職稱論文2012

1、表面粗糙度對(duì)零件性能影響及其控制摘要：機(jī)械零件的破壞，一般總是從表面層開(kāi)始的。產(chǎn)品的性能，尤其是它的可靠性、耐久性和工作過(guò)程中的配合質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)精度、工作壽命在很大程度上取決于零件表面層的粗糙度。因此，掌握機(jī)械加工中各種工藝因素對(duì)加工表面質(zhì)量影響的規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律來(lái)控制加工過(guò)程，最終達(dá)到改善表面質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用性能至關(guān)重要。關(guān)鍵詞：表面粗糙度；機(jī)械加工；影響；控制 表面粗糙度是反映零件表面微觀幾何形狀誤差一個(gè)重要指標(biāo)，是檢驗(yàn)零件表面質(zhì)量的主要依據(jù)，它直接影響機(jī)械零件的配合性質(zhì)，表面的耐磨性、抗腐蝕性、疲勞強(qiáng)度、密封性、導(dǎo)熱性及使用壽命，因此弄清粗糙度產(chǎn)生的原因、分析影響粗糙度的因素，從而控制

2、表面粗糙度是機(jī)械加工中不可忽略的重要問(wèn)題。1.機(jī)械加工表面粗糙度對(duì)零件性能的影響1.1表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響表面粗糙度對(duì)耐磨性的影響一個(gè)剛加工好的摩擦副的兩個(gè)接觸表面之間，最初階段只在表面粗糙的的峰部接觸，實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于理論接觸面積，在相互接觸的峰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。零件磨損一般可分為三個(gè)階段，初期磨損階段、正常磨損階段和劇烈磨損階段。表面粗糙度對(duì)零件表面磨損的影響很大。一般說(shuō)表面粗糙度值愈小，其磨損性愈好。但表面粗糙度值太小，潤(rùn)滑油不易儲(chǔ)存，接觸面之間容易發(fā)生分子粘接，磨損反而增加。因此，接觸面的粗糙度有一個(gè)最

3、佳值，其值與零件的工作情況有關(guān)，工作載荷加大時(shí)，初期磨損量增大，表面粗糙度最佳值也加大。1.2表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值愈大，表面的紋痕愈深，紋底半徑愈小，抗疲勞破壞底能力就愈差。1.3表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性的影響表面粗糙度值愈大，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。 1.4表面粗糙度對(duì)零件工作過(guò)程中的配合質(zhì)量的影響對(duì)于間隙配合，粗糙度值大會(huì)使磨損加大，間隙增大，破壞了要求的配合性質(zhì)。對(duì)于

4、過(guò)盈配合，裝配過(guò)程中一部分表面凸峰被擠平，實(shí)際過(guò)盈量減小，降低了配合件間的連接強(qiáng)度。1.5表面粗糙度對(duì)運(yùn)動(dòng)精度及工作壽命的影響表面粗糙度達(dá)不到規(guī)定的要求，不僅會(huì)降低運(yùn)動(dòng)精度，而且由于粗糙的表面會(huì)帶來(lái)實(shí)際接觸面接的減小，從而降低零件間的接觸剛度，引起振動(dòng)，并降低機(jī)器工作精度的持久性，也降低零件的使用壽命。2.表面粗糙度產(chǎn)生的原因在加工過(guò)程中，由于刀具與制件表面之間的摩擦、切削或壓制時(shí)的塑性變形，以及工藝系統(tǒng)中高頻振動(dòng)等因素的作用，使被加工表面產(chǎn)生微觀幾何變形。1物理因素即非正常原因造成的表面粗糙度。多數(shù)情況下是在巳加工表面的殘留面積上疊加著一些不規(guī)則的金屬生成物、粘附物或刻痕。形成它們的原因有：

5、2.1積屑瘤 積屑瘤的產(chǎn)生，是由于在切削過(guò)程中切屑的塑性流動(dòng)及刀具與切屑的外摩擦超過(guò)了內(nèi)摩擦，在刀具和切屑間很大的壓力作用下造成切削底層與刀具前面發(fā)生冷焊。積屑瘤對(duì)表面粗糙度的影響有兩方面：(1)它能刻劃出縱向的溝紋來(lái)；它還會(huì)在破碎脫落時(shí)沾附在已加工表面上。其主要原因是：當(dāng)積屑瘤在生長(zhǎng)階段時(shí)，它與前刀面的粘結(jié)比較牢，因此積屑瘤在已加工表面上刻劃縱向溝紋的可能性大于對(duì)已加工表面的沾附。當(dāng)積屑瘤處于最大范圍以及消退階段，它已經(jīng)不很穩(wěn)定，這時(shí)它一方面雖然還時(shí)而刻劃溝紋，但更多的是沾附在已加工表面上。在一定的切削速度范圍內(nèi)，新生的切屑底層金屬與前刀面發(fā)生強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，破壞了前刀面的氧化膜和吸附膜，

