机械加工表面质量

表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于50。

波纹度（表面波度）：加工表面不平度的波长与波高比值在50～1000的几何形状误差。

纹理方向：表面刀纹的方向。

表面缺陷：加工表面个别位置出现的伤痕。

1．表面质量对零件耐磨性的影响

（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

（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）表面纹理对零件耐磨性的影响

表面纹理的形状和刀纹方向对耐磨性也有影响，原因是纹理形状和刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的存留，一般，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的耐磨性差。

在运动副中，两相对运动零件的刀纹方向和运动方向相同时，耐磨性较好，两者的刀纹方向和运动方向垂直时，耐磨性最差。

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。这是因为表面层冷作硬化能够阻止裂纹的生长。

（3）表面层残余应力对零件疲劳强度的影响

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。

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。

4.表面质量对零件配合质量的影响

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。

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。

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等。

一、切削加工表面粗糙度

1、几何因素的影响

2、物理因素的影响---塑性变形

1）工件材料对粗糙度的影响

塑性材料：

材料金相组织：

脆性材料：

加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。

（2）切削速度对粗糙度的影响

加工塑性材料时，切削速度对表面粗糙度的影响随切削速度的变化而变化（见下页图）。

此外，切削速度越高，塑性变形越不充分，表面粗糙度值越小。

选择低速宽刀精切和高速精切，可以得到较小的表面粗糙度。

切削速度对脆性材料的表面粗糙度影响不大。

（3）进给量对粗糙度的影响

适当减小进给量可以减小表面粗糙度值。

（4）其它因素对粗糙度的影响

合理使用冷却润滑液，适当增大刀具的前角，提高刀具的刃磨质量等，均能有效地减小表面粗糙度值。

二、磨削加工后的表面粗糙度

1、几何因素的影响

工件的磨削表面是由砂轮上大量磨粒刻划出无数极细的刻痕形成的，工件单位面积上通过的磨粒数越多，则刻痕越多，刻痕的等高性越好，表面粗糙度值越小。（1）磨削用量对粗糙度的影响

砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大。

砂轮的纵向进给量小于砂轮的宽度时，工件表面将被重叠磨削，工件表面粗糙度值就越小。（如内孔磨削）

（2）砂轮粒度对粗糙度的影响

磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。

（3）砂轮修整质量对粗糙度的影响

砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。

2、物理因素的影响—表面层金属的塑性变形

磨削速度比一般切削速度高得多，且磨粒大多数是负前角，磨粒在磨削过程中对被加工表面挤压作用强烈，使加工表面产生塑性变形，而磨削时的高温又加剧了

这种塑性变形。因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。

（1）磨削用量

砂轮的转速↑→材料塑性变形(来不及变形)↓→Ra ↓；

磨削深度↑,工件速度↑→塑性变形↑→Ra ↑看试验曲线；

为提高磨削效率，通常在开始磨削时采用较大的径向进给量，而在磨削后期采用较小的径向进给量或无进给量磨削，以减小表面粗糙度值。

（2）工件材料

太硬易使磨粒磨钝→Ra ↑；

太软容易堵塞砂轮→Ra ↑；

塑性太大，热导性差会使磨粒早期崩落→Ra ↑。

（3）砂轮的选择（粒度、硬度、组织、磨粒材料）

磨粒太细，砂轮易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若导热情况不好，还会烧伤工件表面；46—60号。

砂轮太硬，磨粒不易脱落，磨钝后不能及时被新的磨粒代替，使表面粗糙度增大；砂轮选得太软，磨粒易脱落，磨削作用削弱，使表面粗糙度值增大。中软

砂轮组织一般选中等组织

磨粒材料

(4)冷却润滑液的作用

第三节影响表面层力学物理性能的工艺因素及其改进措施

一. 加工表面层的冷作硬化

二. 表层金属的金相组织的变化

三. 表层金属的残余应力

四. 表面强化工艺

一. 加工表面层的冷作硬化

（1）定义

机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化或强化。

（2）冷作硬化的评定指标

1）表面层的显微硬度HV；

2）硬化层深度h；

3）硬化程度N

2、影响切削加工表面冷作硬化的因素

（1）切削用量的影响

f↑，切削力↑，塑性变形↑，冷硬程度↑

切削速度影响复杂（力与热综合作用结果）

切削深度影响不大(背吃刀量)

（2）刀具几何形状的影响

切削刃钝圆半径rε↑，冷硬程度↑

刀具前角±20°内，对冷硬的显微硬度影响不显著

其他几何参数影响不明显

刀具磨损影响显著（力和热互相作用）

（3）工件材料

材料塑性↑，冷硬倾向↑