汽車制造工藝學(xué)論文.doc

提高零件表面加工質(zhì)量的方法 姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 提高零件表面質(zhì)量的方法 0.摘要： 本文對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量進(jìn)行了分析，指出了影響機(jī)械加工表面質(zhì)量的因素，并提出了提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的措施，對(duì)工程實(shí)踐有一定的指導(dǎo)作用。 1.零件表面質(zhì)量的定義 機(jī)械零件的表面質(zhì)量包含加工表面的幾何特點(diǎn)和表面層的物理化學(xué)性能兩個(gè)方面的內(nèi)容。 零件表面幾何特點(diǎn)主要指其表面粗糙度、表面波度、表面加工紋理和加工的傷痕。表面粗糙度是零件經(jīng)過機(jī)械加工后表面上具有的由較小波峰和峰谷所組成的微觀幾何形狀特點(diǎn)，是由機(jī)械加工中切削刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡形成的，其波高與波長(zhǎng)的比值一般大于1：50。表面波度是介于宏觀幾何形狀誤差與表面粗糙度之間的中間幾何形狀誤差，主要由機(jī)械加工中切削刀具的偏移和振動(dòng)造成的，其波高與波長(zhǎng)的比值一般為1：50～1：1000。表面加工紋理是零件表面微觀結(jié)構(gòu)的主要方向，它取決于形成表面所采用的機(jī)械加工策略，即主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。加工傷痕是在加工表面上一些個(gè)別位置出現(xiàn)的缺陷，如砂眼、氣孔、裂痕和劃痕等，大多是隨機(jī)分布的。 機(jī)械零件表面層的力學(xué)物理性能主要包含表面層的加工硬化、表面層金相組織的變化、表面層的殘余應(yīng)力三個(gè)方面的內(nèi)容。 2.零件表面質(zhì)量產(chǎn)生的原因 2.1 影響表面粗糙度的主要工藝因素 （1） 刀具的幾何參數(shù)、材料和刃磨質(zhì)量 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。 (2) 工藝系統(tǒng)的精度和剛度 要想獲得很小表面粗糙度，要求工藝系統(tǒng)具有足夠的運(yùn)動(dòng)精度和剛度。 2.2 影響零件表面層物理力學(xué)性能的工藝因素 機(jī)械加工過程中，在切削力和切削熱的作用下，工件表面一定深度內(nèi)的表面層材料沿徑向產(chǎn)生剪切滑移，晶格扭曲，晶粒拉長(zhǎng)并纖維化，金相組織發(fā)生變化，導(dǎo)致材料物理、機(jī)械性能不同于基體材料，形成變質(zhì)層（加工硬化、殘余應(yīng)力、金相組織變化等），從而影響零件表面質(zhì)量。 （1）表面層的加工硬化 表面層的加工硬化程度取決于產(chǎn)生塑性變形時(shí)力、變形速度和變形溫度。試驗(yàn)證明，力越大，塑性變形就越大，產(chǎn)生的加工硬化也越大；變形速度越大，塑性變形就越不充分，產(chǎn)生硬化程度相應(yīng)減小；變形溫度高，則硬化程度減小。因此，提高切削速度、減小進(jìn)給量和背吃刀量，都可以減小切削變形和切削力，減輕加工硬化；增大刀具前角和后角、減小刃口鈍圓半徑，提高刀具的鋒利性，可以減小擠壓變形和切削力，從而減輕加工硬化；另外，合理使用切削液、減小刀具后刀面與加工表面間摩擦,同樣降低加工硬化程度。 （2）表面殘余應(yīng)力 機(jī)械加工后，工件表面層的殘余應(yīng)力是冷態(tài)塑性變形、熱態(tài)塑性變形和金相組織變化三者綜合作用結(jié)果。切削加工時(shí)主要由冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力，磨削加工時(shí)主要是熱態(tài)塑性變形和金相組織變化引起體積變化而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力?？傊材軠p小塑性變形和降低切削或磨削溫度的因素，都可以減少零件表層殘余應(yīng)力。 3.表面質(zhì)量產(chǎn)生的影響 表面對(duì)零件使用性能產(chǎn)生影響的四個(gè)主要方面： (l)對(duì)零件耐磨性的影響。主要是表面粗糙度對(duì)零件耐磨性的影響。粗糙度越大，初期磨損量越大，引起被磨損表面尺寸變化越大。加工硬化(冷作硬化)對(duì)耐磨性也有影響。適當(dāng)?shù)睦渥饔不欣谔岣吡慵鼓p性能。 (2）對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響。減小表面粗糙度有利于提高零件的抗疲勞強(qiáng)度。表面殘余壓應(yīng)力和表面冷作硬化都有助于提高零件的抗疲勞強(qiáng)度。 (3)對(duì)耐腐蝕性的影響。減小表面粗糙度、零件表面的殘余壓應(yīng)力都可提高零件抗腐蝕能力。 (4)對(duì)配合性質(zhì)的影響。表面粗糙度直接影響零件間的配合性質(zhì)，對(duì)配合關(guān)系零件一定要控制其Ra值。 4.提高表面質(zhì)量的方法 提高表面質(zhì)量是一個(gè)涉及范圍非常廣泛的問題，因?yàn)榉彩菂⑴c切削加工的因素，都不同程度上對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生影響：這些影響通常是通過切削過程的塑性變形、切削力、切削溫度、切削運(yùn)動(dòng)以及刀具幾何形狀的變化表現(xiàn)出來的，可以從以下幾個(gè)方面采取措施提高表面質(zhì)量。 