机械设计毕业论文完整版

机械设计毕业论文完整版本文研究了影响机械加工表面质量的因素及采取的措施。首先介绍了加工过程和工艺系统震动对表面质量的影响。然后详细讨论了刀具几何参数、材料和刃磨质量、切削液、工件材料、切削条件、切削速度和磨削加工等因素对表面质量的影响。接着探讨了影响工件表面物理机械性能的因素，如耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。最后提出了超精密切削和低粗糙度磨削加工、采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工以及改善表面物理学性能的加工方法，以提高机械加工工件表面质量。本文的研究成果对机械加工工艺的优化具有一定的参考价值。为了提高机械产品的使用性能和使用寿命，零件加工质量必须得到保证。加工精度和表面粗糙度是衡量零件加工质量好坏的主要指标。本文旨在通过分析影响零件表面粗糙度的因素、零件表面层的物理力学性能以及表面质量对零件使用性能的影响等因素，提出改善机械加工表面质量的工艺措施。随着机械行业在社会中的地位日益重要，人们对机器的使用要求也越来越高。一些重要零件需要在高压力、高速、高温等恶劣条件下工作，而零件表面的任何缺陷都可能直接影响零件的工作性能，甚至引起应力集中、应力腐蚀等现象，从而加速零件的失效。因此，加工表面质量对机械产品的使用寿命和性能有着至关重要的影响。一个零件的失效或损坏大多数情况下都是由于磨损、腐蚀或疲劳破坏等因素引起的。这些问题都发生在零件的表面或从表面开始。因此，加工表面质量直接影响着零件的使用性能，越来越受到各方面的重视。在机械加工过程中，工艺系统有时会发生振动，这会对表面质量产生影响。振动会干扰和破坏工艺系统的成形运动，导致加工表面出现振纹，增大表面粗糙度值，从而恶化加工表面质量。因此，需要采取措施来避免或减小振动的影响。除了振动，还有许多其他因素也会影响加工表面质量，例如切削参数、刀具形状和材料、切削液的选择等。针对不同的因素，需要采取相应的措施来控制加工表面质量，从而提高机械产品的使用性能和使用寿命。刀具的几何参数对表面粗糙度影响很大，主要是副偏角、主偏角和刀尖圆弧半径。在一定条件下，减小这些参数都可以降低表面粗糙度。硬质合金刀具加工的表面粗糙度值低于高速钢刀具，而金刚石和立方氮化硼刀具又优于硬质合金。但是，金刚石与铁族材料亲和力大，不适合用来加工铁族材料。此外，刀具的前、后刀面和切削刃的粗糙度直接影响加工表面的粗糙度。因此，为了减小表面粗糙度，应该提高刀具的刃磨质量，使刀具前后刀面和切削刃的粗糙度值低于工件的粗糙度值的1~2级。切削液的冷却和润滑作用可以减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤和鳞刺的产生。在生产中，对于不同材料，合理选用切削液可以大大减小工件表面粗糙度。工件材料的性质对表面粗糙度也有很大影响。加工塑性材料时，刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性越好，金属的塑性变形越大，加工表面就愈越粗糙。加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。一般韧性较大的塑性材料加工后表面粗糙度较大，而韧性较小的塑性材料加工后易得到较小的表面粗糙度。对于同种材料，其晶粒组织越大，加工表面粗糙度越大。因此，为了减小加工表面粗糙度，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。与切削条件有关的工艺因素包括切削用量和冷却润滑情况。中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺。因此，提高切削速度可以减少积屑瘤和鳞刺，减小零件已加工表面粗糙度值。对于脆性材料，一般不会形成积屑瘤和鳞刺，所以，切削速度对表面粗糙度基本上无影响。进给速度增大，塑性变形也增大，表面粗糙度值增大。因此，减小进给速度可以减小表面粗糙度值。但是，进给量减小到一定值时，粗糙度值不会明显下降。正常切削条件下，切削深度对表面粗糙度影响不大。因此，机械加工时不能选用过小的切削深度。一般在粗加工选用低速车削，精加工选用高速车削可以减小表面粗糙度。在中速切削塑性材料时，由于容易产生积屑瘤，且塑性变形较大，因此加工后零件表面粗糙度较大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表面粗糙度有积极作用。1.砂轮的影响砂轮粒度越细，单位面积上的磨粒数越多，可以使磨削表面的刻痕更细，表面粗糙度更小。