机械加工表面粗糙度及其影响因素

I题目机械加工表面粗糙度及其影响因素摘要：在现代工业生产中，许多制件的表面被加工而具有特定的技术性能特征，诸如：制件表面的耐磨性、密封性、配合性质、传热性、导电性以及对光线和声波的反射性，液体和气体在壁面的流动性、腐蚀性，薄膜、集成电路元件以及人造器官的表面性能，测量仪器和机床的精度、可靠性、振动和噪声等等功能，而这些技术性能的评价常常依赖于制件表面特征的状况，也就是与表面的几何结构特征有密切联系。因此，控制加工表面质量的核心问题在于它的使用功能，应该根据各类制件自身的特点规定能满足其使用要求的表面特征参量。不难看出，对特定的加工表面，我们总希望用最(或比较)恰当的表面特征参数去评价它，以期达到预期的功能要求；同时我们希望参数本身应该稳定，能够反映表面本质的特征，不受评定基准及仪器分辨率的影响，减少因对随机过程进行测量而带来参数示值误差。关键词：机械加工表面粗糙度表面质量物理因素IIAbstract:Inmodernindustrialproductioninmanypartsofthesurfaceprocessingtechnologyandwithspecificperformancecharacteristics,Suchas:partsofthesurfacewearresistance,tightness,withnature,heat,electricalconductivityandthereflectionoflightandsoundwaves,liquidsandgasesinthewallofliquidity,corrosive,film,integratedcircuitcomponentsandman-madeOrganofthesurface,measuringinstrumentsandmachinetoolaccuracy,reliability,vibrationandnoise,etc.functions,Thesetechnicalperformanceevaluationisoftendependentonthesurfacecharacteristicsofthesituationinparts,thatis,thegeometricstructureandsurfacecharacteristicsarecloselylinked.Therefore,thesurfacequalitycontrolprocessisthecoreissueoftheuseofitsfunctions,shouldbebasedonvariouspartsofthecharacteristicsofitsprovisionstomeettherequirementsoftheuseofsurfacefeaturesoftheSenate.Itiseasytosee,theprocessingofspecificsurface,wehopetousethemost(orcomparison)appropriatetothesurfacecharacteristicsofparameterstoassessit,withaviewtoachievethedesiredfunctionalrequirementsatthesametimewehopethattheparametersoftheirownshouldbestable,toreflectthenatureofthesurfacecharacteristics,Nottoinformthebaselineandequipmentresolutionoftheimpactandreducetherandomprocessofmeasuringparametersbroughtindicationerror.Keywords:MachiningsurfaceroughnesssurfacequalityphysicalfactorsIII目录1.绪论…………………………………………………………………………………11.1机械加工表面粗糙度历史…………………………………………………………11.2表面粗糙度标准中的基本参数定义…………………………………………………12.精密加工表面性能………………………………………………………………………32.1精密加工表面性能评价的内容及其迫切性…………………………………………33.机械加工表面质量…………………………………………………………………………33．1机械加工表面定义………………………………………………………………33．2表面粗糙度产生的原因……………………………………………………………33．3机械加工表面质量对机械使用性能的影响………………………………………63．4影响粗糙度的因素……………………………………………………………73．5表面粗糙度理论的新进展…………………………………………………………93.6研究加工精度的方法…………………………………………………………………134.结论语……………………………………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………………………………15致谢…………………………………………………………………………………1611.绪论1.1机械加工表面粗糙度历史表面粗糙度标准的提出和发展与工业生产技术的发展密切相关，它经历了由定性评定到定量评定两个阶段。表面粗糙度对机器零件表面性能的影响从1918年开始首先受到注意，在飞机和飞机发动机设计中，由于要求用最少材料达到最大的强度，人们开始对加工表面的刀痕和刮痕对疲劳强度的影响加以研究。但由于测量困难，当时没有定量数值上的评定要求，只是根据目测感觉来确定。在20世纪20～30年代，世界上很多工业国家广泛采用三角符号(▽)的组合来表示不同精度的加工表面。为研究表面粗糙度对零件性能的影响和度量表面微观不平度的需要，从20年代末到30年代，德国、美国和英国等国的一些专家设计制作了轮廓记录仪、轮廓仪，同时也产生出了光切式显微镜和干涉显微镜等用光学方法来测量表面微观不平度的仪器，给从数值上定量评定表面粗糙度创造了条件。