6、使其與前刀面的接觸面積逐漸增大。同時(shí)在巨大的壓力作用下切屑底層的流動(dòng)速度較切屑的上層金屬緩慢的多，并將沿前刀面產(chǎn)生很大的變形，即出現(xiàn)滯流現(xiàn)象。此外，壓力作用將使切屑底層金屬填滿前刀面的微觀凹谷，發(fā)生冷焊。冷焊層具有較大的強(qiáng)度和硬度，能抵抗切削力作用而不致從前刀面上脫落，形成第一層積屑瘤。由于切屑還在繼續(xù)流動(dòng)，因而與第一層積屑瘤接觸的一層金屬又產(chǎn)生很大的變形并冷焊層積在第一層積屑瘤上面。這樣不斷冷焊層積，積屑瘤不斷長(zhǎng)大。當(dāng)積屑瘤長(zhǎng)到一定高度時(shí)，由于積屑瘤改變了前刀面的實(shí)際形狀，使切屑與前刀面的接觸條件和受力情況發(fā)生變化，積屑瘤不再繼續(xù)生長(zhǎng)，一個(gè)完整的機(jī)屑瘤便形成了。積屑瘤包覆著切削刃和前刀面的一

7、部分，一旦形成便替代切削刃和前刀面進(jìn)行切削，從而切削刃和前刀面得到了積屑瘤的保護(hù)。但是積屑瘤存在的穩(wěn)定性較差，常因冷焊結(jié)的破裂而把刀具前刀面近刀尖處的金屬帶走一部分，反而加劇了刀具的磨損。2.2鱗刺 鱗刺是指已加工表面上鱗片狀的毛刺。鱗刺的成因是在切削過(guò)程中，切屑與前刀面產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦條件下出現(xiàn)的粘結(jié)現(xiàn)象，在堆積的粘結(jié)層擠壓下，加劇了金屬層的塑性變形，致使刀刃前方的加工表面上產(chǎn)生導(dǎo)裂，當(dāng)切削力超過(guò)粘結(jié)力時(shí)，切屑流出并被切離，而導(dǎo)裂層殘留在巳加工表面上形成鱗刺。鱗刺對(duì)已加工表面質(zhì)量有嚴(yán)重的影響，它往往使表面粗糙度等級(jí)降低24級(jí)。2.3振動(dòng) 切削過(guò)程中如果有振動(dòng)，加工表面會(huì)出現(xiàn)振紋，表面粗糙度就會(huì)顯

8、著變大。振動(dòng)是由于徑向切削力Fr太大，或工件系統(tǒng)的的剛度小而引起的。切削過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)使加工表面產(chǎn)生振紋。振紋呈縱向分布，橫向分布或斜向分布。振動(dòng)波形高低與振動(dòng)的振幅、振紋的密度和振動(dòng)的頻率有關(guān)。振動(dòng)不僅對(duì)刀具的磨損有很大影響，還惡化了加工表面質(zhì)量。振動(dòng)有自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。自激振動(dòng)是由于切削過(guò)程中的作用力的變動(dòng)而引起的。例如切削與刀具間的摩擦力變化、刀具磨損產(chǎn)生作用力、機(jī)屑瘤不穩(wěn)定導(dǎo)致切削厚度的變化等。強(qiáng)迫振動(dòng)是由外界的周期性作用力引起的，例如，機(jī)床運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)、安裝誤差造成離心力作用、滑動(dòng)導(dǎo)軌的形狀誤差、工件材質(zhì)的不均勻、間斷切削和崩碎切削作用等。2.4其他因素 除上述以外，造成巳加工表面

9、粗糙不平的原因還有：刀具后刀面磨損造成的擠壓和摩擦痕跡；刀刃上缺陷復(fù)映在加工表面上的溝痕；被切屑拉毛和刮傷痕跡等。切削加工時(shí)，由于刀具切削刃的幾何形狀、幾何參數(shù)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及切削刃本身的粗糙度等原因，未能將被加工表面上的材料層完全干凈地去除掉，在已加工表面上遺留下殘留面積，殘留面積的高度構(gòu)成了表面粗糙度Ra。 圖1車刀縱車外圓 圖2車刀縱車外圓r=0圖3車刀縱車外圓r>0如圖1和圖2所示，用刀尖圓弧半徑=0的車刀縱車外圓時(shí)，每完成一單位進(jìn)給量f后，留在已加工表面上的殘留面積abc，它的高度Rmax即為理論粗糙度的輪廓最大高度Ry，由上圖可知=(1)并由殘留面積abc計(jì)算出長(zhǎng)度內(nèi)輪廓算術(shù)平均

