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机械加工表面质量1. 简介机械加工表面质量是机械制造过程中一个重要的质量指标，其直接影响着制品的外观和性能，特别是在涉及到接触表面的机械零件中。
机械加工表面质量的好坏会直接影响到摩擦、磨损、润滑和密封等方面的性能。
因此，对于机械加工表面质量的控制和评估非常重要。
2. 常见的机械加工表面缺陷机械加工表面质量的主要缺陷包括以下几种：2.1 粗糙度粗糙度是表面峰谷的高低起伏程度的度量，它直接影响到接触面的摩擦性能和润滑性能。
通常，粗糙度越小，表面质量越好。
2.2 铁锈机械加工过程中，如果没有采取适当的防护措施，金属表面容易受到空气中的氧气和水蒸气的腐蚀而产生铁锈。
铁锈不仅会损坏表面的光洁度，还会降低金属的强度和耐腐蚀性能。
2.3 划痕和切削工艺痕迹在机械加工过程中，操作不当或切削刀具磨损会导致表面出现划痕和切削工艺痕迹。
这些痕迹会影响零件的密封性能和外观质量。
2.4 焊接瑕疵在焊接过程中，不完全熔化、气孔、裂纹等问题容易导致焊接瑕疵。
焊接瑕疵不仅会降低表面质量，还会影响焊接接头的强度和密封性能。
2.5 水渍机械加工过程中，如果不对工件进行适当的清洗，可能会在表面留下水渍。
水渍不仅会降低表面的光洁度，还会影响涂层的附着力和防腐性能。
3. 表面质量评估为了评估机械加工表面质量，常见的方法包括目测评估和仪器测量两种。
3.1 目测评估目测评估是通过肉眼观察和触摸来对表面质量进行评估。
一般来说，表面光洁度、缺陷的数量和大小以及表面的平整程度可以通过目测进行初步评估，但是目测评估存在主观性较强，缺乏量化数据的问题。
3.2 仪器测量仪器测量可以通过使用专业的测量仪器来获取表面质量的精确数据。
常用的仪器包括三坐标测量仪、表面粗糙度测量仪等。
这些仪器可以对表面的粗糙度、平整度、峰谷高度等参数进行测量，并生成相应的数据报告。
4. 改善机械加工表面质量的方法为了改善机械加工表面质量，可以采取以下几种方法：4.1 选择合适的切削刀具和工艺参数在机械加工中，选择合适的切削刀具和工艺参数是提高表面质量的关键。
第三章机械加工表面质量第一节概述评价零件是否合格的质量指标除了机械加工精度外，还有机械加工表面质量。
机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态。
探讨和研究机械加工表面，掌握机械加工过程中各种工艺因素对表面质量的影响规律，对于保证和提高产品的质量具有十分重要的意义。
一机械加工表面质量的含义机械加工表面质量又称为表面完整性，其含义包括两个方面的内容：1．表面层的几何形状特征表面层的几何形状特征如图3-1所示，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，其评定参数主要有轮廓算术平均偏差R a或轮廓微观不平度十点平均高度R z；⑵表面波度它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。
⑶表面加工纹理它是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。
⑷伤痕它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。
2．表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容：⑴表面层的加工冷作硬化；⑵表面层金相组织的变化；⑶表面层的残余应力。
二表面质量对零件使用性能的影响1．表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性将起着关键性的作用。
由于零件表面存在着表面粗糙度，当两个零件的表面开始接触时，接触部分集中在其波峰的顶部，因此实际接触面积远远小于名义接触面积，并且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。
在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。
当两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面积小、压应力大，在接触处的波峰会产生较大的弹性变形、塑性变形及剪切变形，波峰很快被磨平，即使有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，导致零件接触表面的磨损加剧。
影响机械加工表面质量的因素及改进措施
一、影响机械加工表面质量的因素。
1.机床和刀具破损：机床体系及其附件的破损，会影响刀具的正常安
装及运行，从而产生肉眼可见的小硬斑、节肢及拉伤着痕等。
刀具的破损，也会影响机加工表面的质量，表现在高点、拉伤、刀印等方面，增大机加
工表面质量不稳定性及表面粗糙度。
2.刀具磨损：刀具工作经过一段时间，就会变得锋利变尖，从而影响
机械加工表面质量，表现为断刃，切口拉伤等，给进程控制带来更多的困难，增加了失效率。
3.加工环境：通常条件下，温度、湿度、噪声及污染等外界环境因素，会影响机械加工表面质量，表现为减少刀具的硬度，使刀具失去钝化作用，从而影响机械加工表面的质量。
4.加工工艺：在机械加工过程中，不同的加工工艺选择，会影响机械
加工表面的质量，如使用过大的进给量或过长的切削时间，则会使刀具快
速磨损，影响加工表面质量。
二、改善措施。
1.检查机床及刀具：定期检查机床及刀具的破损情况，及时更换破损
的部件，使刀具能够正常工作。
2.控制刀具磨损：合理控制刀具的运行时间，根据不同材料选择合适
的刀具，以满足机械加工工艺要求，并减少刀具的损。
机械加工表面质量
零件的表面质量是机械加工质量的重要组成部分，表面质量是指机械加工后零件表面层的微观几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。
一般而言，重要或关键零件的表面质量要求都比普通零件要高。
这是因为表而质量好的零件会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力。
经机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。
虽然只有极薄的一层（0.05～ 0 .15mm），但对机器零件的使用性能有着极大的影响；零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件表面开始的，特别是现代化工业生产使机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械零件，表面层的任何缺陷都会加速零件的失效。
因此，必须重视机械加工表面质量。
一、机械加工表面质量的含义
机器零件的加工质量不仅指加工精度，还包括加工表面质量，它是零件加工后表面层状态完整性的表征。