从30年代起，已对表面粗糙度定量评定参数进行了研究，如美国的Abbott就提出了用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz论述表面粗糙度的专著，对表面粗糙度的评定参数和数值的标准化提出了建议。但粗糙度评定参数及其数值的使用，真正成为一个被广泛接受的标准还是从40年代各国相应的国家标准发布以后开始的。1.2表面粗糙度标准中的基本参数定义随着工业的发展和对外开放与技术合作的需要，我国对表面粗糙度的研究和标准化愈来愈被科技和工业界所重视，为迅速改变国内表面粗糙度方面的术语和概念不统一的局面，并达到与国际统一的作用，我国等效采用国际标准化组织(ISO)有关的国际标准制订了GB3505-1983《表面粗糙度术语表面及其参数》。GB3505专门对有关表面粗糙度的表面及其参数等术语作了规定，其中有三个部分共27个参数术语：与微观不平度高度特性有关的表面粗糙度参数术语。其中定义的常用术语为：轮廓算术平均偏差Ra、轮廓均方根偏差Rq、轮廓最大高度Ry和微观不平度十点高度Rz等11个参数。与微观不平度间距特性有关的表面粗糙度参数术语。其中有轮廓微观不平度的平均间距Sm、轮廓峰密度D、轮廓均方根波长以及轮廓的单峰平均间距S等共9个参数。与微观不平度形状特性有关的表面粗糙度参数术语。这其中有轮廓偏斜度Sk、轮廓均2方根斜率和轮廓支承长度率tp等共5个参数。2.精密加工表面性能2.1精密加工表面性能评价的内容及其迫切性表面粗糙度参数这一概念开始提出时就是为了研究零件表面和其性能之间的关系，实现3对表面形貌准确的量化的描述。随着加工精度要求的提高以及对具有特殊功能零件表面的加工需求，提出了表面粗糙度评价参数的定量计算方法和数值规定，同时这也推动了国家标准及国际标准的形成和发展。在现代工业生产中，许多制件的表面被加工而具有特定的技术性能特征，诸如：制件表面的耐磨性、密封性、配合性质、传热性、导电性以及对光线和声波的反射性，液体和气体在壁面的流动性、腐蚀性，薄膜、集成电路元件以及人造器官的表面性能，测量仪器和机床的精度、可靠性、振动和噪声等等功能，而这些技术性能的评价常常依赖于制件表面特征的状况，也就是与表面的几何结构特征有密切联系。因此，控制加工表面质量的核心问题在于它的使用功能，应该根据各类制件自身的特点规定能满足其使用要求的表面特征参量。不难看出，对特定的加工表面，我们总希望用最(或比较)恰当的表面特征参数去评价它，以期达到预期的功能要求；同时我们希望参数本身应该稳定，能够反映表面本质的特征，不受评定基准及仪器分辨率的影响，减少因对随机过程进行测量而带来参数示值误差。但是从标准制定的特点和内容上我们容易发现，随着现代工业的发展，特别是新型表面加工方法不断出现和新的测量器具及测量方法的应用，标准中的许多参数已无法适应现代生产的需求，尤其是在一些特殊加工场合，如精加工时，用不同方法加工得到的Ra值相同(或很相近)的表面就不一定会具有相同的使用功能，可见，此时Ra值对这类表面的评定显得无能为力了，而且传统评定方法过于注重对高度信息做平均化处理，而几乎忽视水平方向的属性，未能反映表面形貌的全面信息。工业生产的飞速发展迫切需要更加行之有效且适应性更强的表面特征评价参数的出现，为解决这一矛盾，各国的许多学者都在这方面加大研究力度，以期在不远的将来制订出一套功能特性显著的参数。另一方面，为了防止“参数爆炸”，同时也防止大量相关参数的出现，要做到用一个参数来评价多个性能特性，用数量很少的一组参数实现对表面的本质特征的准确描述。3.机械加工表面质量机械加工后零件表面层的微观几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。经机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（0.05～0.15mm），但对机器零件的使用性能有着极大的影响；零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件表面开始的，特别是现代化工业生产使4机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械零件，表面层的任何缺陷都会加速零件的失效。因此，必须重视机械加工表面质量。3.1机械加工表面质量的含义机器零件的加工质量不仅指加工精度，还包括加工表面质量，它是零件加工后表面层状态完整性的表征。机械加工后的表面，总存在一定的微观几何形状的偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。因此，机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面层物理力学性能两个方面的内容。3.1.1加工表面的几何特征加工表面的微观几何特征主要包括表面粗糙度和表面波度两部分组成，如图5—1所示。表面粗糙度是波距L小于1mm的表面微小波纹；表面波度是指波距L在1～20mm之间的表面波纹。通常情况下，当L/H（波距/波高）﹤50时为表面粗糙度，L/H=50～1000时为表面波度。表面粗糙度表面粗糙度主要是由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素引起的，它是指已加工表面的微观几何形状误差。表面波度主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的周期性形状误差（图5—1中L2/H2），介于形状误差（L1/H1﹥1000）与表面粗糙度（L3/H3﹤50）之间。3.1.2加工表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能包括表面层的加工硬化、残余应力和表面层的金相组织变化。机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面层金属的物理力学性能相对于基本金属的物理力学性能发生了变化。图5—2a所示为零件表面层沿深度方向的变化。最外层生成有氧化膜或其他化合物，并吸收、渗进气体粒子，称为吸附层。吸附层下是压缩层，它是由于切削力的作用造成的塑性变形区，其上部是由于刀具的挤压摩擦而产生的纤维层。切削