《机械制造技术基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 机械加工质量及其控制（5.4）机械加工表面质量

第四节机械加工表面质量 机器零件的破坏,一般都是从表面层开始 的,这说明零件的表面质量至关重要,它对产 品质量有很大影响。 研究表面质量的目的,就是要掌握机械加 工中各种工艺因素对表面质量影响的规律,以 便应用这些规律控制加工过程,最终达到提高 表面质量、提高产品使用性能的目的

第四节 机械加工表面质量 机器零件的破坏，一般都是从表面层开始 的，这说明零件的表面质量至关重要，它对产 品质量有很大影响。 研究表面质量的目的，就是要掌握机械加 工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以 便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高 表面质量、提高产品使用性能的目的

、加工表面质量的概念 加工表面质量包含以下两个方面的内容: 1.表面粗糙度与波度如图 根据加工表面轮廓的特征(波距L与波高 H的比值),可将表面轮廓分为以下三种: L/H>1000:称为宏观几何形状误差, 例如圆度误差、圆柱度误差等,它们属于加工 精度范畴; L/H=50~1000,称为波纹度,它是由 机械加工振动引起的;

一、加工表面质量的概念 加工表面质量包含以下两个方面的内容： 1．表面粗糙度与波度 根据加工表面轮廓的特征（波距L与波高 H的比值），可将表面轮廓分为以下三种： L／H＞1000：称为宏观几何形状误差， 例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工 精度范畴； L／H＝50～1000，称为波纹度，它是由 机械加工振动引起的； 如图

L/H<50,称为形状, 亦称表面粗糙度 2.表面层材料的物理力学性能和化学 性能 表面层材料的物理力学性能,包括表面 层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变 化

L／H＜50，称为微观几何形状误差， 亦称表面粗糙度。 2．表面层材料的物理力学性能和化学 性能 表面层材料的物理力学性能，包括表面 层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变 化

(1)表面层的冷作硬化 冷作硬化:机械加工过程中表面层金属产 生强烈的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒 间产生剪切滑移,晶粒被拉长,这些都会使表 面层金属的硬度增加,塑性减小,统称为冷作 硬化。 (2)表面层残余应力 表面层残余应力:机械加工过程中由于切 削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材 料中产生的内应力,称为表面层残余应力

（1）表面层的冷作硬化 冷作硬化：机械加工过程中表面层金属产 生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒 间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表 面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作 硬化。 （2）表面层残余应力 表面层残余应力：机械加工过程中由于切 削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材 料中产生的内应力，称为表面层残余应力

在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生 的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别 在于前者是在整个工件上平衡的应力,它的 重新分布会引起工件的变形;后者则是在加 工表面材料中平衡的应力,它的重新分布不 会引起工件变形,但它对机器零件表面质量 有重要影响

在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生 的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别 在于前者是在整个工件上平衡的应力，它的 重新分布会引起工件的变形；后者则是在加 工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不 会引起工件变形，但它对机器零件表面质量 有重要影响

(3)表面层金相组织变化机械加工 过程中,在工件的加工区域,温度会急剧升 高,当温度升高到超过工件材料金相组织变 化的临界点时,就会发生金相组织变化。例 如磨削淬火钢件时,常会出现回火烧伤、退 火烧伤等金相组织变化,将严重影响零件的 使用件能

（3） 表面层金相组织变化 机械加工 过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升 高，当温度升高到超过工件材料金相组织变 化的临界点时，就会发生金相组织变化。例 如磨削淬火钢件时，常会出现回火烧伤、退 火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的 使用件能

二、机械加工表面质量对机器使用性能的影 响 1.表面质量对耐磨性的影响 零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热 处理情况和润滑条件有关,而且还与摩擦副 表面质量有关

二、机械加工表面质量对机器使用性能的影 响 1．表面质量对耐磨性的影响 零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热 处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副 表面质量有关

(1)表面粗糙度对耐磨性的影响表面 粗糙度值大,接触表面的实际压强增大,粗 糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂,使磨损加 剧,表面粗糙度值越大越不耐磨;但表面 粗糙度值也不能太小,表面太光滑,因存不 住润滑油使接触面间容易发生分子粘接,也 会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机 器零件的工况有关,载荷加大时,磨损曲线 向上向右位移,最佳粗糙度值也随之右移

（1）表面粗糙度对耐磨性的影响 表面 粗糙度值大，接触表面的实际压强增大，粗 糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂，使磨损加 剧，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面 粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不 住润滑油使接触面间容易发生分子粘接，也 会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机 器零件的工况有关，载荷加大时，磨损曲线 向上向右位移，最佳粗糙度值也随之右移

(2)表面冷作硬化对耐磨性的影响机 械加工后的表面,由于冷作硬化使表面层金 属的显微硬度提高,可降低磨损。加工表面 的冷作硬化,一般能提高耐磨性;但是过度 的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏 松”,严重时甚至出现裂纹,使磨损加剧

（2）表面冷作硬化对耐磨性的影响 机 械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金 属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面 的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是过度 的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏 松”，严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧

(3)表面纹理对耐磨性的影响在轻载 运动副中,两相对运动零件表面的刀纹方向均 与运动方向相同时,耐磨性好;两者的刀纹方 向均与运动方向垂直时,耐磨性差,这是因为 两个摩擦面在相互运动中,切去了妨碍运动的 加工痕迹。但在重载时,两相对运动零件表面 的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生 咬合,磨损量反而大;两相对运动零件表面的 刀纹方向相互垂直,且运动方向平行于下表面 的刀绞方向,磨损量较小

（3）表面纹理对耐磨性的影响 在轻载 运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均 与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方 向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为 两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的 加工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面 的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生 咬合，磨损量反而大；两相对运动零件表面的 刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面 的刀绞方向，磨损量较小