機(jī)械加工表面質(zhì)量

1、一、加工表面質(zhì)量的概念一、加工表面質(zhì)量的概念（一）加工表面的幾何形貌（一）加工表面的幾何形貌（二）表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能（二）表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能二、加工表面質(zhì)量對機(jī)器零件使用性能的影響二、加工表面質(zhì)量對機(jī)器零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響加工表面的幾何形貌；加工表面的幾何形貌；1.表面層材料的力學(xué)物理性能和化表面層材料的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能。

2、學(xué)性能。 加工表面的幾何形狀形貌，包括加工表面的幾何形狀形貌，包括如下四個部分：如下四個部分：1）表面粗糙度）表面粗糙度 2）波紋度）波紋度3）紋理方向）紋理方向 4）表面缺陷）表面缺陷 表面粗糙度是加工表面的表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。其波長與波高比值微觀幾何形狀誤差。其波長與波高比值一般小于一般小于50。 加工表面不平度中波長與波高加工表面不平度中波長與波高的比值等于的比值等于501000的幾何形狀誤差稱的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機(jī)械加工中的振動引起為波度，它是由機(jī)械加工中的振動引起的。當(dāng)波長與波高比值大于的。當(dāng)波長與波高比值大于1000時，稱時，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如

3、：圓度誤差。為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤差。圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇，圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇，不在本章討論之列。不在本章討論之列。 紋理方向是指表面刀紋的方紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的向，它取決于表面形成過程中所采用的機(jī)械加工方法。機(jī)械加工方法。 圖圖3-2 紋理方向及其符號標(biāo)注紋理方向及其符號標(biāo)注 傷痕是在加工表面上一些個傷痕是在加工表面上一些個別位置上出現(xiàn)的缺陷。一例如砂眼、氣別位置上出現(xiàn)的缺陷。一例如砂眼、氣孔、裂痕等?？?、裂痕等。由于機(jī)械加工中由于機(jī)械加工中力因素和熱因素力因素和熱因素的綜合作用，加的綜合作用，加工表面層金屬的力學(xué)

4、物理性能和化學(xué)性能將發(fā)生工表面層金屬的力學(xué)物理性能和化學(xué)性能將發(fā)生一定的變化，主要反映在以下幾個方面：一定的變化，主要反映在以下幾個方面：1）表面層金屬的冷作硬化表面層金屬的冷作硬化 表面層金屬硬度的變化用表面層金屬硬度的變化用硬化程度和深度硬化程度和深度兩個指標(biāo)兩個指標(biāo)來衡量來衡量在機(jī)械加工過程中，工件表面層金屬都會有一定程在機(jī)械加工過程中，工件表面層金屬都會有一定程度的冷作硬化。使表面層金屬的顯微硬度有所提高。度的冷作硬化。使表面層金屬的顯微硬度有所提高。一般情況下，硬化層的深度可達(dá)一般情況下，硬化層的深度可達(dá)0.050.30mm；若；若采用滾壓加工，硬化層的深度可達(dá)幾個毫米。采用滾壓加工

5、，硬化層的深度可達(dá)幾個毫米。2）表面層金屬的金相組織變化）表面層金屬的金相組織變化 機(jī)械加工過程中，由于切削熱的作用會引機(jī)械加工過程中，由于切削熱的作用會引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削淬火鋼時，由于磨削熱的影響會引起淬火鋼淬火鋼時，由于磨削熱的影響會引起淬火鋼的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。3）表面層金屬的殘余應(yīng)力）表面層金屬的殘余應(yīng)力 由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格會發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金屬晶格會發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金相組織的變化，使表層金

6、屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力。金相組織的變化，使表層金屬產(chǎn)生殘余應(yīng)力。（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響1表面粗糙度對表面粗糙度對耐磨性的影響耐磨性的影響l零件表面存在微觀不平度，兩零件相互接觸，實(shí)際零件表面存在微觀不平度，兩零件相互接觸，實(shí)際上有效接觸面積只是名義接觸面積的一小部分。表上有效接觸面積只是名義接觸面積的一小部分。表面越粗糙，有效接觸面積就越小面越粗糙，有效接觸面積就越小l在兩個零件做相對運(yùn)

7、動時，開始階段由于接觸面小，在兩個零件做相對運(yùn)動時，開始階段由于接觸面小，壓強(qiáng)大，在接觸點(diǎn)的凸峰處會產(chǎn)生彈性變形、塑性壓強(qiáng)大，在接觸點(diǎn)的凸峰處會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象，這樣凸峰很快就會被磨掉變形及剪切等現(xiàn)象，這樣凸峰很快就會被磨掉l被磨掉的金屬微粒落在相配合的摩擦表面之間，會被磨掉的金屬微粒落在相配合的摩擦表面之間，會加速磨損過程加速磨損過程.即使在有潤滑液存在的情況下，也會即使在有潤滑液存在的情況下，也會因?yàn)榻佑|點(diǎn)處壓強(qiáng)過大，破壞油膜，形成干摩擦。因?yàn)榻佑|點(diǎn)處壓強(qiáng)過大，破壞油膜，形成干摩擦。l零件表面在初期磨損階段的磨損速度很快，起始磨零件表面在初期磨損階段的磨損速度很快，起始磨

