機械加工表面質(zhì)量課件

第四章機械加工表面質(zhì)量第四章機械加工表面質(zhì)量1第一節(jié)加工表面質(zhì)量及其對使用性能的影響一、加工表面質(zhì)量的概念（一）加工表面的幾何形貌（二）表面層金屬的力學物理性能和化學性能二、加工表面質(zhì)量對機器零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響第一節(jié)加工表面質(zhì)量及其對使用性能的影響一、加工表面質(zhì)量的2一、加工表面質(zhì)量的概念加工表面的幾何形貌；表面層材料的力學物理性能和化學性能。一、加工表面質(zhì)量的概念31、加工表面的幾何形貌加工表面的幾何形狀形貌，包括如下四個部分：1）表面粗糙度2）波紋度3）紋理方向4）表面缺陷1、加工表面的幾何形貌加工表面的幾何形狀形貌，包括如下四個4機械加工表面質(zhì)量課件51）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。其波長與波高比值一般小于50。2）波紋度加工表面不平度中波長與波高的比值等于50～1000的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機械加工中的振動引起的。當波長與波高比值大于1000時，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤差。圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇，不在本章討論之列。1）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。63）紋理方向紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機械加工方法。圖3-2紋理方向及其符號標注4）表面缺陷傷痕是在加工表面上一些個別位置上出現(xiàn)的缺陷。一例如砂眼、氣孔、裂痕等。3）紋理方向紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成7機械加工表面質(zhì)量課件82、表面層材料的力學物理性能和化學性能由于機械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的力學物理性能和化學性能將發(fā)生一定的變化，主要反映在以下幾個方面：1）表面層金屬的冷作硬化

表面層金屬硬度的變化用硬化程度和深度兩個指標來衡量在機械加工過程中，工件表面層金屬都會有一定程度的冷作硬化。使表面層金屬的顯微硬度有所提高。一般情況下，硬化層的深度可達0.05～0.30mm；若采用滾壓加工，硬化層的深度可達幾個毫米。2、表面層材料的力學物理性能和化學性能由于機械加工中力因素和92）表面層金屬的金相組織變化機械加工過程中，由于切削熱的作用會引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削淬火鋼時，由于磨削熱的影響會引起淬火鋼的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。3）表面層金屬的殘余應力由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格會發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金相組織的變化，使表層金屬產(chǎn)生殘余應力。2）表面層金屬的金相組織變化10（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響二、對零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響二、對零件使用性能的影響111.表面質(zhì)量對耐磨性的影響1．表面粗糙度對耐磨性的影響1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響1．表面粗糙度對耐磨性的影響12零件表面存在微觀不平度，兩零件相互接觸，實際上有效接觸面積只是名義接觸面積的一小部分。表面越粗糙，有效接觸面積就越小在兩個零件做相對運動時，開始階段由于接觸面小，壓強大，在接觸點的凸峰處會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象，這樣凸峰很快就會被磨掉被磨掉的金屬微粒落在相配合的摩擦表面之間，會加速磨損過程.即使在有潤滑液存在的情況下，也會因為接觸點處壓強過大，破壞油膜，形成干摩擦。零件表面在初期磨損階段的磨損速度很快，起始磨損量較大零件表面存在微觀不平度，兩零件相互接觸，實際上有效接觸面積只13隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強也逐漸減小，磨損將以較慢的速度進行，進人正常磨損階段之后，由于有效接觸面積越來越大，零件間的金屬分子親和力增加，表面的機械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損而進入快速磨損階段隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強也逐漸減小，磨損將14表面粗糙度值越小，其耐磨性越好表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分子粘接且潤滑液不易儲存、磨損反而增加存在一個最優(yōu)表面粗糙度值圖3-4表面粗糙度與起始磨損量的關系表面粗糙度值越小，其耐磨性越好152.表面紋理對耐磨性的影響表面紋理的形狀及刀紋方向對耐磨性也有一定影響，其原因在于：紋理形狀及刀紋方向將影響有效接觸面積與潤滑液的存留圓弧狀，坑狀表面紋理的耐磨性好尖峰狀的表面紋理由于摩擦副接觸面壓強大，耐磨性較差在運動副中，兩相對運動零件表面的刀紋方向均與運動方向相同時，耐磨性較好兩者的刀紋方向均與運動方向垂直時，耐磨性最差2.表面紋理對耐磨性的影響表面紋理的形狀及刀紋方向對耐磨性也163.冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高其主要原因是：冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形，故可減少磨損3.冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨17圖3-5所示為T7A鋼的磨損量隨冷作硬化程度的變化而變化的情況，當冷作硬化硬度達380HBS左右時，耐磨性最佳；如進一步加強冷作硬化，耐磨性反而降低。這是因為過度的硬化將引起金屬組織的疏松，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，這會加速零件的磨損。圖3-5所示為T7A鋼的磨損量隨冷作硬化程度的變化而變化的情18（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響1．表面粗糙度對耐疲勞性的影響表面粗糙度對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響1．表面粗糙度對耐疲勞性的影響19表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與材料對應力集中的敏感程度和材料的強度極限有關。鋼材對應力集中最為敏感，鋼材的強度極限越高，對應力集中的敏感程度就越大。而鑄鐵和有色金屬對應力集中的敏感性較弱。表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與材料對應202．表面層金屬的力學物理性質(zhì)對耐疲勞性的影響表面層金屬的冷作硬化能夠阻止疲勞裂紋的生長，可提高零件的耐疲勞強度。在實際加工中，加工表面在發(fā)生冷作硬化的同時，必然伴隨產(chǎn)生殘余應力。殘余應力有拉應力和壓應力之分，拉伸殘余應力將使耐疲勞強度下降，而壓縮殘余應力則可使耐疲勞強度提高。2．表面層金屬的力學物理性質(zhì)對耐疲勞性的影響表面層金屬的21（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響

1．表面粗糙度對耐蝕性的影響

零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度大氣里所含氣體和液體與金屬表面接觸時，會凝聚在金屬表面上而使金屬腐蝕表面粗糙度值越大，加工表面與氣體、液體接觸的面積越大，腐蝕物質(zhì)越容易沉積于凹坑中，耐蝕性能就越差。（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響1．表面粗糙度對耐蝕性的222．表面層力學物理性質(zhì)對耐蝕性的影響

當零件表面層有殘余壓應力時，能夠阻止表面裂紋的進一步擴大，有利于提高零件表面抵抗腐蝕的能力2．表面層力學物理性質(zhì)對耐蝕性的影響23（三）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響間隙配合表面，初期磨損的影響最為顯著，原有間隙將因急劇的初期磨損而改變，表面粗糙度越大，變化量就越大，從而影響配合的穩(wěn)定性對于過盈配合表面，表面粗糙度越大，兩表面相配合時表面凸峰易被擠掉，這會使過盈量減少（三）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響間隙配合表面，初期磨損的影24第四章機械加工表面質(zhì)量第四章機械加工表面質(zhì)量25第一節(jié)加工表面質(zhì)量及其對使用性能的影響一、加工表面質(zhì)量的概念（一）加工表面的幾何形貌（二）表面層金屬的力學物理性能和化學性能二、加工表面質(zhì)量對機器零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響第一節(jié)加工表面質(zhì)量及其對使用性能的影響一、加工表面質(zhì)量的26一、加工表面質(zhì)量的概念加工表面的幾何形貌；表面層材料的力學物理性能和化學性能。一、加工表面質(zhì)量的概念271、加工表面的幾何形貌加工表面的幾何形狀形貌，包括如下四個部分：1）表面粗糙度2）波紋度3）紋理方向4）表面缺陷1、加工表面的幾何形貌加工表面的幾何形狀形貌，包括如下四個28機械加工表面質(zhì)量課件291）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。其波長與波高比值一般小于50。2）波紋度加工表面不平度中波長與波高的比值等于50～1000的幾何形狀誤差稱為波度，它是由機械加工中的振動引起的。當波長與波高比值大于1000時，稱為宏觀幾何形狀誤差。例如：圓度誤差。圓柱度誤差等，它們屬于加工精度范疇，不在本章討論之列。1）表面粗糙度表面粗糙度是加工表面的微觀幾何形狀誤差。303）紋理方向紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成過程中所采用的機械加工方法。圖3-2紋理方向及其符號標注4）表面缺陷傷痕是在加工表面上一些個別位置上出現(xiàn)的缺陷。一例如砂眼、氣孔、裂痕等。3）紋理方向紋理方向是指表面刀紋的方向，它取決于表面形成31機械加工表面質(zhì)量課件322、表面層材料的力學物理性能和化學性能由于機械加工中力因素和熱因素的綜合作用，加工表面層金屬的力學物理性能和化學性能將發(fā)生一定的變化，主要反映在以下幾個方面：1）表面層金屬的冷作硬化

