兰州交通大学机电工程学院机械制造技术课件 第五章（5）.ppt

第四节 机械加工表面质量 （2）切削热的影响 切削加工中，切削区会有大量的切削热产生，工件表面的温度 往往很高。 （3）金相组织的变化 切削时的高温会使表面层的金相组织发生变化。 * * 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，它对产品质量有很大影响。 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，以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。 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： 1．表面粗糙度与波度 根据加工表面轮廓的特征（波距L与波高H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，例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴； L／H＝50～1000，称为波纹度，它是由机械加工振动引起的； 如图 L／H＜50，称为微观几何形状误差，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，包括表面层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变化。 （1）表面层的冷作硬化 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，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作硬化。 （2）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。 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，它的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，它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。 （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，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，将严重影响零件的使用件能。 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、热处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副表面质量有关。 （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 粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不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。表面粗糙度的最佳值与机器零件的工况有关，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。 （2）表面冷作硬化对耐磨性的影响 机械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面的冷作硬化，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“疏松”，严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。 （3）表面纹理对耐磨性的影响 在轻载运动副中，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；两者的刀纹方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，切去了妨碍运动的加工痕迹。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；两相对运动零件表面的刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面的刀绞方向，磨损量较小。 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。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，对疲劳强度的影响更大。 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，可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；但冷作硬化强度过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低疲劳强度。加工表面层如有一层残余压应力产生，可以提高疲劳强度。 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。零件表面粗糙度越大，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