第七章 第一节 基本概念

第七章机械加工表面质量01【基本概念】

一、概述零件的机械加工质量不仅指加工精度，还有表面质量。机械加工表面质量，是指零件在机械加工后表面层的微观几何形状误差和物理化学及力学性能。产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。机器零件的破坏，在多数情况下都是从表面开始的,这是由于表面是零件材料的边界,常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀,表面上有着引起应力集中而导致破坏的根源,所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。在现代机器中，许多零件是在高速高压高温高负荷下工作的,对零件的表面质量,提出了更高的要求。研究加工表面质量的目的就是要掌握机械加工过程中各种因素对表面质量的影响规律,并通过这些规律控制加工过程,提高零件的加工表面质量,最终提高产品的使用性能。基本概念任何机械加工方法所获得的加工表面都不可能是绝对理想的表面,总存在着表面粗糙度、表面波度等微观几何形状误差。表面层的材料在加工时还会发生物理、力学性能变化，以及在某些情况下产生化学性质的变化。如图6-1a所示为加工表层沿深度方向的变化情况。在最外层生成氧化膜或其他化合物,并吸收、渗进了气体、液体和固体的粒子,称为吸附层,其厚度-般不超过8pum。压缩层即为表面塑性变形区,由切削力造成,厚度约为几十至几百微米,随加工方法的不同而变化。其上部为纤维层,是由被加工材料与刀具之间的摩擦力所造成的。另外，切削热也会使表面层产生各种变化，如同淬火、回火一样使材料产生相变以及晶粒大小的变化等。因此,表面层的物理力学性能不同于基体,产生了如图6-1b、c所示的显微硬度和残余应力变化。综上所述,表面质量的含义有两方面的内容。基本概念1.表面的几何特征(1)表面粗糙度(2)表面波度(3)表面纹理方向(4)伤痕在加工表面的一些个别位置上出现的缺陷。基本概念2.表面层物理、化学和力学性能于机械加工中切削力和切削热的综合作用,加工表面层金属的物理、学和化学性能发生一定的变化，主要表现在以下几个方面:(1)表面层加工硬化(冷作硬化)。(2)表面层金相组织变化及由此引起的表层金属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。(3)表面层产生残余应力或造成原有残余应力的变化。基本概念二、加工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

1）零件的耐磨性与摩擦副的材料、润滑条件和零件的表面质量等因素有关。2）表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响很大,但也不是表面粗糙度值越小越耐磨。3）表面纹理方向对耐磨性也有影响,这是因为它能影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。4）表面层的加工硬化,--般能提高耐磨性0.5~1倍。

基本概念

2.表面质量对零件疲劳强度的影响零件在交变载荷的作用下,其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹,造成零件的疲劳破坏。试验表明,减小零件表面粗糙度值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此,对于-一些承受交变载荷的重要零件,如曲轴其曲拐与轴颈交接处精加工后常进行光整加工,以减小零件的表面粗糙度值,提高其疲劳强度。加工硬化对零件的疲劳强度影响也很大。表面层的适度硬化可以在零件表面形成一-个硬化层,它能阻碍表面层疲劳裂纹的出现,从而使零件疲劳强度提高。但零件表面层硬化程度过大,反而易于产生裂纹,故零件的硬化程度与硬化深度也应控制在--定的范围之内。表面层的残余应力对零件疲劳强度也有很大影响,当表面层为残余压应力时,能延缓疲劳裂纹的扩展,提高零件的疲劳强度;当表面层为残余拉应力时,容易使零件表面产生裂纹并使其扩展而降低其疲劳强度。基本概念3.表面质量对零件耐腐蚀性的影响零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的表面粗糙度。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值,可以提高零件的耐腐蚀性能。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的耐腐蚀性。4.表面质量对配合性质及零件其他性能的影响相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙,则会使配合件很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质,降低配合精度;在过盈配合中,如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合表面的凸峰被挤平,配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间连接强度,影响配合的可靠性。因此对有配合要求的表面,必须规定较小的表面粗糙度参数值。零件的表面质量对零件的使用性能还有其他方面的影响。例如,对于液压缸和滑阀,较大的表面粗糙度值会影响密封性;对于工作时滑动的零件,恰当的表面粗糙度值能提高运动的灵活性,减少发热和功率损失;零件表面层的残