表面層金屬硬度的變化用硬化程度和深度兩個指標來衡量在機械加工過程中，工件表面層金屬都會有一定程度的冷作硬化。使表面層金屬的顯微硬度有所提高。一般情況下，硬化層的深度可達0.05～0.30mm；若采用滾壓加工，硬化層的深度可達幾個毫米。2、表面層材料的力學物理性能和化學性能由于機械加工中力因素和332）表面層金屬的金相組織變化機械加工過程中，由于切削熱的作用會引起表面層金屬的金相組織發(fā)生變化。在磨削淬火鋼時，由于磨削熱的影響會引起淬火鋼的馬氏體的分解，或出現(xiàn)回火組織等等。3）表面層金屬的殘余應力由于切削力和切削熱的綜合作用，表面層金屬晶格會發(fā)生不同程度的塑性變形或產(chǎn)生金相組織的變化，使表層金屬產(chǎn)生殘余應力。2）表面層金屬的金相組織變化34（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響（三）表面質(zhì)量對耐蝕性的影響（四）表面質(zhì)量對零件配合質(zhì)量的影響二、對零件使用性能的影響（一）表面質(zhì)量對耐磨性的影響二、對零件使用性能的影響351.表面質(zhì)量對耐磨性的影響1．表面粗糙度對耐磨性的影響1.表面質(zhì)量對耐磨性的影響1．表面粗糙度對耐磨性的影響36零件表面存在微觀不平度，兩零件相互接觸，實際上有效接觸面積只是名義接觸面積的一小部分。表面越粗糙，有效接觸面積就越小在兩個零件做相對運動時，開始階段由于接觸面小，壓強大，在接觸點的凸峰處會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象，這樣凸峰很快就會被磨掉被磨掉的金屬微粒落在相配合的摩擦表面之間，會加速磨損過程.即使在有潤滑液存在的情況下，也會因為接觸點處壓強過大，破壞油膜，形成干摩擦。零件表面在初期磨損階段的磨損速度很快，起始磨損量較大零件表面存在微觀不平度，兩零件相互接觸，實際上有效接觸面積只37隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強也逐漸減小，磨損將以較慢的速度進行，進人正常磨損階段之后，由于有效接觸面積越來越大，零件間的金屬分子親和力增加，表面的機械咬合作用增大，使零件表面又產(chǎn)生急劇磨損而進入快速磨損階段隨著磨損的發(fā)展，有效接觸面積不斷增大，壓強也逐漸減小，磨損將38表面粗糙度值越小，其耐磨性越好表面粗糙度值太小，因接觸面容易發(fā)生分子粘接且潤滑液不易儲存、磨損反而增加存在一個最優(yōu)表面粗糙度值圖3-4表面粗糙度與起始磨損量的關系表面粗糙度值越小，其耐磨性越好392.表面紋理對耐磨性的影響表面紋理的形狀及刀紋方向對耐磨性也有一定影響，其原因在于：紋理形狀及刀紋方向將影響有效接觸面積與潤滑液的存留圓弧狀，坑狀表面紋理的耐磨性好尖峰狀的表面紋理由于摩擦副接觸面壓強大，耐磨性較差在運動副中，兩相對運動零件表面的刀紋方向均與運動方向相同時，耐磨性較好兩者的刀紋方向均與運動方向垂直時，耐磨性最差2.表面紋理對耐磨性的影響表面紋理的形狀及刀紋方向對耐磨性也403.冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高其主要原因是：冷作硬化使表面層金屬的顯微硬度提高，塑性降低，減少了摩擦副接觸部分的彈性變形和塑性變形，故可減少磨損3.冷作硬化對耐磨性的影響加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨41圖3-5所示為T7A鋼的磨損量隨冷作硬化程度的變化而變化的情況，當冷作硬化硬度達380HBS左右時，耐磨性最佳；如進一步加強冷作硬化，耐磨性反而降低。這是因為過度的硬化將引起金屬組織的疏松，在相對運動中可能會產(chǎn)生金屬剝落，在接觸面間形成小顆粒，這會加速零件的磨損。圖3-5所示為T7A鋼的磨損量隨冷作硬化程度的變化而變化的情42（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響1．表面粗糙度對耐疲勞性的影響表面粗糙度對承受交變載荷零件的疲勞強度影響很大。在交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起應力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕越深，紋底半徑越小，其抵抗疲勞破壞的能力越差（二）表面質(zhì)量對耐疲勞性的影響1．表面粗糙度對耐疲勞性的影響43表面粗糙度對耐疲勞性的影響還與材料對應力集中的敏感程度和材料的強度極限有關。鋼材對應力集中最為敏感，鋼材的強度極限越高，對應力集中的敏感程度就