第三章机械加工表面质量

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。

3-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：1．加工表面层的几何形貌主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度；⑵波纹度⑶纹理方向⑷表面缺陷2．表面层材料的力学物理性能和化学性能表面层材料的力学物理性能和化学性能主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。

3-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。

二、加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响(一)表面质量对耐磨性的影响1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，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。

2．表面纹理对耐磨性的影响圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。

在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差3．冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。

(二)表面质量对耐疲劳性的影响1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。

(三)表面质量对耐蚀性的影响1．表面粗糙度对耐蚀性的影响表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。

2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗耐蚀的能力。

机械加工表面质量机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。

产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取决于零件表面层的质量。

研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。

一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响（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。

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一、判断题1.零件的表面粗糙度值越低，疲劳强度越高。

( )2.表面的微观几何性质主要是指表面粗糙度。

( )3.切削加工时，进给量和切削速度对表面粗糙度的影响不大。

( )4.零件的表面粗糙度值越低越耐磨。

( )5.滚压加工是利用淬过火的滚压工具对工件表面施加压力，使其硬度增加，并使表面产生冷硬层和残余压应力，从而提高零件的抗腐蚀能力和疲劳强度。

( )6.滚压加工的目的主要是为了使工件表面上的凸峰填充到相邻的凹谷中，从而减小加工表面的粗糙度。

( )7.表面冷作硬化程度越高，零件的耐磨性越高。

( )二、单项选择题1.磨削加工中，大部分切削热传给了（）。

A．机床 B．工件 C．砂轮 D．切屑2.磨削表层裂纹是由于表面层的结果。

（）A．残余应力作用 B．氧化 C．材料成分不匀 D．产生回火3.加工过程中若表面层以冷塑性变形为主，则表面层产生( )应力；若以热塑性变形为主，则表面层产生( )应力；。

A．拉应力 B．不定 C．压应力 D．金相组织变化4.机械加工时，工件表面产生波纹的原因有（）。

A．塑性变形 B．切削过程中的振动 C．残余应力 D．工件表面有裂纹5．在切削加工时，下列哪个因素对表面粗糙度没有影响？（）A．刀具几何形状 B．切削用量 C．工件材料 D．检测方法6．当零件表面层有残余压应力时，（）表面层对腐蚀作用。

A．降低了 B．增加了 C．不影响 D．有时会影响7．磨削表层裂纹是由于表面层（）的结果。

A．残余应力作用 B．氧化 C．材料成分不匀 D．产生回火8．磨削光轴时、若切削条件相同，哪种工件材料磨削后表面粗糙度小( )?A．20钢； B．45钢； C．铸铁； D．铜。

9．磨削淬火钢时在下列工作条件下可能产生哪种形式的磨削烧伤：(1)在磨削条件(用切削液)( )；(2)重磨削条件(不用切削液) ( )，(3)中等磨削条件( )； (4)轻磨削条件( )。

A．淬火烧伤， B．回火烧伤； C退火烧伤； D．不烧伤。

机械加工表面质量机器零件的破坏，一般都是从表面层开头的。

一、加工表面质量的概念加工表面质量包含以下两个方面的内容：1．加工表面的几何形貌（1）表面粗糙度（2）表面波纹度（3）表面纹理方向（4）表面缺陷2.表面层材料的物理力学性能（1）表面层的冷作硬化（2）表面层残余应力（3）表面层金相组织变化二、机械加工表面质量对机器使用性能的影响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（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响（3）表面纹理对耐磨性的影响2. 表面质量对零件疲惫强度的影响3. 表面质量对抗腐蚀性能的影响4.表面质量对零件协作性质的影响三、加工表面的表面粗糙度切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。

加工塑性材料时，切削速度v对加工表面粗糙度加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切削加工后的表面粗糙度值越大。

适当增大刀具的前角，可以降低被切削材料的塑性变形；降低刀具前刀面和后刀面的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成；增大刀具后角，可以削减刀具和工件的摩擦；合理选择冷却润滑液，可以削减材料的变形和摩擦，降低切削区的温度；实行上述各项措施均有利于减小加工表面的粗糙度。

四、加工表面的物理力学性能（一）表面层材料的冷作硬化1．冷作硬化的评定参数2．影响冷作硬化的因素（1）刀具的影响（2）切削用量的影响（3）加工材料的影响（二）表面层材料金相组织变化假如磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢的相变温度为723℃），这时工件表层金属的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这种烧伤称为回火烧伤；假如磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，表层金属将发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，消失了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬火烧伤；若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属便产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧伤。