1、7.4 机械加工表面质量 01表面质量的主要内容02表面质量对使用性能的影响03影响表面质量的因素 经机械加工后的零件表面，并不是理想的光滑表面，它不仅存在宏观的几何形状误差，也存在着微观的几何形状误差和波度误差，如图 7-9所示。零件的表层材料在加工时会产生物理性质和化学性质的变化，如氧化膜的形成，液体、气体的渗人而产生化合物等，造成表面材料的变质。图7-9 表面粗糙度和波度7.4.1 表面质量的主要内容 1.表面层的几何形状特征 表面层的几何形状特征即是加工后的实际表面的几何形状和理想表面的几何形状的偏离量，主要由下面两部分组成。1）表面粗糙度 即表面的微观几何形状误差，评定参数主要有轮廓
2、算术平均偏差Ra、轮廓微观不平度十点高度Rz或轮廓最大高度Ry。实际应用时可根据测量条件和参数的优先使用条件确定使用Ra或Rz。2）波度 介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。零件图上一般不注明波度的等级要求，但它还是属于表面质量的范畴。2.表面层的物理力学性能 表面层的物理力学性能主要是以下三个方面的内容:1）表面层的加工硬化。2）表面层材料金相组织的变化。3）表面层的残余应力。7.4.2 表面质量对零件使用性能的影响 1.对零件耐磨性的影响 在没有润滑的情况下，两个互相摩擦的表面，最初只是在表面凸峰部分接触，它传递的压力实际上只是分布在这些微小的面积上，如图7-10所示
3、。在正压力F的作用下，在凸峰部产生很大的挤压应力，使表面粗糙部分产生弹性和塑性变形。当相互运动时，还有一部分被剪切掉。当有润滑时，情况要复杂一些，但在最初阶段仍可发现凸峰处被划破油膜而产生上述类似的现象。实践表明，磨损过程在不同条件下，基本规律都一样。图7-10 零件表面的接触情况 1.对零件耐磨性的影响 冷作硬化一般都能使耐磨性有所提高，但并不是冷作硬化的程度愈高，耐磨性也愈好，如图7-11所示，当冷作硬化提高到380 HB左右时(工具钢T7A)，耐磨性达到最佳值，如再进一步加强冷作硬化程度，耐磨性反而降低，其原因是过度的硬化即过度的冷态塑性变形将引起金属组织的过度“疏松”严重时则出现疲劳裂
4、纹，都会使耐磨性降低。图7-11不同冷硬程度和耐磨性的关系 2.对零件疲劳强度的影响 在周期性交替变化的负荷作用下，当零件工作表面粗糙度较大时，就会产生应力集中，在凹底部的应力比作用于表面层的平均应力大0.51.5倍。这样，促使了疲劳裂纹的形成。所以承受交变负荷的零件表面常常需采用较低的表面粗糙度。表面冷作硬化能提高零件的疲劳强度，因为强化过的表面层会阻止已有的疲劳裂纹扩展和产生新裂纹。同时，硬化会显著地减少表面外部缺陷和表面质量的有害影响。残余应力的大小和正负都对疲劳强度有影响。当表面层具有残余压缩应力时，由于它能使表面显微裂纹合拢，从而提高零件的疲劳强度。拉应力使表面显微裂纹加剧，将降低疲
5、劳强度。可以采用在零件表面不会生成冷硬层的方法造成压应力，以便提高零件的疲劳强度。例如，表面淬火、渗碳、渗氮等。渗氮对表面带有缺陷和切痕的零件尤为有效。3.对零件耐蚀性的影响 零件在潮湿的空气中或在有腐蚀性的介质中工作时，常会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。化学腐蚀是由于大气中的气体及水汽或腐蚀介质容易在粗糙表面的谷底处积聚而发生化学反应,逐步在谷底形成裂纹，在拉应力作用下扩展以致破坏。凡零件表面存在有残余拉应力，都将降低零件的耐蚀性。电化学腐蚀是由于两个不同金属材料的零件表面相接触时，在表面顶峰间产生电化学作用而被腐蚀掉。所以降低表面粗糙度数值，可以提高零件的抗腐蚀性。4.对零件配合质量的稳定性及
6、可靠性的影响 动配合零件的表面如果表面粗糙度太大，初期磨损量就大，工作一段时间后 配合间腺就会增大，以致改变了原来的配合性质，影响动配合的稳定性。对于静配合表面，轴在压入孔内时表面的部分凸峰被挤平，而使实际过盈量变小，影响静配合的可靠性。所以对于有配合要求的表面都要求较低的表面粗糙度。另外，零件表面层的残余应力如过大，而零件本身刚性又差，这样就会使零件在使用过程中继续变形，失去原有的精度,降低机器的工作质量。7.4.3 影响表面质量的因素 1.刀具几何形状及切削用量 切削过程中刀具在工件表面上留下的残留面积的大小是评定表面粗糙度的标志，而影响残留面积大小的主要是刀尖半径、主偏角、副偏角和进给量
7、。刀刃圆角和后刀面对工件的挤压和摩擦会使工件已加工表面发生塑性变形，使残留面积的沟纹变浅，降低零件的表面粗糙度。在一定的切削速度范围内容易产生积屑瘤或鳞刺，因此合理选择切削速度也是提高表面质量的重要条件。切削液的冷却和润滑作用会减少切削热和摩擦,并能抑制积屑瘤和鳞刺的产生，有利于降低表面粗糙度数值。砂轮的粒度较细并经过仔细的修整，将使工件上的切削痕迹细而蜜，使粗糙度数值变小。2.工件材料 当加工脆性材料(如铸铁)时，切属呈碎粒状，在加工表面上留下很多凹坑，恶化了表面质量。一般来说，加工塑性好的材料不易得到光洁的表面，因为切屑与工件分离时产生撕裂及挤压现象，使已加工表面变得粗糙。另外，塑性材料在切削过程中容易产生积屑瘤及鳞刺，使加工表面变得粗糙。在磨削时，硬度太高或太低的材料都不容易磨光，前者使砂轮的磨粒很快变钝,后者又容易使砂轮嵌塞，使表面质量变差。为了改善工件材料的切削性能，必要时可安排事先正火或调质等热处理。3.切削时的振动 切削过程中工艺系统的振动是使工件产生波度的主要原因。在车削、镗削和铣削中振动往往成为加工中必须克服的障碍，它不仅降低了零件的加工精度和表面质量，还将缩短机床及刀具的使用寿命。为了避免振动,不得不采用较低的切削用量，从而又降低了生产率。课后练习 5.机械加工表面质量的主要内容有哪些？影响表面质量的因素是什么？6.表面质量对零件使用性能有何影响？
