ch4-1 表面质量概述.ppt

第四章 机械加工表面质量 第一节 加工表面质量及其对使用性能的影响 一、加工表面质量的概念 （一）加工表面的几何形貌 （二）表面层金属的力学物理性能和化学性能 二、加工表面质量对机器零件使用性能的影响 （一）表面质量对耐磨性的影响 （二）表面质量对耐疲劳性的影响 （三）表面质量对耐蚀性的影响 （四）表面质量对零件配合质量的影响 一、加工表面质量的概念 加工表面的几何形貌； 表面层材料的力学物理性能和化学性能。 1、加工表面的几何形貌 加工表面的几何形状形貌，包括如下四个部分： 1）表面粗糙度 2）波纹度 3）纹理方向 4）表面缺陷 1）表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差。其波长与波高比值一般小于50。 2）波纹度 加工表面不平度中波长与波高的比值等于50～1000的几何形状误差称为波度，它是由机械加工中的振动引起的。当波长与波高比值大于1000时，称为宏观几何形状误差。例如：圆度误差。圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴，不在本章讨论之列。 3）纹理方向 纹理方向是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的机械加工方法。 图3-2 纹理方向及其符号标注 4）表面缺陷 伤痕是在加工表面上一些个别位置上出现的缺陷。一例如砂眼、气孔、裂痕等。 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，主要反映在以下几个方面： 1）表面层金属的冷作硬化 表面层金属硬度的变化用硬化程度和深度两个指标来衡量 在机械加工过程中，工件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化。使表面层金属的显微硬度有所提高。一般情况下，硬化层的深度可达0.05～0.30mm；若采用滚压加工，硬化层的深度可达几个毫米。 2）表面层金属的金相组织变化 机械加工过程中，由于切削热的作用会引起表面层金属的金相组织发生变化。在磨削淬火钢时，由于磨削热的影响会引起淬火钢的马氏体的分解，或出现回火组织等等。 3）表面层金属的残余应力 由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织的变化，使表层金属产生残余应力。 二、对零件使用性能的影响 （一）表面质量对耐磨性的影响 （二）表面质量对耐疲劳性的影响 （三）表面质量对耐蚀性的影响 （四）表面质量对零件配合质量的影响 1.表面质量对耐磨性的影响 1．表面粗糙度对耐磨性的影响 零件表面存在微观不平度，两零件相互接触，实际上有效接触面积只是名义接触面积的一小部分。表面越粗糙，有效接触面积就越小 在两个零件做相对运动时，开始阶段由于接触面小，压强大，在接触点的凸峰处会产生弹性变形、塑性变形及剪切等现象，这样凸峰很快就会被磨掉 被磨掉的金属微粒落在相配合的摩擦表面之间，会加速磨损过程.即使在有润滑液存在的情况下，也会因为接触点处压强过大，破坏油膜，形成干摩擦。 零件表面在初期磨损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，压强也逐渐减小，磨损将以较慢的速度进行，进人正常磨损阶段 之后，由于有效接触面积越来越大，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 表面粗糙度值越小，其耐磨性越好 表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接且润滑液不易储存、磨损反而增加 存在一个最优表面粗糙度值 图3-4 表面粗糙度与起始磨损量的关系 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 圆弧状，坑状表面纹理的耐磨性好 尖峰状的表面纹理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方向垂直时，耐磨性最差 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，故可减少磨损 图3-5所示为T7A钢的磨损量随冷作硬化程度的变化而变化的情况，当冷作硬化硬度达380HBS左右时，耐磨性最佳；如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的疏松，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。 （二）表面质量对耐疲劳性的影响 1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响 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