第六章机械加工表面质量 概述 少数 因设计不周而导致强度不够 机械产品的失效形式{损、腐蚀和疲劳破坏 多数 实践表明,零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的工作性能,尤 其是它的可靠性、耐久性等,在很大程度上取决于其主要零件的表面质量 研究机械加工表面质量的目的 掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律,并 应用这些规律控制加工过程,以达到提高加工表面质量、提高 产品性能的目的
第六章 机械加工表面质量 概 述 掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，并 应用这些规律控制加工过程，以达到提高加工表面质量、提高 产品性能的目的。 实践表明，零件的破坏一般总是从表面层开始的。产品的工作性能，尤 其是它的可靠性、耐久性等，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量。 研究机械加工表面质量的目的 机械产品的失效形式 因设计不周而导致强度不够； 磨损、腐蚀和疲劳破坏。 少数 多数
§6.1机械加工表面质量对零件使用性能的影响 、机械加工表面质量的含义 1)表面粗糙度 表面的几何特征 (2)表面波度 (3)纹理方向 (1)表面层加工硬化(冷作硬化) 2.表面层物理 (2)表面层金相组织变化。 力学、化学性能 (3)表面层产生残余应力
§6.1 机械加工表面质量对零件使用性能的影响 一、机械加工表面质量的含义 1．表面的几何特征 2．表面层物理 力学、化学性能 (1)表面粗糙度 (2)表面波度 (3)纹理方向 (1)表面层加工硬化(冷作硬化)。 (2)表面层金相组织变化。 (3)表面层产生残余应力。
、表面的几何形状特征 加工后表面形状,总是以 “峰”、“谷”的形式偏离其 理想光滑表面。按偏离程度有 形状误差、表面粗糙度及波度的示意关系 宏观和微观之分。 波距:峰与峰或谷与谷间的距离,以L表示: 波距与波高1波高:峰与谷间的高度,以H表示 L/H>1000时,属于宏观几何形状误差; L/H<50时,属于微观形状误差,称作表面粗糙度; L/H=50~1000时,称作表面波度; ,主要是由机械加工过程中工 艺系统低频振动所引起
1、表面的几何形状特征 加工后表面形状，总是以 “峰”、“谷”的形式偏离其 理想光滑表面。按偏离程度有 宏观和微观之分。 波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以L表示； 波高：峰与谷间的高度，以H 表示。 波距与波高 L/H>1000时，属于宏观几何形状误差； L/H<50时，属于微观形状误差，称作表面粗糙度； L/H=50～ 1000时，称作表面波度； 主要是由机械加工过程中工 艺系统低频振动所引起
纹理方向是指表面刀纹的方向,取决于表面形成所采用 的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求 邮歐 ( 加工纹理方向及其符号标注 a)纹理平行于标注代号的视图平面b)纹理垂直于标注代号的视图平面c)纹理呈交叉形d)纹理 呈近似同心圆e)纹理呈迁回形f)纹理呈近似放射形 伤痕是指在加工表面个别位置出现的缺陷,如沙眼、气 孔、裂痕等
纹理方向 是指表面刀纹的方向，取决于表面形成所采用 的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。 伤痕 是指在加工表面个别位置出现的缺陷，如沙眼、气 孔、裂痕等
2、表面层物理力学、化学性能 1)表面金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中,表面层金属产生强烈的塑性变形,使 件加工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。 冷硬层深度h 表示方法 硬化程度N 硬化程度 H 100% 其中:H加工后表面层的显微硬度 H—材料原有的显微硬度
2、表面层物理力学、化学性能 表示方法 (1)表面金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使 工件加工表面层的强度和硬度都有所提高的现象。 冷硬层深度 h 硬化程度 N 硬化程度： 100% 0 = H H N 其中： H——加工后表面层的显微硬度 H0——材料原有的显微硬度
(2)表面层金相组织变化 指的是加工中,由于切削热的作用引起表层金属金相组织 发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤,大大降低表面 层的物理机械性能。 (3)表面层产生残余应力 显微硬度残余应力 指的是加工中,由于切削变形翻 和切削热的作用,工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料 加工表面层沿深度方向的变化情况 强度极限就会产生表面裂纹