机械加工后的表面，总存在一定的微观几何形状的偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。
因此，机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面层物理力学性能两个方面的内容。
( 一 ) 加工表面的几何特征
加工表面的微观几何特征主要包括表面粗糙度和表面波度两部分组成，如图5— 1所示。
表面粗糙度是波距L小于1mm的表面微小波纹；表面波度是指波距L在1～20mm之间的表面波纹。
通常情况下，当L/H（波距/波高）﹤50时为表面粗糙度，L/H=50～1000时为表面波度。
1 ．表面粗糙度表面粗糙度主要是由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素引起的，它是指已加工表面的微观几何形状误差。
2 ．表面波度主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的周期性形状误差，介于形状误差（ L 1/H 1﹥ 1000）与表面粗糙度（ L 3/H 3﹤ 50）之间。
( 二 )加工表面层的物理力学性能
表面层的物理力学性能包括表面层的加工硬化、残余应力和表面层的金相组
织变化。
机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面层金属的物理力学性能相对于基本金属的物理力学性能发生了变化。
图5— 2a所示为零件表面层沿深度方向的变化。
最外层生成有氧化膜或其他化合物，并吸收、渗进气体粒子，称为吸附层。
吸附层下是压缩层，它是由于切削力的作用造成的塑性变形区，其上部是由于刀具的挤压摩擦而产生的纤维层。
切削热的作用也会使工件表面层材料产生相变及晶粒大小变化。
1 ．表面层的加工硬化
表面层的加工硬化一般用硬化层的深度和硬化程度N来评定：
N= [ （ H-H 0 ） / H 0]× l00％
式中H ——加工后表面层的显微硬度；
H0——原材料的显微硬度。
2．表面层金相组织的变化
在加工过程(特别是磨削 )中的高温作用下，工件表层温度升高，当温度超过材料的相变临界点时，就会产生金相组织的变化，大大降低零件使用性能，这种变化包括晶粒大小、形状、析出物和再结晶等。
金相组织的变化主要通过显微组织观察来确定。
3 ．表面层残余应力
在加工过程中，由于塑性变形、金相组织的变化和温度造成的体积变化的影响，表面层会产生残余应力。
目前对残余应力的判断大多是定性的，它对零件使用性能的影响大小取决于它的方向、大小和分布状况。
二、表面完整性
随着科学技术的发展，对产品的使用性能要求越来越高，一些重要零件需在高温、高压、高速的条件下工作，表面层的任何缺陷，直接影响零件的工作性能，为适应科学技术的发展，在研究表面质量的领域里提出了表面完整性的概念，主要有：
（一）表面形貌主要描述加工后零件的几何特征，它包括表面粗糙度、表面波度和纹理等。
（二）表面缺陷
它是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀现象等，对零件的使用有很
大影响。
（三）微观组织和表面层的冶金化学性能
主要包括微观裂纹、微观组织变化及晶间腐蚀等。
（四）表面层物理力学性能
主要包括表面层硬化深度和程度、表面层残余应力的大小、分布。
（五）表面层的其他工程技术特征
主要包括摩擦特性、光的反射率、导电性和导磁性等。
三，表面质量的主要影响
（一）表面质量对耐磨性的影响1. 表面粗糙度对耐磨性的影响一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的峰部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。
零件磨损一般可分为三个阶段，初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。
表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。
一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。
但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。
因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。
2. 表面冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。
但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。
（二）表面质量对疲劳强度的影响
金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。
1. 表面粗糙度对疲劳强度的影响在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。
表面粗糙度值愈大，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏底能力就愈差。
2. 残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响余应力对零件疲劳强度的影响很大。
表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的产生表面冷硬一般伴有残余应力的产生，可
以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。
（三)表面质量对耐蚀性的影响
零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。
表面粗糙度值愈大，则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。
抗蚀性就愈差。
表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，降低零件的耐磨性，而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。
（四）表面质量对配合质量的影响
表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。
对于间隙配合，粗糙度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。
对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量减小，降低了配合件间的连接强度。