10、偏差R為：(2)上式表明，殘留面積為三角形時(shí)，理論粗糙度的輪廓算術(shù)平均偏差R是殘留面積高度Rmax的1/4。如圖3，用刀尖圓弧半徑0的車刀縱車外圓時(shí)留下的殘留面積，它的高度Rmax為：(3)經(jīng)推算得輪廓算術(shù)平均偏差R為(4)由上式可見(jiàn)，進(jìn)給量f、刀具主偏角r、副偏角r越大、刀尖圓弧半徑r越小，則切削層殘留面積就越大，R值也越大，零件加工表面就越粗糙。以上式是理論計(jì)算結(jié)果，稱為理論粗糙度。實(shí)際上加工表面的粗糙度總是大于按以上計(jì)算的殘留面積的高度，只有切削脆性材料或高速切削塑性材料時(shí)，實(shí)際加工表面的粗糙度才比較接近殘留面積的高度，這說(shuō)明影響表面粗糙度的還有其它原因。3.影響表面粗糙度的因素3.1切

11、削加工影響表面粗糙度的因素（1） 刀具幾何形狀的復(fù)映刀具相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，在加工表面留下了切削層殘留面積，其形狀時(shí)刀具幾何形狀的復(fù)映。減小進(jìn)給量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圓弧半徑，均可減小殘留面積的高度。此外，適當(dāng)增大刀具的前角以減小切削時(shí)的塑性變形程度。（2） 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。工件材料韌性愈好，金屬的塑性變形愈大，加工表面就愈粗糙。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。（3）切削速度的影響：圖4圖4描述了加工塑性材料時(shí)不同的切削速度對(duì)

12、表面粗糙度的影響，實(shí)線表示只受塑性變形影響的情況，虛線表示只受積屑瘤與鱗刺影響的情況。在實(shí)際切削時(shí)，選擇低速寬刀精切和高速精切，往往可以得到較小的表面粗糙度值。（4）冷卻潤(rùn)滑的影響，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，使切削區(qū)金屬表面的塑性變形程度下降，抑制鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，因此可大大減小加工表面粗糙度值。23.2磨削加工影響表面粗糙度的因素正像切削加工時(shí)表面粗糙度的形成過(guò)程一樣，磨削加工表面粗糙度的形成也時(shí)由幾何因素和表面金屬的塑性變形來(lái)決定的。影響磨削表面粗糙的主要因素有：砂輪的粒度砂輪的硬度砂輪的修整磨削速度磨削徑向進(jìn)給量與光磨次數(shù)工件圓周進(jìn)給速度與軸向進(jìn)

13、給量冷卻潤(rùn)滑液。4 .表面粗糙度的控制措施4.1.合理選擇切削用量（1）切削速度。切削速度v是影響表面粗糙度的一個(gè)重要因素。加工塑性材料如普通碳鋼時(shí)，切削速度較低易產(chǎn)生鱗刺，低速至中速易形成積屑瘤，粗糙度也大。避開(kāi)這個(gè)速度區(qū)域，表面粗糙度值會(huì)減小。加工脆性材料時(shí)，因?yàn)橐话悴粫?huì)形成積屑瘤和鱗刺，所以切削速度對(duì)表面粗糙度基本無(wú)影響。由此可見(jiàn)，用較高的切削速度，既可提高生產(chǎn)率，同時(shí)又可使加工表面粗糙度較小。所以不斷地創(chuàng)造條件以高提切削速度，一直是提高工藝水平的重要方向。其中發(fā)展新刀具材料和采用先進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，?？墒骨邢魉俣却鬄樘岣?。3（2）進(jìn)給量。進(jìn)給量f越小，表面殘留面積高度越低，因此，表面粗糙度越

14、小。在高速區(qū)，利用減小進(jìn)給量來(lái)提高加工表面質(zhì)量是一個(gè)較為有效的措施；在中速區(qū)，為了抑制積屑瘤，應(yīng)選取較大的進(jìn)給量，但還應(yīng)配合選用較小副偏角Kr或磨出修光刃，以達(dá)到減小殘留面積高度的目的；在低速區(qū)，適當(dāng)?shù)販p小進(jìn)給量后能減少或抑制積屑瘤、鱗刺等現(xiàn)象產(chǎn)生，使表面粗糙度值減少。4.2.合理選擇刀具幾何參數(shù)（1）前角和后角。適當(dāng)增大刀具的前角使刀具易于切入工件，塑性變形小有利于減小表面粗糙度值。當(dāng)前角一定時(shí)，后角越大，切削刃鈍圓半徑越小，刀刃越鋒利；同時(shí)，還能減小后刀面與加工表面間的摩擦和擠壓，有利于減小表面粗糙度值。但后角太大削弱了刀具的強(qiáng)度，容易產(chǎn)生切削振動(dòng)，使表面粗糙度值增大。（2）主、副偏角和刀

