使得各个零部件在装配过程中产生误差。

因此，人们就想出了就地加工的方法。

很多时候很多机械都会采用就地加工的方法来减小加工的误差，提高加工精度。

3.4提高表面质量的其它措施

（1）合理的制定工艺规程：

保证加工表面质量的合格性的基础就是制定适当的工艺规程。

只有制订了科学合理的工艺规程，才能为加工工件表面质量满足要求提供科学合理的方法依据，使加工工件表面质量满足要求成为可能。

（2）合理选择工件的主要工作表面最终工序的加工制造方法：

选择最终工序的制造方法对于被加工工件的表面质量是相当重要的。

因此进行选择的时候必须慎重。

第4章结论

由于工业化技术的快速发展，各种各样的机械产品也层出不穷。

众所周知，机械产品是将各种不同的机械零件装配在一起而形成的。

如果机械产品中个别的零件一旦失效，那么这个机械产品也将受到严重的影响。

因此，机械零件的性能对于提高机械产品的性能是非常重要的。

一般机械产品的失效都是从表面质量开始的。

这就说明了机械零件的表面质量对于机械产品整体性能的重要性。

经过上面的论述分析可知，证明了提高产品的表面质量是十分重要的。

提高机械零件表面质量是提升机械产品使用性能和使用寿命的基础。

不论是零件的表面粗糙度问题，还是表面物理机械性能和表面精度问题，都是不容忽视的，都会造成表面质量的不合格。

但是同时也不能过高的要求表面质量，因为提高表面质量会增大加工制造过程中的成本，精度高的加工工具，它的成本也会高出很多，有时候从经济角度来说会造成不必要的损失；并且太高的精度有时候对于零件来说是不必要、用不上的。

因此，在满足表面质量的前提下，要选择合适的加工参数，以使得经济效益最高，浪费最少。

第5章谢辞

毕业设计马上就要结束了，在这期间有汗水也有欣喜，设计过程中遇到难题是在所难免的，而每个难题的解决也正是我在毕业设计中感到满足的地方。

首先我衷心的感谢我的指导教师在本次毕业设计中给予我的帮助与指导，在进行毕业设计构思的过程中，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。

其次，在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，我都是独立自主的完成，虽然投入了很多时间，但是却收获了很多以前不知道的知识。

通过本次毕业设计，不仅锻炼了我独立分析问题、解决问题的能力，还使我的逻辑思维更加严密了。

这些收获将会在我以后的工作中起到不可忽视的作用和影响，在这里我再次对老师表示深深的感谢！

由于本人的水平有限，经验不足，对于本次设计中存在的问题，恳切希望老师能够提出宝贵的意见和建议，以改善不足。

参考文献

[1]秦志.浅谈影响机械加工表面质量的因素及采取的措施[M].2013.

[2]邹振国.影响机械加工表面质量的因素及采取的应对措施探究[M].科技创业家.2013（8）.

[3]任华宝.影响机械加工表面质量的因素及对应措施[M].中国包装工业.2013（6）.

[4]苏荣环.微尺度铣磨加工表面质量控制方法的研究[M].东北大学.2010.

[5]刘瑞芬.对机械加工表面质量的分析[J].2006（4）.

[6]刘小琴.机械加工表面质量的研究[J].自然科学报2009

（1）.