文档介绍：第8章机械加工表面质量
机器零件的耐磨性、疲劳强度、抗蚀性、密封性、接触刚度等性能,主要取决于零件的表面质量。机械加工表面质量是机械零件加工质量的一个重要指标。是以机械零件的加工表面和表面层作为分析和研究对象的。
旨在研究零件表面层在加工中的变化和机理,掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量的影响规律,控制加工中的各种影响因素,以满足表面质量的要求。
主要讨论机械加工表面质量的含义、表面质量对使用性能的影响、表面质量产生的机理等。对生产现场中发生的表面质量问题从理论上作出解释,提出提高机械加工表面质量的途径。
本章提要
表面质量的含义
表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。有两部分:
⑴表面层的几何形状
表面粗糙度:
是指表面微观几何形状误差,其波高与波长的比值在L1/H1<40的范围内。
表面波度:
是介于加工精度(宏观几何形状误差L3/H3>1000)和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差,其波高与波长的比值在40≤L2/H2≤1000的范围。
机械加工后的表面质量
表面几何形状
⑵表面层的物理机械性能
表面层冷作硬化(简称冷硬):
零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后,引起的强度和硬度都有所提高的现象。
表面层金相组织的变化:
由于切削热引起工件表面温升过高,表面层金属发生金相组织变化的现象。
表面层残余应力:
由于加工过程中切削变形和切削热的影响,工件表面层产生残余应力。
机械加工后的表面质量
表面质量对零件使用性能的影响
对零件耐磨性的影响
在摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件已经确定的情况下,零件的表面质量对耐磨性能起决定性的作用。
机械加工后的表面质量
当两个零件作相对运动时,就会产生剪切、凸峰断裂或塑性滑移,初期磨损速度很快。
表面粗糙度与初期
磨损量关系
曲线存在最佳点,对应零件最耐磨的粗糙度,此时零件的初期磨损量最小。若载荷加重或润滑条件恶化,磨损曲线将向上向右移动,最佳粗糙度值也随之右移。
在表面粗糙度大于最佳值时,减小表面粗糙度值可减少初期磨损量。但当表面粗糙度小于最佳值时,初期磨损量反而急剧增加。
一对摩擦副在一定的工作条件下通常有一最佳粗糙度值,在确定机器零件的技术条件时应该根据零件工作的情况及有关经验,规定合理的粗糙度。
机械加工后的表面质量
,粗糙度值相同,但轮廓形状不同,其耐磨性相差可达3~4倍。试验表明,耐磨性决定于轮廓峰顶形状和凹谷形状。前者决定干摩擦时的实际接触面积,后者决定润滑摩擦时的容油情况。
表面粗糙度对耐磨性能的影响,还与粗糙度的轮廓形状及纹路方向有关。
机械加工后的表面质量
表面层的冷硬可显著地减少零件的磨损。
原因:
冷硬提高了表面接触点处的屈服强度,减少了进一步塑性变形的可能性,并减少了摩擦表面金属的冷焊现象。
但如果表面硬化过度,零件心部和表面层硬度差过大,会发生表面层剥落现象,使磨损加剧。
表面层产生金相组织变化时,由于改变了基体材料原来的硬度,因而也直接影响其耐磨性。
机械加工后的表面质量
对零件疲劳强度的影响
在周期性的交变载荷作用下,零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象,而且表面粗糙度值越大,即凹陷越深和越尖,应力集中越严重,越容易形成和扩展疲劳裂纹而造成零件的疲劳损坏。
钢件对应力集中敏感,钢材的强度越高,表面粗糙度对疲劳强度的影响越大。含有石墨的铸铁件相当于存在许多微观裂纹,与有色金属件一样对应力集中不敏感,表面粗糙度对疲劳强度的影响就不明显。
加工纹路方向对疲劳强度的影响更大,如果刀痕与受力方向垂直,则疲劳强度将显著降低。
机械加工后的表面质量