机械制造技术基础 第8章(修改)课件.ppt

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1、第八章机械加工表面质量（约4学时）本章提要本章旨在研究零件表面层在加工中的变化和发生变化的机理，掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律，运用这些规律来控制加工中的各种影响因素，以满足表面质量的要求。本章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，如受力变形、磨削烧伤、裂纹和振纹等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。§8.1机械加工后的表面质量一、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。它包括表

2、面几何特征和物理力学性能两方面：⑴表面层的几何形状（见图8.1）表面粗糙度——是指表面微观几何形状误差，其波长与波高的比值在L1／H1＜40的范围内。表面波度——是介于加工精度(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，其波长与波高的比值在40≤L2／H2≤1000的范围。如图8.1所示。表面波度是指由于工艺系统中具有振动现象或进给不均匀等原因所引起的周期性几何形状误差。⑵表面层金属的物理力学性能由于机械加工中切削力和切削热的综合作用，加工表面层金属的物理力学性能

3、将发生一定的变化，主要反映在以下几方面：表面层金属的冷作硬化(简称冷硬)——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。一般情况下，硬化层深度可达0.05~0.30mm，采用滚压加工可达几个毫米。表面层金属的金相组织变化——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。表面层金属的残余应力——由于加工过程中切削变形和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或金相组织变化，产生残余应力。二、表面质量对零件使用性能的影响1.对零件耐磨性的影

4、响机械零件的使用寿命往往由其耐磨性来决定，当相互摩擦的零件逐渐磨损时，机器的精度及性能也将逐步丧失，耐磨性主要与摩擦副的材料及润滑条件有关，但在这些条件已经确定的情况下，零件表面质量对耐磨性的影响就突出了。⑴实际接触面积大小的影响如图8.2所示是实验所得的不同表面粗糙度对初期磨损量的影响曲线。图8.3(a)和(b)表示两个不同零件的表面有相同的粗糙度值，但轮廓形状不同，其耐磨性相差可达3~4倍。试验表明，耐磨性取决于轮廓峰顶形状和凹谷形状。前者决定干摩擦时的实际接触面积，后者决定润滑摩擦时的容油情况。(

5、2)粗糙度的轮廓形状及纹路方向图8.4所示两摩擦表面粗糙度纹路方向对零件耐磨性的影响。磨损量（3）表面加工冷作硬化对磨损的影响结论：表面层的冷硬层提高了表面接触点处的屈服强度，可显著地减少零件的磨损。原因：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。2.对零件疲劳强度的影响(1)在交变载荷作用下，零件表面的粗糙度、划痕和微观裂

6、纹等缺陷容易产生应力集中现象。产生疲劳裂纹，致使零件疲劳损坏。(2)加工纹路的方向对疲劳强度的影响较大，在纹路方向(刀痕方向)和相对运动方向(受力方向)垂直时，疲劳强度明显降低。齿轮轴断轴照片齿轮轴断轴照片(3)表面残余应力的状态对疲劳强度的影响很大。压应力状态：有利；拉应力状态：不利。(4)表面冷作硬化有助于提高零件的疲劳强度，但不能过度硬化。3.对零件抗腐蚀性能的影响(1)零件表面粗糙度值越大，抗腐蚀性能越差。(2)表面冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件表面存在拉应力时，可提高耐腐蚀能力；反之，

7、降低零件的抗腐蚀性能。4.对零件的其它影响表面质量对零件的配合质量、密封性能及磨擦系数都有很大的影响。表面粗糙度值越大，对动配合来说，使用不久就会使配合性质发生变化；对静配合来说，压装时会减少过盈量。表面层有裂纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下，可能引起应力集中等。小结零件表面层状态对其使用性能有较大影响原因：承受载荷应力最大的表面层是金属的边界，机械加工后破坏了晶粒的完整性，从而降低了表面的某些机械性能。表面层有裂纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下，可能引起应力集中而导致破坏。零件表面经过

8、加工后，表面层的物理、机械、冶金和化学性能都变得和基体材料不同了(产生了变质层)。§8.2机械加工后的表面粗糙度一、切削加工后的表面粗糙度1.几何因素*2.物理因素由图8.6可知，切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有较大的差别，它与被加工材料的性能及切削机理有关物理因素的影响有关。韧性越好的材料塑性变形就越大，且容易出现积屑瘤与鳞刺，使粗糙度严重恶化。3.工艺系统中的高频振动使工件与刀具之间的相对位置发生微幅变动，从而使工件表面的粗糙度