8、損量較大損量較大l隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強(qiáng)也逐漸減小，磨損將以較慢的大，壓強(qiáng)也逐漸減小，磨損將以較慢的速度進(jìn)行，進(jìn)人正常磨損階段速度進(jìn)行，進(jìn)人正常磨損階段l之后，由于有效接觸面積越來越大，零之后，由于有效接觸面積越來越大，零件間的金屬分子親和力增加，表面的機(jī)件間的金屬分子親和力增加，表面的機(jī)械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損而進(jìn)入快速磨損階段劇磨損而進(jìn)入快速磨損階段l表面粗糙度值越小，其耐磨性越好表面粗糙度值越小，其耐磨性越好l表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分子粘

9、接且潤滑液不易儲存、磨損反而增加子粘接且潤滑液不易儲存、磨損反而增加l存在一個最優(yōu)表面粗糙度值存在一個最優(yōu)表面粗糙度值l圖圖3-4 表面粗糙度與起始磨損量的關(guān)系表面粗糙度與起始磨損量的關(guān)系l表面紋理的形狀及刀紋方向?qū)δ湍バ砸灿幸槐砻婕y理的形狀及刀紋方向?qū)δ湍バ砸灿幸欢ㄓ绊?，其原因在于：定影響，其原因在于：紋理形狀及刀紋方向?qū)⒂绊懹行Ы佑|面積與潤紋理形狀及刀紋方向?qū)⒂绊懹行Ы佑|面積與潤滑液的存留滑液的存留l圓弧狀，坑狀表面紋理的耐磨性好圓弧狀，坑狀表面紋理的耐磨性好l尖峰狀的表面紋理由于摩擦副接觸面壓強(qiáng)大，尖峰狀的表面紋理由于摩擦副接觸面壓強(qiáng)大，耐磨性較差耐磨性較差l在運(yùn)動副中，兩相對運(yùn)動零件表

10、面的刀紋方在運(yùn)動副中，兩相對運(yùn)動零件表面的刀紋方向均與運(yùn)動方向相同時，耐磨性較好向均與運(yùn)動方向相同時，耐磨性較好l兩者的刀紋方向均與運(yùn)動方向垂直時，耐磨兩者的刀紋方向均與運(yùn)動方向垂直時，耐磨性最差性最差加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高有所提高其主要原因是：冷作硬化使表面層金屬的其主要原因是：冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形，故可減接觸部分的彈性變形和塑性變形，故可減少磨損少磨損圖圖3-5所示為所示為T7A鋼鋼的磨損量隨冷作硬化程的磨損量隨冷作硬化程度的變化而

11、變化的情況，度的變化而變化的情況，當(dāng)冷作硬化硬度達(dá)當(dāng)冷作硬化硬度達(dá)380HBS左右時，耐磨性左右時，耐磨性最佳；如進(jìn)一步最佳；如進(jìn)一步加強(qiáng)冷加強(qiáng)冷作硬化，耐磨性反而降作硬化，耐磨性反而降低低。這是因?yàn)?。這是因?yàn)檫^度的硬過度的硬化將引起金屬組織的疏化將引起金屬組織的疏松，在相對運(yùn)動中可能松，在相對運(yùn)動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒觸面間形成小顆粒，這，這會加速零件的磨損。會加速零件的磨損。 表面粗表面粗糙度對承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影糙度對承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中

12、，產(chǎn)生度的凹谷部位容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越小，表面缺疲勞裂紋。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差 表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與材料對應(yīng)力集中的敏感程度和材料的強(qiáng)材料對應(yīng)力集中的敏感程度和材料的強(qiáng)度極限有關(guān)。鋼材對應(yīng)力集中最為敏感，度極限有關(guān)。鋼材對應(yīng)力集中最為敏感，鋼材的強(qiáng)度極限越高，對應(yīng)力集中的敏鋼材的強(qiáng)度極限越高，對應(yīng)力集中的敏感程度就越大。而鑄

13、鐵和有色金屬對應(yīng)感程度就越大。而鑄鐵和有色金屬對應(yīng)力集中的敏感性較弱。力集中的敏感性較弱。 表面層金屬的冷作硬化能夠阻止表面層金屬的冷作硬化能夠阻止疲勞裂紋的生長，可提高零件的耐疲勞疲勞裂紋的生長，可提高零件的耐疲勞強(qiáng)度。在實(shí)際加工中，加工表面在發(fā)生強(qiáng)度。在實(shí)際加工中，加工表面在發(fā)生冷作硬化的同時，必然伴隨產(chǎn)生殘余應(yīng)冷作硬化的同時，必然伴隨產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，力。殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，拉伸殘余應(yīng)力將使耐疲勞強(qiáng)度下降，而拉伸殘余應(yīng)力將使耐疲勞強(qiáng)度下降，而壓縮殘余應(yīng)力則可使耐疲勞強(qiáng)度提高。壓縮殘余應(yīng)力則可使耐疲勞強(qiáng)度提高。 l零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度l大氣里所含氣體和液體與金屬表面接觸時，會大氣里所含氣體和液體與金屬表面接觸時，會凝聚在金屬表面上而使金屬腐蝕凝聚在金屬表面上而使金屬腐蝕l表面粗糙度值越大，加工表面與氣體、液體接表面粗糙度值越大，加工表面與氣體、液體接觸的面積越大，腐蝕物質(zhì)越容易沉積于凹坑中，觸的面積越大，腐蝕物質(zhì)越容易沉積于凹坑中，耐蝕性能就越差。耐蝕性能就越差。2表面層力學(xué)物理性質(zhì)對耐蝕性的影響表面層力學(xué)物理性質(zhì)對耐蝕性的影響 l當(dāng)零件表面層有殘余壓應(yīng)力時，能夠阻當(dāng)零件表面層有殘余壓應(yīng)力時，能夠阻止表面裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，有利于提高止表面裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，有利于提高零件表面抵抗腐蝕