《机械制造技术基础》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 第四节 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

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=501000,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,称为微观几何状误差， 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

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