4.4 机械加工表面质量surface quality of Machining    内容提要：    ◆表面质量对零件使用性能的影响    ◆影响表面粗糙度的因素    ◆降低表面粗糙度的工艺措施 概述 重要性：机械零件的破坏，一般总是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久性，在很大程度上取决于零件表面层的质量。 目的：为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。  概述   零件机加工表面质量的评定：   （1）表面几何形状特征          （2）加工表面层的物理机械性能  表面粗糙度与波度Roughness and Waviness 机加工表面质量对机器使用性能的影响  （一）表面质量对耐磨性的影响  1.表面粗糙度对耐磨性的影响        一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的峰部有非常大的单位应力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损（三个阶段？）。??? 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。(1)一般说表面粗糙度值愈小，其磨损性愈好。(2)但若表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因此，接触面的粗糙度有一个最佳值，其值与零件的工作情况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度最佳值也加大。   2.表面冷作硬化对耐磨性的影响impact of Surface work-harden on the wearability  (1)加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，故一般可使耐磨性提高。 (2)但也不是冷作硬化程度愈高，耐磨性就愈高，这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。  （二）表面质量对疲劳强度的影响impact of Machining surface quality on fatigue strength   金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表 面冷硬层下面： 1.表面粗糙度对疲劳强度的影响 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。 规律：Ra↗，表面的纹痕愈深，纹底半径愈小，抗疲劳破坏能力↘ 。 2.残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响   表面层残余拉应力→疲劳裂纹↗ ，疲劳破坏加速；   表面残余压应力→阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏产生。   一般，表面冷硬伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。硬化过高，则反之。 （三)表面质量对耐蚀性的影响 1、零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。  表面粗糙度值愈大→凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多，抗蚀 性就愈差。   2、表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂，耐磨性↘        残余压应力→ 防止应力腐蚀开裂。 （四）表面质量对配合质量的影响the influence of Surface quality on fit quality   表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量：   a、间隙配合   Ra↗，磨损↗ ,间隙增大，破坏了要求的配合性质。   b、过盈配合   装配过程中一部分表面凸峰被挤平，实际过盈量↘，降低了配合件间的连接强度。  三、影响表面粗糙度的因素及措施   三个方面的因素：    1、几何因素—切削层的残留面积（参数：Ac,hc)     车削为例，切削层残留面积越大，则Ra ↗      措施：(1）降低f或减小kr、kr’;        (2)增大刀尖圆弧半径r?  影响表面粗糙度的因素 2、物理因素—积屑瘤、鳞刺  抑制积屑瘤和鳞刺的措施：关键——减少加工时的塑性变形，影响最大的是切削速度与切削材料性质。  影响表面粗糙度的因素affecting factors of surface roughness 3、加工过程中的振动(Vibration)  （2）强迫振动的特点及来源the feature and source of forced vibration 减小强迫振动的途径 （1）减小和消除振源的激振力（根本） 举例1：消除工艺系统回转零件的不平衡—形成周期性的干 扰振源  减小强迫振动的途径 （2）隔振—在振动传递的路线上设置障碍，使振动不能传递到刀具和工件上去。   （3）自激振动的特点及来源the feature and source of self-excited vibration   消除或减少自激振动的方法  (2) 提高工艺系统刚度，增强抗振性； * a、表面粗糙度：表面的微观几何形状误差。 b、波度：介于微观几何形状误差和表面粗糙度之间的周期性的几何形状误差。 a、表面层材料的塑性变形与加工硬化； b、表面层金相组织的变化（高温）-－特别是针对磨削，也称磨削烧伤； c、表面层产生残余应力。 H－表面粗糙度高度 A－波度的高度 几何因素  物理因素 工艺系统的振动 H H 理论粗糙度 具体 措施： （1）选择合适的切削速度，避开中速区如：精加工钢料时，常用低速（如铰孔、拉孔）或高速（精车、精镗） （2）合理选择加工材料和热处理方法，如低碳钢与低合金钢，常预先做调质或正火。 （3）采用合适刀具材料、角度提高刀具刃磨质量，请思考:前角、后角？金钢石车刀精车铝合金，Ra降低，为什么? （4）合理选用冷却润滑液。思考：为什么？ 机械加工中的 振动类型  自由振动 5%  强迫振动 30% 自激振动 65% 切削力突变（切入时），外力冲击 受周期干扰力（地基、电机、齿轮啮合、回转件不平衡、多刃多齿刀具） 系统自身引起的交变切削力作用，加强和维持了自身振动 振动的危害  表面质量下降           （振纹）  降低机床、夹具、刀具寿命 （联接松动，崩刃、                            磨损）  限制生产率的提高     （切削用量不能提高）  环境污染               （噪音）  两个重要特点： a、ω工艺系统＝ ω激振力 b、当激振频率等于工艺系统固有频率，共振，可能使振动系统受到严重破坏。 两个主要振源： a、机床内部—机内振源（四个方面，思考？） b、机床外部—机外振源：附近设备的振动通过地基传给机床 （1）高速旋转件不平衡引起的振动； （2）传动机构缺陷引起的振动； （3）切削过程中的冲击引起的振动； （4）往复运动部件的惯性力引起的振动。 控制方法： 静平衡——针对轴向尺寸较小（b/D 0.2)的盘状转子,如：齿轮、带轮、链轮等。 方法：加减配重，使惯性力之和为0，ΣP=0 动平衡—针对轴向尺寸较大的转子（b/D =0.2) 方法： ΣP=0       ΣM=0 举例2：提高机床传动元件的制造精度与装配精度。        如：齿轮精度不高、齿形误差过大会引瞬间传动比突变； 基节误差过大会在啮合过渡瞬间发生冲击。 两类： （i)积极隔振－将机外振源隔离起来，防止振动向机床传递 (ii)消极隔振—把机床本身用隔振垫隔离起来，防止外部振源向      机床传递。 措施： 把需要隔离的机床或设备安装在合适的弹性装置（隔
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