机械加工表面质量及控制方案分析.ppt

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1、第三章机械加工表面质量及其控制任何机械加工方法获得的加工表面，都不是绝对理想的表面。既存在宏观几何形状误差，又存在微观表面粗糙度、波度，以及表面划痕和裂纹等缺陷。一些重要零件常在高温、高速、高应力条件下工作，表面存在任何缺陷都可能引起应力集中、应力腐蚀而导致零件损坏。实践证明机械零件破坏一般总是从表面层开始的，说明零件的表面质量至关重要。研究表面质量的目的，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第一节加工表面质量及其对

2、使用性能的影响已加工表面质量表面粗糙度表面波度表面物理力学性能的变化表面微观几何形状特征表面层冷作硬化表面层残余应力表面层金相组织的变化图5-2a）波度b）表面粗糙度零件加工表面的粗糙度与波度RZλHλRZ（一）加工表面的几何形貌表面粗糙度：加工表面的微观几何误差，波长与波高比值小于50。表面波度：加工表面不平度波长与波高比值在50～1000的几何形状误差。>1000为宏观几何形状误差，属加工精度研究的范围纹理方向：表面刀纹的方向，取决于加工方法伤痕：加工表面出现的缺陷，如划痕、气孔、砂眼等（二）表面层材料的力学物理性能与化学

3、性能由于力和热的作用，表面层的力学物理性能和化学性能将发生变化。1）表面层金属的冷作硬化；表层金属因塑性变形而引起强度硬度提高，用硬化程度和硬化深度衡量。一般机械加工方法，硬化深度为0.05-0.3mm用滚压加工可达几毫米。2）表面层金相组织的变化。加工过程中，表面层因切削或磨削热引起温度升高而产生的金相组织的变化；如磨削淬火钢,引起马氏体分解,成回火组织.3）表面层金属的残余应力。表面层在切削力和切削热的作用下而产生不均匀的体积变化而产生残余应力。二、表面质量对产品使用性能的影响（一）表面质量对耐磨性的影响零件精度保持性取决

4、于耐磨性，耐磨性越高则工作精度保持性越好。耐磨性除与摩擦副的材料和润滑条件有关外，还与零件表面质量有关。1、粗糙度、波纹度对耐磨性的影响表面越粗糙，有效接触面积越小，初期磨损越大。一般说来随着粗糙度的减小，耐磨性提高，但也不是越小越好。当表面粗糙度小到一定程度后，零件间的分子亲和力加强，接触面容易发生分子粘接，润滑液难以储存，磨损加快。2、表面纹理对耐磨性的影响表面纹理的形状和方向影响有效接触面积和润滑油的存留。一般说来，圆弧状，坑状表面纹理的耐磨性好，尖峰状的表面纹理由于接触面压强大,耐磨性差。纹理方向与运动方向相同，耐磨性

5、好；纹理方向与运动方向垂直,则耐磨性差。3、表面冷作硬化对耐磨性的影响表面层冷作硬化减少了摩擦副接触部位的弹性变形和塑性变形，因而减少了磨损，提高耐磨性，但并不是硬化程度越高耐磨性越好，在硬化过度时，引起组织疏松磨损会加剧，甚至产生剥落，所以硬化层要控制在一定的范围。4、表面层金相组织变化影响加工过程中，由于切削温度过高，表层金相组织会发生某些变化，如磨淬火零件时，表层的马氏本组织要分解或出现回火组织或出现二次淬火组织，直接影响耐磨性。1）粗糙度:在交变载荷的作用下，零件表面的粗糙度、划痕、裂纹等缺陷部位容易引起应力集中，产生

6、疲劳裂纹。对受交变载荷的零件，减小表面粗糙度值可使疲劳强度提高30—40%，表面越粗糙，搞疲劳性越差。2）残余应力:残余压应力,能部分抵削工作载荷所施加的拉应力，延缓裂纹的扩展，因而提高零件的疲劳强度。但残余拉应力容易使表面产生裂纹，因而降低疲劳强度。3）冷作硬化:冷作硬化提高零件的疲劳强度。因为硬化层阻碍已有裂纹的扩大和新疲劳裂纹的产生。（二）表面质量对耐疲劳性的影响（三）表面质量对抗腐蚀性能的影响1、表面粗糙度的影响零件在空气中或腐蚀介质中常发生化学腐蚀和电化学腐蚀，表面越粗糙则加工表面与空气和腐蚀性介质的接触面积越大，因

7、而抗腐蚀性能越差。2、金属力学与物理性质的影响加工表面的冷作硬化和残余应力都将金属表面处于高能位的不稳定状态，容易与空气中的物质发生化学反应而被腐蚀。（四）表面质量对配合质量的影响无论是间隙配合、过盈配合还是过渡配合，如果表面粗糙度太大，则必然影响实际配合的性质。对间隙配合，如果表面粗糙度太大，则初期磨损量就越大，工作时间一长配合间隙就越大，以致改变原有的配合性质，影响间隙配合的稳定性。初期磨损Δ0与粗糙度的关系Δ0=KRaK为比例系数这就是新机器为什么需要经过跑合阶段才能进入正常工作状态的原因。对于过盈配合，由于表面粗糙度的

8、影响，会使实际过盈量小于计算过盈量，装配时凸峰被剂掉，使实验过盈量减小。第二节影响表面粗糙度的因素及其改进措施在切削和磨削过程中，表面粗糙度的形成由几何因素、物理因素(表层金属的塑性变形)和工艺系统的振动决定。一、切削加工表面粗糙度（一）几何因素切削加工表面粗糙度取决于切削残