但是，如果粒度太细，砂轮容易被堵塞，反而会使表面粗糙度增大，还容易产生波纹和烧伤。砂轮的硬度应该适中，不宜过高或过软。过高的硬度会使磨粒不易脱落，增加塑性变形和烧伤的风险，过软则会使磨削作用减弱，导致表面粗糙度增加。此外，砂轮的修整质量越高，砂轮表面的切削微刃数越多、各切削微刃的等高性越好，磨削表面的粗糙度越小。2.磨削用量的影响增大砂轮速度可以提高单位时间内通过加工表面的磨粒数，使每颗磨粒磨去的金属厚度减少，从而减少工件表面的残留面积和塑性变形，从而降低表面粗糙度值。降低工件速度也可以增加单位时间内通过加工表面的磨粒数，减小表面粗糙度值。但是，速度过低会增加磨削表面的热量，反而会增大粗糙度和烧伤的风险。增大磨削深度和纵向进给量会导致工件的塑性变形增大，从而会增大表面粗糙度值。径向进给量增加会增加磨削力和磨削温度，从而增大表面粗糙度值。为了提高磨削效率并保证加工质量，可以将粗磨和精磨分开进行，采用不同的径向进给量，最后进行无进给磨削，以获得表面粗糙度值很小的表面。3.工件材料的影响工件材料的硬度、塑性和导热性等对表面粗糙度的影响较大。塑性大的软材料容易堵塞砂轮，导热性差的耐热合金容易使磨料早期崩落，都会导致磨削表面粗糙度增大。此外，磨削温度高，使用切削液可以降低磨削区的温度，减少烧伤，还可以冲去脱落的磨粒和切屑，避免划伤工件，从而降低表面粗糙度值。4.影响工件表面物理机械性能的因素除了表面粗糙度外，还有其他因素会影响工件表面的物理机械性能，例如表面硬度、强度、韧性等。这些因素的影响需要根据具体情况进行分析和评估。直接相关。当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属的金相组织将会发生变化，使表层金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。磨削烧伤是由于磨削过程中产生的热量过多，导致表面层金属的组织结构发生改变所致。为了改善磨削烧伤，可以采取以下措施：2．减少磨削热的产生。这可以通过合理选择砂轮和切削用量来实现。正确选择砂轮可以减少磨削热的产生，而合理选择切削用量可以减少切削时间，从而减少磨削热的产生。3．改善冷却条件。改善冷却条件可以使产生的热量少传入工件，从而减少磨削烧伤的发生。在磨削过程中，可以采用喷水冷却的方法，将冷却液喷洒到磨削区域，以降低磨削温度。4．选择合适的磨削参数。在磨削过程中，选择合适的磨削参数也是避免磨削烧伤的重要措施。例如，可以采用中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料，以避免在前刀面上形成硬度很高的积屑瘤，从而减小磨削烧伤的风险。5．维护磨削设备。保持磨削设备的正常运行状态也可以减少磨削烧伤的发生。定期检查和维护磨削设备，保持设备的清洁和润滑，可以减少设备故障和磨削烧伤的发生。冷却条件对磨削区温度的影响很大，通常采用切削液冷却来降低温度。为了使切削液能够喷洒到工件表面，需要增加切削液的流量和压力，并使用特殊的喷嘴和带有空气挡板的切削液喷嘴。此外，还可以采用多孔砂轮、内冷却砂轮和浸油砂轮，将切削液引入砂轮的中心腔内，然后通过砂轮内部的孔隙从砂轮四周的边缘甩出，以便切削液能够直接进入磨削区，发挥有效的冷却作用。在使用过程中，表面质量受到许多因素的影响。每个刚加工好的摩擦副的两个接触表面最初阶段会在表面粗糙的峰部触碰，实际接触面积远小于理论接触面积。这会在相互接触的部分产生非常大的单位应力，导致实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重的磨损。在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，从而产生疲劳纹。表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏的能力就愈差。零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积的腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。为了获得合格的零件，保证机器的使用性能，人们一直在研究控制和提高零件表面质量的途径。提高表面质量的工艺途径大致可以分为两类：一类是采用低效率、高成本的加工方法，寻求各工艺参数的优化组合，以减小表面粗糙度；另一类是着重改善工件表面的物理力学性能，以提高其表面质量。降低表面粗糙度的加工方法包括超精密切削和低粗糙度磨削加工。超精密切削是指表面粗糙度为μm以下的切削加工方法。在超精密切削加工中，最关键的问题在于要在最后一道工序切削μm的微薄表面层，这就要求刀具极其锋利，刀具钝圆半径为纳米级尺寸，并且要具有足够的耐用度，以维持其锋利。