第5章机械加工表面质量及其控制.pdfVIP

零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且 包括加工表面质量。 机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表 面，它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面 缺陷。虽然只有极薄的一层（几微米~几十微米），但都 错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、 抗腐蚀性和疲劳强度等，从而影响产品的使用性能和寿 命，因此必须加以足够的重视。 一、 概 述 一、表面质量的概念 第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响 零件表面质量 表面粗糙度表面粗糙度 表面波度表面波度 表面物理力学 性能的变化 表面物理力学 性能的变化 表面微观几何 形状特征 表面微观几何 形状特征 表面层冷作硬化表面层冷作硬化 表面层残余应力表面层残余应力 表面层金相组织的变化表面层金相组织的变化 纹理方向、伤痕纹理方向、伤痕 （1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如图4-4所示。 表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平 的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧； 表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光 滑，存不住润滑油，接触面间不易形成油膜，容易发生分 子粘结而加剧磨损。 表面粗糙度的最佳值与机器零件的工作情况有关，载荷 加大时，磨损曲线向上、向右移动，最佳表面粗糙度值也 随之右移。 二、表面质量对零件使用性能的影响 1．表面质量对零件耐磨性的影响 图3－4 表面粗糙度与初期磨损量的关系 （2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨 性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提 高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性 变形和塑性变形。 并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是 因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏 松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接 触面间形成小颗粒，使零件加速磨损。 （3）表面纹理对耐磨性的影响 在轻载运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方 向均与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹 方向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为 两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的加 工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面的刀 纹方向均与相对运动方向一致时容易发生咬合， 磨损量反而大；两相对运动零件表面的刀纹方向 相互垂直，且运动方向平行于下表面的刀纹方 向，磨损量较小。 2．表面质量对零件疲劳强度的影响 （1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。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。 表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳 性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深， 纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。 （2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲 劳强度的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。 残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力 容易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲 劳强度 残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的 拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的 疲劳强度。 3．表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 （1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越 深，渗透与腐蚀作用越强烈。 因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性 能。 （2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不 易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降 低零件耐腐蚀性。 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减 小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精 度；对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功 率损失。 4.表面质量对零件配合质量的影响 （1）表面粗糙度对零件配合精度的影响 表面粗糙度较大，则降低了配合精度。 （2）表面残余应力对零件工作精度的影响 表面层有较大的残余应力，就会影响它 们精度的稳定性。 4. 1 2 表面质量对零件使用性能的影响 零件表面质量 粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性 对疲劳强度的 影响 对疲劳强度的 影响 对耐磨性影响对耐磨性影响 对耐腐蚀性能 的影响 对耐腐蚀性能 的影响 对工作精度的 影响 对工作精度的 影响 粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差 适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度 适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度 粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低 残余应力越大，工作精度降低残余应力越大，工作精度降低 粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差 压应力提高耐腐蚀性，拉应力反 之则降低耐腐蚀性 压 力提高耐腐蚀性，拉应力