机械制造技术基础第4章第4节.pptVIP

第四节 机械加工表面质量;研究表面质量的目的，就是要掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高表面质量、提高产品使用性能的目的。 一、加工表面质量的概念 加工表面质量包含加工表面的几何形貌和表面层材料的物理力学性能两个方面的内容。;1. 加工表面的几何形貌 加工表面的几何形貌是由加工过程中的切削残留面积、切削塑性变形和振动等因素的综合作用在工件表面上形成的表面结构。 加工表面的几何形貌（表面结构）包括表面粗糙度、表面波纹度、表面纹理方向和表面缺陷等四个方面内容。;（1）表面粗糙度 根据加工表面轮廓的特征（波长L与波高H的比值），可将表面轮廓分为以下三种（图4-53）。 L/H＜50的微观几何轮廓，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。;（2）表面波纹度 加工表面上波长L与波高H的比值L/H = 50~1000的几何轮廓，称为表面波纹度（简称波度）； L/H＞1000的几何轮廓称为宏观几何形状误差。;（3）表面纹理方向 表面纹理方向是指加工表面刀痕纹理的方向，它取决于表面形成过程中所采用的加工方法。 （4）表面缺陷 加工表面上出现的砂眼、气孔、裂痕等缺陷。;2. 表面层材料的物理力学性能 （1）表面层的冷作硬化 机械加工过程中因切削力作用使表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，塑性减小，这种现象称为冷作硬化（强化）。;（2）表面层残余应力 机械加工过程中，由于切削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力，称为表面层残余应力。 （3）表面层金相组织的变化 机械加工过程中，当急剧升高的切削温度超过工件材料金相组织变化的临界点时，其表面层就会发生金相组织变化。;二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响 1. 表面质量对耐磨性的影响 零件的耐磨性与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件等有关，但在上述条件确定的情况下，起主导作用的就是摩擦副的表面质量。 （1）表面粗糙度对耐磨性的??响 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般情况下，表面粗糙度值愈小，其耐磨性愈好。;在一定摩擦条件（摩擦速度及压力、摩擦因数、;表面粗糙度值太小，由于表面间接触紧密，不易形成润滑油膜，而且两接触表面间的分子亲和力增加，反而使磨损剧烈。;（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响 机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，可降低磨损，故一般能提高其耐磨性。 但是过度的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏松”，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。;（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。 但在重载时，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 在交变载荷作用下，零件表面质量对其疲劳强度影响很大。 （1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。;（2）表面层残余应力及冷作硬化对零件疲劳强度的影响 工件在铸造、锻造、焊接和热处理等加工过程中产生的内应力与工件表面层残余应力的区别，在于前者是在整个工件上平衡的应力，它的重新分布会引起工件的变形；后者则是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件的变形，但它对零件的表面质量有重要影响。 ;同样，表面残余应力也有拉应力与压应力之分。残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余压应力能阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的发生。 表面冷作硬化一般伴有压应力产生，它可以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利；但冷作硬化强度过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。;3. 表面质量对抗腐蚀性能的影响 零件在潮湿的空气中或在腐蚀性介质中工作时，由于粗糙表面的凹谷容易聚集腐蚀性介质而发生化学腐蚀，降低零件的抗腐蚀性。加工表面层的冷作硬化和残余应力，使表层材料处于高能位状态，会产生应力腐蚀，加速了腐蚀的作用。 减小表面粗糙度、控制表面的加工硬化和残余应力，可以提高零件的抗腐蚀性能。;4. 表面质量对零件配合性质的影响 对于间隙配合，零件表面越粗糙，磨损越大，使配合间隙增大，降低配合精度。 对于过盈配合，两零件粗糙表面相配时凸峰被挤平，使有效过盈量减小，降低配合件间的连接强度。;三、加工表面的表面粗糙度 刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削