机加工表面质量概论VIP免费

第十三章机械加工表面质量第一节概述机械加工表面质量是零件加工技术要求的一个重要组成部分。主要零件的表面质量，对产品的工作性能、可靠性和耐磨性等都有很大影响。随着工业技术的迅速发展，许多产品要求零件在高速、高压、高温和高负荷下工作，因而对零件的表面质量提出越来越高的要求。一、机械加工表面质量的概念零件的加工表面质量包括零件的表面几何特性和物理力学性能两方面。（一）零件的表面几何特性1．表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面上具有的较小距离的峰谷所组成的表面微观几何形状特性。（见图13-l）一般由加工中切削刀具的运动轨迹及工艺系统的高频振动等多种因素所形成。其大小由表面轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz和轮廓最大高度Ry等参数来评定，其中优先推荐Ra参数。2．表面波度表面波度指介于宏观几何形状误差与微观几何形状误差（即表面粗糙度）之间的一种周期性几何形状误差。图13－l表示了表面粗糙度和表面波度的关系。对于表面波度的表征方法，目前尚无统一图13－l的规定。一般有二种表征方法。一种是根据其周期来表征，即波幅和波长；另一种是根据波纹的轮廓形状来表征，如圆弧形、尖峰形和锯齿形等。（二）零件表面的物理力学性能1．因加工表面层的塑性变形所引起的表面加工硬化。2．由于切削和磨削加工等的高温所引起的表面层金相组织的变化。3．因切削加工引起的表面层残余应力。二、机械加工表面质量对零件使用性能的影响（一）表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性是机械制造中的重要问题。磨损是一个很复杂的问题，其机理至今尚未清楚。一般认为磨损产生在有相对运动的表面，它不仅与摩擦副的材料和润滑有关，而且还与零件的表面质量有密切关系。当两个零件表面相互接触时，起初只有很少的凸峰顶部真正接触。在外力作用下，凸峰接触部分将产生很大的压强。且表面越粗糙，接触的实际面积越小，产生的压强就越大。这时，当两零件表面作相对运动时，接触部分就会因相互挤压、剪切和图13－2滑擦等而产生表面磨损现象。在有润滑的条件下，零件的磨损过程一般可分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段。如图13－2所示，在机器开始运转时，由于实际接触面积很小，压强很大，因而磨损很快。这个时间比较短，称为初始磨损阶段，如图中Ⅰ区所示。随着机器的继续工作，相对运动的表面的实际接触面积逐步增大，压强逐渐减小。从而磨损变缓，进入正常磨损阶段。这座时间较长如图中Ⅱ区所示。随着磨损的延续，接触表面的凸峰被磨平，粗糙度变得很小。此时，不利于润滑油的贮存。润滑油也难以进入摩擦区，从而使润滑情况恶化。同时，紧密接触表面会产生很大的分子亲和力，甚至会发生分子粘合，使磨擦阻力增大，结果使磨损进入急剧磨损阶段，如图中Ⅲ区所示。此时，零件实际上已处于不正常的工作状态。实践证明，初期磨损量与零件表面粗糙度有很大关系。图13-3表示在轻载和重载情况下粗糙度对初期磨损量的影响情况。由图中可以看出，在一定条件下摩擦副表面的粗糙度参数总是存在某个最佳点（图中Ra1和Ra2），在这一点的初期磨损量为最小。最佳粗糙度参数值可根据实际使用条件通过试验求得，一般Ra值在0．04～0．08μm左右。表面磨损还与该表面采用的加工方法和成形原理所得到的表面纹理有关。实验证明，在一般情况下，上下摩擦件的纹理方向与相对运动方向一致时，初期磨损量最小；纹理方向与相对运动方向相垂直时，初期磨损量最大。图13-3表面加工冷作硬化对磨损量也有影响，一般能提高耐磨性0.5～1倍。但也不是冷作硬度越高越好，因为过高的硬度会使局部金属组织疏松发脆及有细小裂纹出现，此时，在外力作用下，表面层易产生剥落现象而使磨损加剧。同样，冷作硬化也存在一个最佳硬化硬度。（二）表面质量对零件疲劳强度的消响在交变载荷作用下，零件表面的粗糙度、划痕和微观裂纹等缺陷容易引起应力集中而产生和扩展疲劳裂纹，致使零件疲劳损坏。试验表明，减小表面粗糙度可以使疲劳强度提高30%～40％。加工纹理方向对疲劳强度的影响更大，在纹理方向和相对运动方向相垂直时，疲劳强度将明显降低。表面残余应力对疲劳强度的影响很大，当表面层...