机械制造工艺学 机械加工表面质量及其控制

《机械制造工艺学 机械加工表面质量及其控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、机械加工表面质量及其控制任何机械加工所得到的零件表面实际上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，这说明零件的机械加工表面质量是至关重要的，它对产品的质量有很大影响。研究加工表面质量的目的就是要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，以便控制加工过程，最终达到提高加工表面质量，提高产品使用性能的目的。§4－1　加工表面质量及其对使用性能的影响一．加工表面质量的含义任何经过机械加工所得到的表面，虽然看起来很光亮，但实际上都存在着不同程度的凹凸不平和内部组织缺陷层，这个缺陷层虽然很薄，但它对零件使用性能的影响

2、却很大。表面质量是指零件表面的几何形貌和表面层材料的物理、力学性能。1．加工表面的几何特征加工表面的几何形貌是由加工过程中刀具与被加工工件的摩擦、切削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结构，图4-1是在车床上用金刚石刀具车削无氧铜光学镜面所测得的工件表面三维形貌和其中的一个表面轮廓曲线。a）b）a）表面三维形貌b）表面轮廓曲线图图4-1无氧铜镜面三维形貌和表面轮廓曲线图加工表面的几何形貌（表面结构）包括表面粗糙度、表面波度、纹理方向和表面缺陷等四个方面的内容，加工后的表面几何形状总是以“峰”、“谷”交替形式出现

3、，如图4-2所示。图4-2加工表面的几何形状特征1）表面粗糙度　表面粗糙度是指加工表面的微观几何形状误差，其波长L与波高H之比L/H＜50属于微观几何形状偏差。国家标准规定：表面粗糙度用在一定长度内（称为基本长度），轮廓的算术平均偏差值Ra或轮廓最大高度作为评定指标。2）表面波度　它是介于宏观几何形状与微观几何形状误差（即粗糙度）之间的周期性几何形状误差，加工表面上波长与波高的比值L/D＝50～1000的几何轮廓称为表面波度，它通常是由于加工过程中工艺系统的低频振动造成的。3）纹理方向　它是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的加工方法

4、，图4-3给出了各种纹理方向及其符号标注。4）表面缺陷　加工表面上出现的缺陷，例如沙眼、气孔、裂痕等。a）b）c）d）e）f）a）纹理平行于标注代号的视图平面b）纹理垂直于标注代号的视图平面c）纹理呈交叉形d）纹理呈近似同心圆e）纹理呈迂迴形f）纹理呈近似放射形图4-3加工纹理方向及其符号标注2．加工表面层材料的物理力学性能图4-4加工表面层沿深度的变化表面层的材料在加工时会产生物理、力学和化学性质的变化。图4-4表示加工表面层沿深度的变化。在最外层生成氧化膜或其他化合物，并吸收、渗进了气体粒子，故称为吸附层。在加工过程中由于切削力造成的表面塑性

5、变形区称为压缩区，厚度约在几十至几百微米之内，随加工方法的不同而变化。其上部为纤维层，它是由被加工材料与刀具间的摩擦力造成的。另外，切削热也会使表面层产生各种变化，如同淬火、回火一样使材料产生相变以及晶粒大小的变化等。所以表面层的物理力学性能不同于基体，它包括如下三个方面：（1）表面层的冷作硬化；（2）表面层的金相组织变化；（3）表面层残余应力的生成。二．加工表面质量对产品使用性能的影响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：由于零件表面存在微观不平度，当两个零件表面相互接触时，实际上有效接触面积只是名义接触面积的一小部分，而且

6、表面波纹度越大、表面粗糙度越大，有效接触面积就越小。在两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面较小，压强比较大，在接触点的凸峰处就会产生弹性变形、塑性变形及剪切等现象，这样凸峰很快就会被磨掉。被磨掉的金属微粒掉落在相配合的摩擦表面之间，会加速磨损的过程。即使是有润滑液存在的情况下，也会因为接触点处压强过大，破坏掉油膜，从而形成干摩擦。图4-5所示为零件表面磨损量随时间的变化曲线，由图可知，零件表面在起始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，压强便随之减小，磨损将以较慢的速度进行，进入正常磨损阶段；此后，由于

7、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，此时零件将不能再使用。表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般地，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因相互配合接触面容易发生分子粘结，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，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加工情况有关，图4-6即为不同工况下零件表面粗糙度数值与起始磨损量的关系曲线。载荷增大时，起始磨损量也随之增大，最优表面粗糙度值也随之增大，一般而言，最优表面粗糙度数值Ra约

8、为0.32~1.0μm。图4-5零件表面的磨损曲线图4-6表面粗糙度与起始磨损量的关系曲线（2）表面纹理对耐磨性的影响由于纹理形状及刀纹