机械加工表面质量

第八章 机械加工表面质量 本章主要介绍以下内容 1．机械加工后的表面质量 2．机械加工后的表面粗糙度 3．控制加工表面质量的工艺途径 课时分配 、 、，各一学时 重点、难点机械加工后的表面粗糙度 为了保证机器的使用性能和延长使用寿命，就要提高机器零件的耐磨性、疲劳强度、抗 蚀性、密封性、接触刚度等性能，而机器的性能主要取决于零件的表面质量。 机械加工表面质量与机械加工精度一样，是机器零件加工质量的一个重要指标。机 械加工表面质量是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的。 经过机械加工的 零件表面总是存在一定程度的微观不平、冷作硬化、残余应力及金相组织的变化，虽然只产 生在很薄的表面层，但对零件的使用性能的影响是很大的。 本章旨在研究零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，掌握机械加工中各种 工艺因素对表面质量的影响规律， 运用这些规律来控制加工中的各种影响因素， 以满足表面 质量的要求。 本章主要讨论机械加工表面质量的含义、表面质量对使用性能的影响、表面质量产 生的机理等。对生产现场中发生的表面质量问题，如受力变形、磨削烧伤、裂纹和振纹等问 题从理论上作出解释，提出提高机械加工表面质量的途径。 机械加工后的表面质量 机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在 很大程度上取决于零件表面层的质量。 研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工 中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律， 以便运用这些规律来控制加工过程， 最终达到 改善表面质量、提高产品使用性能的目的。 一、 基本概念（见 ） （一） 加工表面的几何形状误差 、 表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差，其波长与波高的比值一般小于 。 、 表面波度加工表面不平度中，波长与波高的比值等于 的几何形状误差称为 波度。 、 伤痕是加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。例如砂眼、气孔、裂痕等。 （二） 表面层的物理及机械性能 、 表面层的加工硬化机械加工过程中，使表面层金属的硬度有所提高的现象。一般情况 下表面硬化层的深度可达 。 评定冷作硬化的指标有如下三项 （ ） 表层金属的显微硬度 ； （ ） 硬化层 深度 ； （ ） 硬化程度△ ，其按下式计算 △（ ） 式中 为工件内部 金属原来的硬度。 、 表面层金属的金相组织的变化机械加工过程中，由于切削热的作用引起表面层金属 的金相组织发生变化。 、 表面层金属的残余应力已前已经介绍，在此不重复。 二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响 （一）表面质量对耐磨性的影响（见 ） 表面粗糙度对耐磨性的影响 一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间， 最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触， 实际接触面积远小于理论接触面积， 在相互接触的峰部有非常大的单位应力， 使实际接触面 积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。 零件磨损一般可分为三个阶段，初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。 一般说表面粗糙度值愈小， 其磨损性愈好。 但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因 此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨 损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。 表面冷作硬化对耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高， 故一般可使耐磨性提高。 但也不是冷作硬化程度愈高， 耐磨性就愈高， 这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度 疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。 （二）表面质量对疲劳强度的影响（见 ） 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面冷硬层下面，因 此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。 表面粗糙度对疲劳强度的影响 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，产生疲劳裂纹。表 面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏底能力就愈差。 残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响 残余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳 破坏；而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生。 表面冷硬一般伴有残余应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高 疲劳强度有利。 （三 表面质量对耐蚀性的影响（见 ） 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。 （四）表面质量对配合质量的影响 表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，粗糙度值大会使 磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰 被挤平，实际过盈量减小，降低了配合件间的连接强度。 机械加工后的表面粗糙度 一、切削加工影响表面粗糙度的因素（见 ） 切削加工时影响表面粗糙度的因素有三个方面 几何因素、 物理因素和工艺系统振动。 刀具几何形状的复映 刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其形状时刀具 几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积 的高度。 此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液和提高 刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、 鳞刺的生成， 也是减小表面粗糙度值的 有效措施。 工件材料的性质 加工塑性材料时，由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。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表 面就愈粗糙。 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。 切削用量 二、磨削加工影响表面粗糙度的因素（见 ） 正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样， 磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因 素和表面金属的塑性变形来决定的。 影响磨削表面粗糙度的主要因素有 砂轮的粒度 砂轮粒度 主要是表明磨粒的尺寸大小， 粒度号数越大， 磨粒的尺寸越小， 其值见下表。 砂轮粒度 磨粒的尺寸范围