第5章　机械加工表面质量.ppt

表面质量的主要内容： 表面层的几何形状特征 表面粗糙度：即表面微观几何形状误差 表面几何形状：即表面宏观不平度 波度：介于宏观几何误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差 表面层的物理力学性能的变化 物理力学性能： 表面层塑性变形引起的冷作硬化层深度；表面层硬度的变化；表面层内的残余应力；刀瘤引起的撕裂、折皱等；微观及宏观裂纹；性能（如极限强度等）的变化；重熔金属的沉积层 金相组织： 相变；再结晶；过时效。 化学性质： 晶间腐蚀和选择性浸蚀；表面脆化（氢脆） 表面冷作硬化对耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。 如果表面层的金相组织发生变化，其表层硬度相应地也随之发生变化，影响耐磨性。 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面或表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响较大。 (1)表面粗糙度对疲劳强度的影响 (2)残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响 3.表面质量对耐蚀性的影响 零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀性就愈差。 表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐蚀性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。 4.表面质量对配合质量的影响 表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，表面粗糙度值大会使磨损 加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平， 实际过盈量减小，降低了配合件间的联接强度。 1．表面层的加工硬化 表面冷作硬化现象 切削（含磨削）过程中，刀具前面迫使金属受到挤压而产生塑性变形，使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并使晶粒拉长、破碎和纤维化，引起材料强化、硬度提高，这就是冷作硬化现象 表面层硬化后的金属性质的具体特点为： 晶体形状改变（拉长、破碎） 晶体方向改变（塑性变形后形成一定方向，纤维化） 变形抵抗力增加（产生冷作硬化） 导电性、导磁性、导热性亦有变化 表面层产生残余应力 决定表面层硬化程度的因素 产生塑性变形的力 塑性变形的速度 塑性变形时的温度 影响加工冷作硬化的因素 切削用量（主要是切削速度、进给量。切削速度的影响：低速时，塑性变形大，冷硬大；速度增加，冷硬减少；但速度超过100m/min时，冷硬又增加。进给量增大，塑性变形增大，冷硬增加；进给量太小，刀具挤压作用增大，冷硬增加。） 刀具（刀具的刃口圆角大和后刀面的磨损严重以及前刀面的粗糙度高，都将使得刀具对工件表面层金属的挤压和摩擦作用增加，因而冷硬程度和深度都增加。） 工件材料的影响（工件材料硬度越低，切削时塑性变形越大，冷硬现象越严重。） 2.表面层材料金相组织变化 (1)磨削烧伤 当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度、硬度降低，并伴随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，这种现象称为磨削烧伤。 1)回火烧伤 2)淬火烧伤 3)退火烧伤 (2)改善磨削烧伤的途径 磨削热是造成磨削烧伤的根源，故改善磨削烧伤有两个途径：一是尽可能地减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽量使产生的热量少传入工件。 1)正确选择砂轮 2)合理选择磨削用量 3)改善冷却条件 3.表面层残余应力 1)切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生，使表层金属的比体积加大，由于塑性变形只在表层金属中产生，而表层金属比体积增大，体积膨胀，不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止，因此就在表面金属层产生了残余压应力，而在里层金属中产生残余拉应力。 2)切削加工中，切削区会有大量的切削热产生 3)不同的金相组织具有不同的密度(ρ马氏体=7.75t/m3，ρ奥氏体=7.96t/m3，ρ铁素体=7.88t/m3，ρ珠光体=7.78t/m3)，亦即具有不同的比体积。 (2)零件主要工作表面最终工序加工方法的选择 选择零件主要工作表面最终工序加工方法，须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。 在交变载荷作用下，机器零件表面上的局部微观裂纹，会因拉应力的作用使原生裂纹扩大，最后导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑，该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。 提高加工表面质量的加工方