机械制造基础第八章

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1、保证机器的使用性能和延长使用寿命，需提高机器零件的耐磨性、疲劳强度、抗蚀性、密封性、接触刚度等性能，主要取决于零件的表面质量。机械加工表面质量是机械零件加工质量的一个重要指标。是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的。主要讨论机械加工表面质量的含义、表面质量对使用性能的影响、表面质量产生的机理等。对生产现场中发生的表面质量问题从理论上作出解释，提出提高机械加工表面质量的途径。本章提要8.1.1表面质量的含义表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。有两部分：⑴表面层的几何形状表面粗糙度：是指表面微观几何形状误差，其波高与波长的比值

2、在L1/H1＜40的范围内。表面波度：是介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H3＞1000）和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差，其波高与波长的比值在40≤L2/H2≤1000的范围。机械加工后的表面质量图8.1表面几何形状机械加工后的表面质量⑵表面层的物理机械性能表面层冷作硬化（简称冷硬）：零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。表面层金相组织的变化：由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。表面层残余应力：由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产

3、生残余应力。机械加工后的表面质量8.1.2表面质量对零件使用性能的影响对零件耐磨性的影响在摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件已经确定的情况下，零件的表面质量对耐磨性能起决定性的作用。两个表面粗糙度值很大的零件接触，最初接触的只是一些凸峰顶部，实际接触面积比名义接触面积小得多，这样单位接触面积上的压力就很大，当压力超过材料的屈服极限时，凸峰部分产生塑性变形；当两个零件作相对运动时，就会产生剪切、凸峰断裂或塑性滑移，初期磨损速度很快。机械加工后的表面质量图8.2表面粗糙度与初期磨损量关系曲线存在最佳点，对应零件最耐磨的粗糙度，此时零件的初期磨

4、损量最小。若载荷加重或润滑条件恶化，磨损曲线将向上向右移动，最佳粗糙度值也随之右移。在表面粗糙度大于最佳值时，减小表面粗糙度值可减少初期磨损量。但当表面粗糙度小于最佳值时，零件实际接触面积就增大，接触面积之间的润滑油被挤出，金属表面直接接触，因金属分子间的亲和力而发生粘结（称为冷焊），随着相对运动的进行，粘结处在剪切力的作用下发生撕裂破坏。有时还由于摩擦产生的高温，使摩擦面局部熔化（称为热焊）等原因，使接触表面遭到破坏，初期磨损量反而急剧增加。一对摩擦副在一定的工作条件下通常有一最佳粗糙度值，在确定机器零件的技术条件时应该根据零件工作的情

5、况及有关经验，规定合理的粗糙度。机械加工后的表面质量表面层的冷硬可显著地减少零件的磨损。原因：冷硬提高了表面接触点处的屈服强度，减少了进一步塑性变形的可能性，并减少了摩擦表面金属的冷焊现象。但如果表面硬化过度，零件心部和表面层硬度差过大，会发生表面层剥落现象，使磨损加剧。表面层产生金相组织变化时，由于改变了基体材料原来的硬度，因而也直接影响其耐磨性。机械加工后的表面质量对零件疲劳强度的影响在周期性的交变载荷作用下，零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，应力集中越严重，越容易形成和扩展

6、疲劳裂纹而造成零件的疲劳损坏。加工纹路方向对疲劳强度的影响更大，如果刀痕与受力方向垂直，则疲劳强度将显著降低。机械加工后的表面质量对零件疲劳强度的影响零件表面的冷硬层能够阻碍裂纹的扩大和新裂纹的出现，因为由摩擦学可知疲劳源的位置在冷硬层的中部，因此冷硬可以提高零件的疲劳强度。但冷硬层过深或过硬则容易产生裂纹，反而会降低疲劳强度。所以冷硬要适当。表面层的内应力对疲劳强度的影响很大。表面层残余的压应力能够部分地抵消工作载荷施加的拉压力，延缓疲劳裂纹扩展。而残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹而降低疲劳强度。带有不同残余应力表面层的零件，其疲劳寿

7、命可相差数倍至数十倍。机械加工后的表面质量对零件抗腐蚀性能的影响零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面凹处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，故抗腐蚀性能越差。表面冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，若有裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因此表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。机械加工后的表面质量对零件的其它影响表面质量对零件的配合质量、密封性能及摩擦系数都有很大的影响。表面粗糙度值越大，初期磨损量越大，对动配合来说，使用不久就会使配合性质发生变化；对静配合来

8、说，压装时会减少过盈量，降低配合强度。机械加工后的表面质量8.2切削加工后的表面粗糙度切削加工时表面粗糙度的形成，大致可归纳为三方面的原因：几何因素物理因素工艺系统的振动机械加工后的表面粗糙度