第三章 机械加工表面质量 第一节 概述 零件的机械加工质量不仅指加工精度,而且包括加工表面质量. 表面质量是指零件加工后的表面层状态 表面质量影响零件的工作性能、可靠性、寿命 机械加工后的零件表面实际上不是理想的光滑表面,它存在着不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂纹等表面缺陷.虽然只有极薄的一层(几微米~几十微米),但都错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蚀性和疲劳强度等,从而影响产品的使用性能和寿命,因此必须加以足够的重视.
零件表面质量
表面粗糙度
表面波度
表面物理力学性能的变化
表面微观几何形状特征
表面层冷作硬化
表面层内应力
表面层金相组织的变化
一、机械加工表面质量的含义
第一节 概述
1.表面粗糙度:表面的微观几何形状误差.波距L<1mm之间的微小表面波纹,由刀具的形状及振动和塑变引起.评定的参数有轮廓的算术平均偏差Ra和轮廓微观不平度十点平均高度Rz.
2.表面波度:波距L在1-20mm之间的表面波纹,由低频振动引起的周期性形状误差.
(一)表面层的几何形状特征
第一节 概述
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(二)表面层物理机械性能 物理力学性能主要指的是下面三方面:⑴表面层加工硬化(冷作硬化)机加工时,工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形,使晶格扭曲,晶粒间产生剪切滑移,晶粒被拉长、纤维化甚至碎化,从而使表面层的强度和硬度增加,这种现象称加工硬化,又称冷作硬化.⑵表面层金相组织的变化切削加工中,由于切削热的作用,在工件的加工区及其邻近区域产生了一定的温升.磨削加工时,表面层有很高的温度,当温度达到相变临界点时,表层金属就发生金相组织变化,强度和硬度降低、产生内应力、甚至出现微观裂纹.这种现象称为磨削烧伤.⑶表面层残余应力
第一节 概述
表面粗糙度太大和太小都不耐磨.粗糙度太大,接触面的实际压强增大,粗糙不平的凸峰相互咬合、挤裂、切断,故磨损加剧;粗糙度太小,也导致磨损加剧.因表面太光滑,存不住润滑油,接触面间不易形成油膜,容易发生分子粘结而加剧磨损.就零件的耐磨性而言:表面粗糙度Ra的值在0.8~0.2um之间.表面粗糙度Ra的最佳值与机器零件的工作情况有关,载荷加大时,磨损曲线向上、向右移动,最佳表面粗糙度值也随之右移.
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
第一节 概述
第一节 概述
⒉表面质量对零件疲劳强度的影响⑴ 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.表面粗糙度值越小,表面缺陷越少,工件耐疲劳性越好;反之,越差.⑵ 适度的表面层冷作硬化能阻碍表面层疲劳裂纹的出现,从而提高疲劳强度.但冷硬程度过大,表层金属变脆,反而易产生裂纹.⑶ 表面层残余应力 表面层残余压应力能延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高零件的疲劳强度.表面层残余拉应力易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度.3.零件表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 零件耐腐蚀性能很大程度上取决于零件的表面质量.表面越粗糙,凹谷越深,越易积聚腐蚀性物质,渗透与腐蚀作用越强烈而产生腐蚀. 零件表面层的残余压应力使零件表面紧密,腐蚀性物质不易进入,可增强耐腐蚀性;而表面残余拉应力则降低零件耐腐蚀性.
第一节 概述
4.零件表面质量对配合性质及其它性能的影响 在间隙配合中,表面粗糙度使配合件表面的凸峰被挤平而增大了配合间隙,降低配合精度;过盈配合中,使配合件之间的有效过盈量减小甚至消失,影响配合的可靠性. 过盈配合中,表面过于硬化,可造成表层金属与内部金属脱离,影响配合性质和精度; 表面残余应力过大,引起零件变形,改变零件几何尺寸,影响配合精度和性质.5.表面质量对其他性能影响 减小表面粗糙度可以提高密封性能,提高工件的接触刚度,降低运动零件的摩擦系数,从而减少发热和功率损耗,减少设备的噪声.
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第二节 影响机械加工表面粗糙度的因素
影响机械加工表面质量的主要因素大致可归纳为几何因素、物理因素和加工中工艺系统的振动等.一.影响机械加工表面粗糙度的几何因素切削加工中,刀具相对于工件作进给运动时,在被加工表面上残留的面积越大所获得的表面越粗糙.用单刃刀切削工件时,残留面积与下列因素有关:
几何因素
进给量f刀尖圆弧半径r0主偏角kr、副偏角kr′
第二节 影响机械加工表面粗糙度的因素
b
由上面公式可知:减小进给量f,减小主、副偏角,增大刀尖圆角半径,都能减小残留面积的高度H,也就减小了零件的表面粗糙度.进给量f对表面粗糙度影响较大,当f值较低时,虽有利于表面粗糙度的减小,但生产率也成比例地降低,切过小的进给量将造成薄层切削,易引起振动使表面粗糙度增大.增大刀尖圆角半径有利于表面粗糙度的减小,但同时会引起吃刀抗力Fy的增加,从而加大工艺系统的振动使表面粗糙度增大.减小主、副偏角均有利于表面粗糙度的减小,但在精加工时,它们对表面粗糙度的影响较小.前角对表面粗糙度没有直接影响,但适当增大前角,刀尖易于切入工件,塑性变形小,有利于减小表面粗糙度.

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