目前只有金刚石刀具才能够达到这个要求。超精密切削时，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保证工件表面上的残留面积小，从而获得极小的表面粗糙度。为了简化工艺过程和缩短工序周期，有时候会使用小粗糙度磨削来替代光整加工。但是选择磨削用量时，不同参数之间会相互矛盾和排斥。例如，为了减小表面粗糙度，砂轮应该修整得细一些，但这样可能会引起磨削烧伤。为了避免烧伤，应该将工件转速加快，但这样会增大表面粗糙度，容易引起振动。采用小磨削用量有利于提高工件表面质量，但会降低生产效率并增加生产成本。此外，由于工件材料不同，其磨削性能也不同，很难凭手册确定磨削用量，需要通过试验不断调整参数，因此表面质量较难准确控制。近年来，国内外对磨削用量最优化作了不少研究，分析了磨削用量与磨削力、磨削热之间的关系，并用图表表示各参数的最佳组合。加上计算机的运用，通过指令进行过程控制，使得小粗糙度磨削逐步达到了应有的效果。超精密加工、珩磨等方法都是用于最终工序加工的。它们利用磨条以一定压力压在加工表面上，并作相对运动以降低表面粗糙度和提高精度。一般用于表面粗糙度为μm以下的表面加工。由于切削速度低、压强小，这些加工工艺发热少，不易引起热损伤，并能产生残余压应力，有利于提高零件的使用性能。加工工艺依靠自身定位，设备简单，精度要求不高，成本较低，容易实行多工位、多机床操作，生产效率高，因此在大批量生产中应用广泛。珩磨是利用珩磨工具对工件表面施加一定的压力，同时珩磨工具还要相对工件完成旋转和直线往复运动，以去除工件表面的凸峰的一种加工方法。珩磨后工件圆度和圆柱度一般可控制在IT6~IT5，尺寸精度可达IT6~IT5，表面粗糙度在0.1~0.5μm之间。珩磨头圆周上安装了若干条细粒度油石，由涨开机构将油石沿径向涨开，使其压向工件孔壁形成一定的接触面。同时，珩磨头作回转和轴向往复运动以实现对孔的低速磨削。油石上的磨粒在工件表面上留下的切削痕迹为交叉的且不重复的网纹，有利于润滑油的贮存和油膜的保持。由于珩磨头和机床主轴是浮动联接，因此机床主轴回转运动误差对工件的加工精度没有影响。珩磨头的轴线往复运动是以孔壁作导向的，即按孔的轴线进行运动，因此在珩磨时不能修正孔的位置偏差，工件孔轴线的位置精度必须由前一道工序来保证。珩磨是一种高效的金属加工方法，虽然其转速较低，但往复速度较高，能迅速去除金属。为了避免切屑和冷却工件，必须进行充分的冷却润滑。珩磨适用于加工铸铁、淬硬或不淬硬钢，但不适用于易堵塞油石的韧性金属。超精加工是一种微量磨削加工方法，使用细粒度油石，在较低的压力和良好的冷却润滑条件下，对低速旋转的工件进行振动研磨。超精加工的切削过程与磨削、研磨不同，当工件表面被磨去之后，接触面积大大增加，压强极小，工件与油石之间形成油膜，二者不再直接接触，油石能自动停止磨削。超精加工可加工各种材料，如钢、铸铁、黄铜、铝、陶瓷、玻璃、花岗岩等，能加工外圆、内孔、平面及特殊轮廓表面，广泛用于对曲轴、凸轮轴、刀具、轧辊、轴承、精密量仪及电子仪器等精密零件的加工。研磨是利用研磨工具和工件的相对运动，在研磨剂的作用下，对工件表面进行光整加工的一种加工方法。研磨可采用专用的设备进行加工，也可采用简单的工具，如研磨心棒、研磨套、研磨平板等对工件表面进行手工研磨。研磨可提高工件的形状精度及尺寸精度，但不能提高表面位置精度，研磨后工件的尺寸精度可达，表面粗糙度可达~μm。研磨适用于金属和非金属材料，如光学玻璃、陶瓷、半导体、塑料等，使用不同的磨料适用于不同的材料。抛光是一种利用抛光器具的高速旋转，依靠抛光膏的机械刮擦和化学作用去除工件表面粗糙度的凸峰，使表面光泽的一种加工方法。抛光不去除加工余量，因此不能提高工件的精度，有时可能会损坏已获得的精度。工件表面经抛光后，表面层的残余拉应力会有所减少。表面层的物理力学性能对零件的使用性能及寿命有着重要的影响。如果最终工序不能保证零件表面获得预期的表面质量要求，就应在工艺过程中增设表面强化工序来保证零件的表面质量。表面强化工艺包括化学处理、电镀和表面机械强化等几种。本文将重点讨论机械强化工艺问题。机械强化是指通过对工件表面进行冷挤压加工，使零件表面层金属发生冷态塑性变形，从而提高其表面硬度并在表面层产生残余压应力的无屑光整加工方法。采用表面强化工艺还可以降低零件的表面粗糙度值。这种方法工艺简单、成本低，在生产中应用十分广泛，用得最多的是喷丸强化和滚压加工。喷丸强化是利用压缩空气或离心力将大量直径为4mm左右的珠丸高速打击零件表面，使其产生冷硬层和残余压应力，可显着提高零件的疲劳强度。珠丸可以采用铸铁、砂石以及钢铁制造。所用