[工学]机械制造工艺学第四节机械加工表面质量

一、机械加工表面质量的含义
1．表面的几何特征
(1)表面粗糙度 (2)表面波度 (3)纹理方向
2．表面层物理 力学、化学性能
(1)表面层加工硬化(冷作硬化)。 (2)表面层金相组织变化。
(3)表面层产生残余应力。
1、表面的几何形状特征
加工后表面形状，总是以 “峰”、“谷”的形式偏离其 理想光滑表面。按偏离程度有 宏观和微观之分。
二、加工表面质量对机器零件使用性能的影晌 1．表面质量对零件耐磨性的影响
零件的磨 第一阶段 初期磨损阶段 损可分为 第二阶段 正常磨损阶段 三个阶段 第三阶段 急剧磨损阶段
表面粗糙度对摩擦副的影响 不是表面粗糙度值越小越耐磨，
在一定工作条件下，摩擦副表面总是 存在一个最佳表面粗糙度值，表面粗 糙度Ra值约为0.32～0.25μm较好。
由于加工硬化提高了表面层的强度，减少了表面进一步塑 性变形和咬焊的可能。一般能提高耐磨性0.5 ～ 1倍。
过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现疲劳裂纹和 产生剥落现象，从而使耐磨性下降。
一般地，加工精度要求↑ ，加工成本↑ ，生产效率↓． h与f成正比，与r成反比 。
2．表面质量对零件疲劳强度的影响
对过盈配合而言，装配时配合表面的波峰 被挤平，减小实际过盈量，降低了连接强度， 影响了配合的可靠性。
表面残余应力的影响 表面残余应力会引起零件变形，使零件形状和尺寸发生
变化，因此对配合性质有一定的影响。
第五节 影响表面粗糙度的工艺因素及其改善措施
表面粗糙度的形 成和影响因素
几何因素
物理因素
两方面
波距与波高
波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以L表示； 波高：峰与谷间的高度，以H 表示。
L/H>1000时，属于宏观几何形状误差；
L/H<50时，属于微观形状误差，称作表面粗糙度；
L/H=50～ 1000时，称作表面波度； 主要是由机械加工过程中工
艺系统低频振动所引起。
纹理方向 是指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采用 的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。
表面粗糙度的影响
在交变载荷作用下，零件表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷员易形成应
力集中，并发展成疲劳裂纹，导致零件疲劳破坏。因此，对于重要零件表
面如连杆、曲轴等，应进行光整加工，减小表面粗糙度值，提高其疲劳强
度。 表面残余应力对疲劳强度的影响 影响极大
拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展；
残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲劳强度提高。
表面纹理方向对耐磨性的影响 表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。
轻载时，两表面的纹理方向与相对运动方向一致时，磨损 最小；当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时，磨损最大。
重裁情况下，由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等因 素的变化，其规律与上述有所不同。 表面层的加工硬化对耐磨性的影响
表面层的加工硬化对疲劳强度影响
适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生，有助于 提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产生裂纹，故加工硬化程度 应控制在一定范围内。
3．表面质量对零件耐腐蚀性的影响
表面粗糙 表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质；
度的影响
波谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。
2）砂轮的粒度和砂轮的修整对表面粗糙度的影响
砂轮的粒度
磨粒的大小 磨粒间的距离
砂轮的粒度号越大， 磨粒和磨粒间离越小
砂轮的粒度号↑ ，参与磨削的磨粒↑ ，粗糙度↓ ；
修整砂轮时，纵向进给量对表面粗糙度的影响甚大； 纵向进给量↓ ，砂轮表面的等高性越好 ，粗糙度 ↓ ；
（2）金属表面层的塑性变形
(2)表面层金相组织变化 指的是加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织
发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面 层的物理机械性能。
(3)表面层产生残余应力
指的是加工中，由于切削变形 和切削热的作用，工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料 强度极限就会产生表面裂纹。
零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度
表面残余应力对零件耐腐蚀性影响 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； 拉应力则降低耐腐蚀性
4．表面质量对配合性质的影响
相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。
表面粗糙 度的影响
对间隙配合而言，表面粗糙度值太大，会 使配合表面很快磨损而增大配合间隙，改变配 合性质，降低配合精度。
第四节 机械加工表面质量
概述
少数
机械产品的失效形式
因设计不周而导致强度不够； 磨损、腐蚀和疲劳破坏。 多数
实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的工作性能，尤 其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量。
研究机械加工表面质量的目的
掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，并 应用这些规律控制加工过程，以达到提高加工表面质量、提高 产品性能的目的。
在磨削过程中，由于磨粒大多具有很大的负前角，很不锋 利，所以大多数磨粒在磨削时只是对表面产生挤压作用而使表 面出现塑性变形，磨削时的高温更加剧了塑性变形，增大了表 面粗糙度值。
伤痕 是指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气 孔、裂痕等。
2、表面层物理力学、化学性能
(1)表面金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使
工件加工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。
表示方法
冷硬层深度 h 硬化程度 N
硬化程度：
H N 100%
H 0
其中： H——加工后表面层的显微硬度 H0——材料原有的显微硬度
一、切削加工表面粗糙度
刀尖圆弧半径
主偏角
切削残留面积的高度
副偏角
进给量
ห้องสมุดไป่ตู้
金相组织
金相组织越大，粗糙度也越大；
切削液的选用及刀具刃磨质量
二、磨削过程中表面粗糙度的形成
1、形成因素
切削用量
几何原因 砂轮的粒度和砂轮的修整情况
塑性变形
机械加工振动
(1) 几何原因
1）切削用量对表面粗糙度的影响 砂轮的速度↑ ，单位时间内的磨削量↑ ，粗糙度↓ ； 工件的速度↑ ，单位时间内的磨削量↓ ，粗糙度↑ ； 砂轮纵向进给速度↑ ，每部位重复磨削次数 ↑ ，粗糙度↓。