15、尖圓弧半徑。減少刀具的主偏角Kr和副偏角Kr和增大刀尖圓弧半徑r，可減小切削殘留面積，使其表面粗糙度值減小。（3）刃傾角。大刃傾角s刀具能較明顯地降低表面粗糙度。由于刃傾角s增大，實(shí)際工作前角也隨之增大。切削過(guò)程中的金屬塑性變形程度隨之下降，于是切削力F也明顯下降，這會(huì)顯著地減輕工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，而從使加工表面的粗糙度值減小。4.3.選擇合適的刀具材料刀具材料與被加工材料金屬分子的親和力大時(shí)，被加工材料容易與刀具粘結(jié)而生成積屑瘤和鱗刺，且被粘結(jié)在刀刃上的金屬與被加工表面分離時(shí)還會(huì)形成附加的粗糙度。因此凡是粘結(jié)情況嚴(yán)重，摩擦嚴(yán)重的，表面粗糙度都大；反之，表面粗糙度都小。如涂層硬質(zhì)合金和陶瓷材料在高

16、溫時(shí)，刀面上形成氧化保護(hù)膜，它能減少與加工表面間的摩擦系數(shù)，故有利于加工表面粗糙度的降低。4.4.改善工件材料的性能一般來(lái)說(shuō)，工件材料的強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)切削溫度的影響很大。因?yàn)閱挝磺邢髁κ怯绊懬邢鳒囟鹊闹匾蛩?，而工件材料的?qiáng)度、硬度又直接決定了單位切削力，所以，工件材料的強(qiáng)度、硬度高時(shí)，產(chǎn)生的切削熱多，切削溫度升高。材料韌性越好，塑性變形傾向越大，在切削加工中，表面粗糙度就越大。因此，必要時(shí)對(duì)工件先進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)等熱處理，以提高硬度，降低塑性和韌性，切削過(guò)程中積屑瘤、粘屑影響小，以改善工件材料的性能也是加工時(shí)減小其表面粗糙度值的有效措施。4.5.選擇合適的切削液正確選用切削液能顯著地減

17、小表面粗糙度。因切削液的冷卻和潤(rùn)滑作用，能減小切削過(guò)程的界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，從而減少了切削過(guò)程中的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)，因此對(duì)減小加工表面粗糙度有利。切削液的冷卻作用主要是通過(guò)熱的傳導(dǎo)作用帶走大量的切削熱，降低切削溫度，提高刀具的耐用度，減少工件、刀具的熱膨脹，提高加工精度。在切削速度高，刀具、工件材料導(dǎo)熱性差，而熱膨脹系數(shù)又較大的情況下，切削液的冷卻作用尤為重要。切削液的冷卻性能決定于它的導(dǎo)熱系數(shù)、比容、汽化熱、汽化速度以及流量、流速等。水的導(dǎo)熱系數(shù)為油的3-5倍，比熱約大一倍，故其冷卻性能最好。切削液的潤(rùn)滑作用是使工件、刀具、切屑間形成邊界潤(rùn)滑摩擦條件，通過(guò)切削液的滲透，

18、在刀具與切屑、工件的接觸面上形成吸附粘膜，減少金屬與金屬直接接觸面積，降低摩擦系數(shù)和摩擦力，減少切削變形，因而起到潤(rùn)滑作用。同時(shí)還可以抑制積屑瘤的生長(zhǎng)，減小加工表面粗糙度值，減少切削力，降低切削溫度，提高刀具耐用度。切削速度對(duì)切削溫度的影響最大，而且還能影響切削液的滲透的時(shí)間，所以，它對(duì)切削液的潤(rùn)滑效果有很大的影響。一般說(shuō)來(lái)，切削速度越高，切削液的潤(rùn)滑效果越低。然而，切削速度高時(shí)，主要考慮切削液的冷卻作用，這對(duì)降低切削溫度、提高刀具的耐用度將有顯著效果。切削液的潤(rùn)滑效果還與它的切削條件有關(guān)。例如，切削厚度越大，工件材料強(qiáng)度越高，潤(rùn)滑效果就越差。為了防止工件、機(jī)床、刀具受周圍介質(zhì)腐蝕，要求切削液具有良好的防銹作用。防銹作用取決于切削液的本身性能。防銹的添加劑可在金屬表面吸附或化合，形成保護(hù)膜，防止與腐蝕介質(zhì)接觸而起到防銹作用。金屬切削過(guò)程中，有時(shí)產(chǎn)生一些細(xì)小的切屑。為了防止碎屑或磨粉劃傷已加工