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
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。
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。
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
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：
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
(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
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
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。