机械加工表面质量.PPT

李万岭++姜利华++崔巧玲

[摘 要]机械零件的使用性能包括机械零件的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量等方面。任何机械加工所得到的零件表面，都不是完全理想的表面。实践表明，机械零件的破坏，一般都是从表面开始的，这说明零件表面的加工质量对产品的质量有很大的影响，只有掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量的影响规律，正确应用这些规律才能达到提高机械零件使用性能进的目的。本文就加工表面质量对机械零件使用性能的影响机理进行分析和阐述，为机械零件结构设计和加工工艺制定提供借鉴。

[关键词]加工表面质量 耐磨性 耐疲劳性 耐蚀性 零件配合质量

中图分类号：U616 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0325-01

1.加工表面质量

机械加工表面质量包括加工表面的几何貌样与表层材料的力学性能和化学性能。

1.1 加工表面的几何貌样

加工表面的几何貌样是由加工过程中刀具与被加工工件的摩擦、切屑分离时的塑性变形、以及加工系统的振动等因素的作用，在工件表面上留下的表面粗糙度、表面波纹度、纹理方向和表面缺陷等。

1.2 表面层材料的力学物理性能和化学性能

由于机械加工中力因素和热因素的综合作用，加工表面层金属的力学物理性能和化学性能将发生一定的变化，主要反映在表面层金属的冷作硬化和表面层金属的残余应力两个方面。

2.加工表面质量对机械零件使用性能的影响

2.1 表面质量对耐磨性的影响

1）由于零件表面存在微观不平度，两个零件表面相互接触时，有效接触面积只占名义接触面积的一小部分，表面波纹度、粗糙度越大，有效接触面积就越小。两个零件做相对运动时，开始阶段接触面小，压强大，接触点的凸峰处凸峰很快就会被磨掉。被抹掉的金属微粒落在相应配合的摩擦表面之间，会加速磨损过程。即使是有润滑液存在，也会因为接触点处压强过大，破坏油膜，形成干摩擦，故起始阶段的磨损速度很快，起始磨损量较大，；随着磨损的发展，有效接触面积不断增大，压强逐渐减小，磨损将以较慢的速度进行，进入正常的磨损阶段；此后，由于接触面积越来越大，零件间的金属分子亲和力增加，表面的机械咬合力作用增大，使零件表面又产生急剧磨损而进入快速磨损阶段，此时零件将不能再用（见图1）。表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。表面粗糙度的最优数值与机器零件工况有关（见图2）。

2）表面纹理对耐磨性的影响。表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性也有一定影响，其原因在于纹理形状及刀纹方向将影响有效接触面积与润滑液的存留。一般来说，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差；其余情况居于上述两种状态之间。但在重载工况下，由于压强、分子亲和力及润滑液储存等因素的变化，耐磨性规律可能会有所不同。

3）冷作硬化对耐磨性的影响。加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。其主要原因是：冷作硬化使表面层金属的纤维硬度提高，塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形，故可减少磨损；但并不是说冷作硬化程度越高，耐磨性越高。图3是T7A钢的磨损量随冷作硬化程度的变化而变化的情况，当冷作硬化达到380HBS左右时，耐磨性最佳；若进一步加强冷作硬化，耐磨性反而降低。这是因为过度的硬化将引起金属组织疏松，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，这会加速零件的磨损。

2.2 表面质量对耐疲劳性的影响

1）表面粗糙度對耐疲劳性的影响。表面粗糙度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，表面粗糙度的凹坑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，表面越粗糙，表面的裂纹越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。

表面粗糙度对耐疲劳性的影响还与材料对应力集中的敏感程度和材料的强度极限有关。钢材的强度越高，对应力集中的敏感程度就越大，而铸铁和非铁金属对应力集中的敏感性相对较弱。

2）表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响。表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。在实际加工中，加工表面在发生冷作硬化的同时，必然伴随产生残余应力。残余应力有拉应力和压应力之分，拉伸残余应力将使耐疲劳强度下降，而压缩残余应力则可使耐疲劳强度提高。

2.3 表面质量对耐蚀性的影响

1）表面粗糙度对耐蚀性的影响。表面粗糙度值越大，加工表面与大气里的气体、液体接触的面积越大，腐蚀物质越容易沉积于凹坑中，耐蚀性就能越差。

2）表面金属层金属力学物理性质对耐蚀性的影响。当零件表面层有残余应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。

2.4 表面质量对零件配合质量的影响

加工表面如果太粗糙，必然要影响配合表面的配合质量。对于间隙配合表面，起始磨损的影响最为显著，零件配合表面的起始磨损量与表面粗糙度的平均高度成正比增加，原有间隙将因急剧起始磨损而改变，表面粗糙度越大，变化量就越大，从而影响配合的稳定性。对于过盈配合表面，表面粗糙度越大，两表面相配合时表面凸峰易被挤掉，这会使过盈量减少。对于过渡配合表面，则兼有上述两种配合的影响。

结论

通过以上对机械加工表面质量包括的内容和表面质量对机械零件使用性能影响机理的分析，零件的表面粗糙度和表面纹理是影响其使用性能的主要因素，机械设计人员一定要根据零件在设备中的功用和运动原理以及工况情况合理的选材同时对零件的表面粗糙度进行合理的设计，减小因表面粗糙度值过达或过小、材质的疲劳强度不同影响加工表面的耐磨性。工艺设计人员在进行工艺设计时，也需根据零件的运动状态选择合理的加工方法，减少加工表面的纹理方向对零件耐磨性的不利影响。

参考文献

[1] 王先逵.机械制造工艺学.北京清华大学出版社，1989.

[2] 郑焕文.机械制造工艺学.沈阳东北工学院出版社，1988.

[3] 黄克孚，王先逵.机械制造工艺学.北京机械工业出版社，1989.

[4] 于骏一.邹清机械制造技术基础.北京，机械工业出版社，2004.