第四节 机械加工表面质量

机械制造工程学课件

第四节 机械加工表面质量机器零件的破坏， 机器零件的破坏，一般都是从表面层开始 的，这说明零件的表面质量至关重要，它对产 这说明零件的表面质量至关重要， 品质量有很大影响。 品质量有很大影响。 研究表面质量的目的， 研究表面质量的目的，就是要掌握机械加 工中各种工艺因素对表面质量影响的规律， 工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以 便应用这些规律控制加工过程， 便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高 表面质量、提高产品使用性能的目的。 表面质量、提高产品使用性能的目的。

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一、加工表面质量的概念 加工表面质量包含以下两个方面的内容： 加工表面质量包含以下两个方面的内容： 1.表面粗糙度与波度 如图 . 根据加工表面轮廓的特征(波距L与波高 根据加工表面轮廓的特征(波距 与波高 H的比值),可将表面轮廓分为以下三种： 的比值),可将表面轮廓分为以下三种： 的比值),可将表面轮廓分为以下三种 L/H>1000:称为宏观几何形状误差 L/H>1000:称为宏观几何形状误差， 宏观几何形状误差， 例如圆度误差、圆柱度误差等， 例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工 精度范畴； 精度范畴； L/H=50~1000,称为波纹度，它是由 波纹度， / = ~ ,称为波纹度 机械加工振动引起的； 机械加工振动引起的；

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L/H<50,称为微观几何形状误差， / < ,称为微观几何形状误差 微观几何形状误差， 亦称表面粗糙度。 亦称表面粗糙度。 2.表面层材料的物理力学性能和化学 . 性能 表面层材料的物理力学性能， 表面层材料的物理力学性能，包括表面 层的冷作硬化、 层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变 化。

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(1)表面层的冷作硬化 ) 冷作硬化： 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， 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， 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， 面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作 硬化。 硬化。 (2)表面层残余应力 ) 表面层残余应力： 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。 料中产生的内应力，称为表面层残余应力。

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在铸、 在铸、锻、焊、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， 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； 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， 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， 会引起工件变形，但它对机器零件表面质量 有重要影响。 有重要影响。

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(3) 表面层金相组织变化 )

机械加工

过程中，在工件的加工区域， 过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升 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。例 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、 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， 火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的 使用件能。 使用件能。

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二、机械加工表面质量对机器使用性能的影 响 1.表面质量对耐磨性的影响 . 零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、 零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热 处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副 处理情况和润滑条件有关， 表面质量有关。 表面质量有关。

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(1)表面粗糙度对耐磨性的影响 )

表面

粗糙度值大，接触表面的实际压强增大， 粗糙度值大，接触表面的实际压强增大，粗 糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂， 糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂，使磨损加 剧，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面 表面粗糙度值越大越不耐磨； 粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不 粗糙度值也不能太小，表面太光滑， 住润滑油使接触面间容易发生分子粘接， 住润滑油使接触面间容易发生分子粘接，也 会导致磨损加剧。 会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机 器零件的工况有关，载荷加大时， 器零件的工况有关，载荷加大时，磨损曲线 向上向右位移，最佳粗糙度值也随之右移。 向上向右位移，最佳粗糙度值也随之右移。

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(2)表面冷作硬化对耐磨性的影响 )

机

械加工后的表面， 械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金 属的显微硬度提高，可降低磨损。 属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面 的冷作硬化，一般能提高耐磨性； 的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是过度 的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“ 的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏 松”,严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。 严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。

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(3)表面纹理对耐磨性的影响 在轻载 ) 运动副中， 运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均 与运动方向相同时，耐磨性好； 与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方 向均与运动方向垂直时，耐磨性差， 向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为 两个摩擦面在

相互运动中， 两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的 加工痕迹。但在重载时， 加工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面 的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生 咬合，磨损量反而大； 咬合，磨损量反而大；两相对运动零件表面的 刀纹方向相互垂直， 刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面 的刀绞方向，磨损量较小。 的刀绞方向，磨损量较小。

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2.表面质量对零件疲劳强度的影响 . 表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。 表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。 在交变载荷作用下， 在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位 容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲 容易产生应力集中，出现疲劳裂纹， 劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、 劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、 圆角等处的表面粗糙度， 圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响 更大。 更大。

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减小零件的表面粗糙度， 减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的 疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化， 疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化，可 以阻碍表面疲劳裂纹的产生， 以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的 扩展，有利于提高疲劳强度；但冷作硬化强度 扩展，有利于提高疲劳强度； 过高时， 过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低 疲劳强度。 疲劳强度。加工表面层如有一层残余压应力产 生，可以提高疲劳强度。 可以提高疲劳强度。

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3.表面质量对抗腐蚀性能的影响 . 大气中所含的气体和液体与零件接触时 会凝聚在零件表面上使表面腐蚀。 会凝聚在零件表面上使表面腐蚀。零件表面 粗糙度越大，加工表面与气体、 粗糙度越大，加工表面与气体、液体接触面 积越大，腐蚀作用就越强烈。加工表面的冷 积越大，腐蚀作用就越强烈。 作硬化和残余应力， 作硬化和残余应力，使表 …… 此处隐藏：2977字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……