(2)表面层金相组织变化 (3)表面层产生残余应力 指的是加工中，由于切削热的作用引起表层金属金相组织 发生变化的现象。如磨削时常发生的磨削烧伤，大大降低表面 层的物理机械性能。 指的是加工中，由于切削变形 和切削热的作用，工件表层及其基 体材料的交界处产生相互平衡的弹 性应力的现象。残余应力超过材料 强度极限就会产生表面裂纹
二、加工表面质量对机器零件使用性能的影晌 表面质量对零件耐磨性的影响 们 第一阶段初期磨损阶段 零件的磨 损可分为了第二阶段正常磨损阶段 个阶段(第三阶段急剧磨损阶段 时间 磨损过程的基本规律 表面粗糙度对摩擦副的影响 不是表面粗糙度值越小越耐磨, 在一定工作条件下,摩擦副表面总是 R 存在一个最佳表面粗糙度值,表面粗 表面粗糙度 表面粗糙度与初期磨损量的关系 糙度Ra值约为0.32~0.25m较好。 1一轻负荷2一重负荷
二、加工表面质量对机器零件使用性能的影晌 1．表面质量对零件耐磨性的影响 第一阶段 初期磨损阶段 第二阶段 正常磨损阶段 第三阶段 急剧磨损阶段 零件的磨 损可分为 三个阶段 不是表面粗糙度值越小越耐磨， 在一定工作条件下，摩擦副表面总是 存在一个最佳表面粗糙度值，表面粗 糙度Ra值约为0.32～0.25μm较好。 表面粗糙度对摩擦副的影响
表面纹理方向对耐磨性的影响 表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。 轻载时,两表面的纹理方向与相对运动方向一致时,磨损 最小;当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时,磨损最大 重裁情况下,由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等因 素的变化,其规律与上述有所不同 表面层的加工硬化对耐磨性的影响 由于加工硬化提高了表面层的强度,减少了表面进一步塑 性变形和咬焊的可能。一般能提髙耐磨性0.5~1倍。 过度的加工硬化会使金属组织疏松,甚至出现疲劳裂纹和 产生剥落现象,从而使耐磨性下降
重裁情况下，由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等因 素的变化，其规律与上述有所不同。 表面纹理方向对耐磨性的影响 表面纹理方向影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。 轻载时，两表面的纹理方向与相对运动方向一致时，磨损 最小；当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时，磨损最大。 过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现疲劳裂纹和 产生剥落现象，从而使耐磨性下降。 表面层的加工硬化对耐磨性的影响 由于加工硬化提高了表面层的强度，减少了表面进一步塑 性变形和咬焊的可能。一般能提高耐磨性0.5 ～ 1倍
图4-6车削、刨削时残留面积的高度 般地,加工精度要求↑,加工成本↑,生产效率↓
一般地，加工精度要求↑ ，加工成本↑ ，生产效率↓
2.表面质量对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度的影响 在交变载荷作用下,零件表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷员易形成应力 集中,并发展成疲劳裂纹,导致零件疲劳破坏。因此,对于重要零件表面如 连杆、曲轴等,应进行光整加工,减小表面粗糙度值,提高其疲劳强度 表面残余应力对疲劳强度的影响影响极大 拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展; 残余压应力,能延缓疲劳裂纹的产生、扩展,而使零件疲劳强度提高。 表面层的加工硬化对疲劳强度影响 适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生,有助于 提高疲劳强度。但加工硬化程度过大,反而易产生裂纹,故加工硬化程度 应控制在一定范围内
2．表面质量对零件疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，零件表面粗糙度、划痕、裂纹等缺陷员易形成应力 集中，并发展成疲劳裂纹，导致零件疲劳破坏。因此，对于重要零件表面如 连杆、曲轴等，应进行光整加工，减小表面粗糙度值，提高其疲劳强度。 适当的加工硬化能阻碍已有裂纹的继续扩大和新裂纹的产生，有助于 提高疲劳强度。但加工硬化程度过大，反而易产生裂纹，故加工硬化程度 应控制在一定范围内。 拉应力加剧疲劳裂纹的产生和扩展； 残余压应力，能延缓疲劳裂纹的产生、扩展，而使零件疲劳强度提高。 表面残余应力对疲劳强度的影响 影响极大 表面粗糙度的影响 表面层的加工硬化对疲劳强度影响