4.1刀具方面 1.加強(qiáng)切割作用，減小推擠作用 加強(qiáng)切割作用，減小推擠作用不僅可以降低切削力與切削溫度，而且也是提高表面質(zhì)量的有效措施。對(duì)切割與推擠作用影響較大的是刀具的前角與刃口圓弧的大小。 1）加大前角。加大前角可以減小推擠作用，使刀刃的切割作用更加突出，并使被切金屬的塑性變形減??；同時(shí)，加大前角可以使基本變形區(qū)主要分布在切割層內(nèi)，對(duì)已加工表面以下的金屬影響較小。但應(yīng)注意前角過大會(huì)使刀尖的強(qiáng)度降低，影響刀具的壽命。 2）減小刃口圓弧半徑。刀具刃口圓弧半徑減小，可以縮小刀前變形量，加強(qiáng)刀刃的切割作用；同時(shí)，可以使直接受刃口圓弧擠壓的金屬層厚度減小。因此，減小刃口圓弧半徑能使表面殘余應(yīng)力、冷硬層深度及冷硬程度降低，從而提高表面質(zhì)量。 3）采用斜刃切削。由于斜刃切削時(shí)，使切屑流向改變，刀具的實(shí)際前角加大，實(shí)際刃口圓弧半徑減小，從而加強(qiáng)了刀刃的切割作用，并使推擠作用減小，有利于提高已加工表面的質(zhì)量。 2.提高刃磨質(zhì)量控制磨損量 降低前、后刀面的粗糙度可以減小刀一屑之間的摩擦，可以降低切削變形和切削力，并能抑制積屑瘤和鱗刺。因此，合理規(guī)定磨損限度，是保證表面質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。 3.合理選擇刀具材料 應(yīng)根據(jù)工件的材料和具體加工條件合理選擇刀具材料，提高加工表面質(zhì)量。如用金剛石車刀車削超硬鋁及無氧銅時(shí)，可獲得很小的粗糙度；而采用硬質(zhì)合金刀具，要獲得小的粗糙度就比較困難。 4.2零件方面 零件材料的力學(xué)、物理性能及熱處理狀態(tài)對(duì)加工后的表面粗糙度、殘余應(yīng)力和冷硬現(xiàn)象都有影響。在工藝條件允許的范圍內(nèi)，可通過以下途徑改善其加工性。 （1）提高毛坯質(zhì)量 提高毛坯外形的幾何精度，保證其硬度及組織的均勻性，可以減小切削力的波動(dòng)，使振動(dòng)及刀具磨損減小，有利于提高表面質(zhì)量。 （2）通過熱處理改善切削加工性 通過熱處理提高塑性較大材料的硬度，可改善表面質(zhì)量。如對(duì)20鋼在切削前進(jìn)行正火處理，可改善它的切削加工性。 4.3切削用量方面 （1）切削速度 一般情況下，提高切削速度可以減小切削變形，降低切削力，使表面質(zhì)量提高。同時(shí)在高速下，積屑瘤和鱗刺高度會(huì)降低或消失。當(dāng)切削速度受到限制時(shí)，應(yīng)針對(duì)影響表面質(zhì)量的主要因素確定合理的切削速度。如拉削加工中，要考慮到抑制鱗刺和積屑瘤缺陷，選擇適當(dāng)?shù)那邢魉俣确秶? （2）切削深度與走刀量 加大切削深度與走刀量，使切削層截面積增大，切削變形量及切削力也隨之增加，并引起基本變形區(qū)的擴(kuò)大，造成表面質(zhì)量的降低。因此，在精加工中，常采用較小的切削深度和走刀量。 4.4冷卻潤(rùn)滑方面 根據(jù)具體情況選用冷卻潤(rùn)滑液，并與適當(dāng)?shù)睦鋮s潤(rùn)滑方法相配合，能夠有效地降低塑性變形、摩擦、切削力、切削溫度和刀具磨損，顯著提高表面質(zhì)量。 4.5其他方面 （1）提高機(jī)床剛性及運(yùn)動(dòng)精度 機(jī)床剛性好、運(yùn)動(dòng)精度高，對(duì)減小切削力的波動(dòng)和抑制振動(dòng)有明顯效果；同時(shí)，可保證切削加工的平穩(wěn)性，提高表面質(zhì)量。 （2）合理選擇切削方法 由于選擇切削方法不同，所獲得表面粗糙度不同；表面殘余應(yīng)力的性質(zhì)與大小也將不同。因此，應(yīng)根據(jù)表面質(zhì)量的不同要求恰當(dāng)?shù)卮_定切削方法。 （3）控制殘余應(yīng)力的平衡 在切削加工中能夠控制殘余應(yīng)力的分布，使其平衡，就能夠避免或減小零件的變形，如采用對(duì)稱切削法等。 （4）采用滾壓加工 滾壓加工是依靠零件表層金屬的塑性變形來提高尺寸精度和降低表面粗糙度的，并在一定程度上提高零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。但強(qiáng)化過于嚴(yán)重，可能造成表面裂紋，甚至出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。所以，在滾壓加工時(shí)，要嚴(yán)格控制滾壓留量和滾壓次數(shù)。 5.結(jié)論 由于機(jī)械加工表面對(duì)機(jī)械零件的使用性能如耐磨性、接觸剛度、疲勞強(qiáng)度、配合性質(zhì)、抗腐蝕性能及精度的穩(wěn)定性等有很大的影響，因此對(duì)機(jī)械零件的重要表面要提出一定的表面質(zhì)量要求。由于影響表面質(zhì)量的因素是多方面的，因此應(yīng)綜合考慮各方面的因素，對(duì)表面質(zhì)量根據(jù)需要提出經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的要求，制定科學(xué)合理的工藝規(guī)程、合理選擇切削參數(shù)和切削液、科學(xué)確定零件主要工作表面最終工序加工方法，提高零件表面加工質(zhì)量。