[工学]第5章 机械加工表面质量.pptVIP

机械制造工程学 主讲：汪庆华 * * * 第5章机械加工表面质量 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 机械加工表面质量的概念 表面质量对使用性能的影响 表面粗糙度及其影响因素 机械加工后表面物理机械性能的变化 改善表面粗糙度的方法 工件表面强化的方法 5.6 表面质量的概念 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。机械加工表面质量决定了机器的使用性能和延长使用寿命。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。 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耐磨性、抗腐蚀性、配合质量和疲劳强度等，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。 吸附层 8nm 基体材料 纤维层 压缩区 几十~几百微米 热影响区 显微硬度 残余应力 加工表面层沿深度变化示意图 表面质量的概念 零件表面质量 表面粗糙度 表面波度 表面物理力学性能的变化 表面微观几何形状特征 表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织的变化 表面质量的概念 表面粗糙度：是指表面微观几何形状误差，其波长与波高的比值在L1/H1＜40的范围内，波距1mm。 表面波度：是介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H3 = 1000）和表面粗糙度间的一种带有周期性的几何形状误差，其波长与波高的比值在40＜L2/H2＜1000的范围，波距=1~10mm 纹理方向： 纹理方向是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。 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。 表面质量的概念——1. 表面层的几何形状 L1范围内的凹凸不平(表面粗糙度)H1 L2范围内的凹凸不平(波度)H2 平面度H3 表面粗糙度和波度 表面质量的概念——1. 表面层的几何形状 1) 表面层冷作硬化(简称冷硬)：在机械加工中,零件表面层产生强烈的冷态塑性变形后,引起的强度和硬度都有所提高的现象。一般情况下表面硬化层的深度可达0.05 — 0.30mm。 2) 表面层金相组织的变化：机械加工过程中，由于切削热或磨削热的作用引起工件表面温升过高，表面层金属的金相组织发生变化的现象。 3) 表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。 2、表面层的物理机械性能 表面质量的概念——2. 表面层的物理机械性能 表面质量对使用性能的影响——1. 耐磨性 零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段 磨损过程的基本规律 零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。 （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 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。? 初期磨损量与粗糙度的关系 表面质量对使用性能的影响——1. 耐磨性 表面质量对使用性能的影响——1. 耐磨性 （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。 T7A钢车削后不同冷硬度与耐磨性的关系 HB 磨损量(μm) （3）表面层产生的金相组织变化零件耐磨性的影响 金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而影响零件的耐磨性。 （1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 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、划痕和裂纹等容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。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。 表面质量对使用性能的影响——2. 疲劳强度 （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