加工表面质量

表面质量对零件使用性能的影响
对耐磨 性影响
粗糙度太大、太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性
零件表 面质量
对疲劳强 度的影响
对工作精 度的影响
粗糙度越大，疲劳强度越差 适度冷硬、残余压应力能提高
疲劳强度 粗糙度越大、工作精度降低
残余应力越大，工作精度降低
对耐腐蚀性 能的影响
粗糙度越大，耐腐蚀性越差
压应力提高耐腐蚀性 拉应力则降低耐腐蚀性
区
纤维层 ：加工材料与刀具间的
摩擦力造成。
切削热也会使表面层产生 相变
基 体
及晶粒大小变化。
材 料
二、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）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，图54-2。 ? 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。
表面质量的含义（内容）
零件表面质量
表面微观几 何形状特征
表面物理力 学性能变化
表面粗糙度 表面波度
表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层金相组织变化
（1）表面粗糙度
表面的微观几何形状误差，即L1/H1 < 40 。
（2）波度
介于加工精度（宏观，即L3/H3 > 1000 ）与表面粗糙度 之间的周期性几何形状误差，即40 ≤L2/H2≤1000。它主要是 加工过程中工艺系统的振动引起。
（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
拉应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而 提高零件的
疲劳强度。
（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。
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接触刚度、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。
H
?
cot
f
? r ? cot
?
' r
对于刀尖圆弧半径rε≠0的刀具，工件表面残留面积的高度：
H ? f2 8 r?
2. 物理因素 切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何
因素形成的理论轮廓有较大的差别，这是由于切削加工中有 塑性变形的缘故。
（1）工件材料的影响
? 塑性材料：工件材料韧性愈好，金属塑性变形愈大，加
工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切 削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火 或调质处理。
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。
（3）表面层冷作硬化
机械加工过程中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 ，这些都 会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为 冷作硬化。
（4）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。
三、影响加工表面粗糙度的主要因素及其控制
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为 : 几何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工表面粗糙度
切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积 的高度。
1. 几何因素
? 刀尖圆弧半径 rε ? 主偏角 kr、副偏角 kr′ ?进给量 f
对于刀尖圆弧半径rε=0的刀具，工件表面残留面积的高度：
高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，
就会发生金相组织变化。如磨削淬火钢件时，常会出现回
火烧伤、退火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的使
用件能。
吸
附
右图为加工变质层示意图。
层
显微硬度
残余应力
吸附层 ：氧化膜或其他化合物，
纤
并吸收、渗进了气体、液体和
维
层
固体的粒子。
压
缩
压缩区：塑性变形区。
在铸造、锻造、焊接、热处理等加工过程产生的内应力 与这里介绍的表面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变 形，但它对机器零件表面质量有重要影响。
Biblioteka Baidu
（5） 表面层金相组织变化
机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升
图54-2 表面粗糙度与初期磨损量的关系
（2）表面层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。
因此，对配合精度要求比较高的零件应该规定较小的 表面粗糙度。
（2）表面残余应力对零件工作精度的影响 零件表面层有较大的残余应力，就会影响其 工作精度
的稳定性。
4. 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。 因此，减小零件表面粗糙度，可以提高其耐腐蚀性能。
3. 表面质量对零件工作精度的影响
（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响 间隙配合：如果配合表面粗糙度较大，则在初期磨损
阶段磨损量就大，造成零件尺寸和形状发生变化，影响到 配合间隙量，改变了配合性质。
过盈配合：如果配合表面粗糙，则装配后表面的波峰 产生塑性变形，从而使有效的过盈量减小，减弱了过盈配 合的结合强度。