华中科技大学：《机械制造技术》 第一章 第四节 机械加工表面质量

第四节机械加工表面质量 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。 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

零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且 包括加工表面质量。 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。 一、 概 述

表面质量的含义(内容) 表面粗糙度 表面微观几何 形状特征 表面波度 零件表面质量 表面物理力学 表面层冷作硬化 性能的变化 表面层残余应力 表面层金相组织的变化

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 表面层残余应力 表面层金相组织的变化 表面质量的含义（内容）

、表面质量对零件使用性能的影响 1.表面质量对零件耐麼性的影响 (1)表面粗糙度对零件耐磨性的影响 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如图4-38所示 ◆表面粗糙度太大,接触表面的实际压强增大,粗糙不平 的凸峰相互咬合、挤裂、切断,故磨损加剧; ◇表面粗糙度太小,也会导致磨损加剧。因为表面太光滑, 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。 ◇表面粗糙度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

（1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 ❖ 表面粗糙度太大和太小都不耐磨。如图4-38所示。 ❖表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗糙不平 的凸峰相互咬合、挤裂、切断，故磨损加剧； ❖表面粗糙度太小，也会导致磨损加剧。因为表面太光滑， 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。 ❖表面粗糙度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

重载荷 日 轻载荷 嗝鸭 Ral Ra2 轮廓算术平均偏差Ra/pm 图4-38表面粗糙度与初期磨损量的关系

图4－38 表面粗糙度与初期磨损量的关系

(2)表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响 >加工表面的冷作硬化,一般能提高零件的耐磨 性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高, 塑性降低,减少了摩擦副接触部分的弹性变形和 塑性变形。 ≯并非冷作硬化程度越高,耐磨性就越高。这是 因为过分的冷作硬化,将引起金属组织过度“疏 松”,在相对运动中可能会产生金属剥落,在接 触面间形成小颗粒,使零件加速磨损

（2）表面层的冷作硬化对零件耐磨性的影响 ➢加工表面的冷作硬化，一般能提高零件的耐磨 性。因为它使磨擦副表面层金属的显微硬度提高， 塑性降低，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和 塑性变形。 ➢并非冷作硬化程度越高，耐磨性就越高。这是 因为过分的冷作硬化，将引起金属组织过度“疏 松”，在相对运动中可能会产生金属剥落，在接 触面间形成小颗粒，使零件加速磨损

P2,表面质量对件疲劳强度的响时 (1)表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越大,抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。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,加工表面越粗糙,表面的纹痕越深, 纹底半径越小,其抗疲劳破坏的能力越差

2．表面质量对零件疲劳强度的影响 （1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响 表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。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，加工表面越粗糙，表面的纹痕越深， 纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差

(2)表面层冷作硬化与残余应力对零件疲 劳强度的影响 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。 残余应力有拉应力和压应力之分,残余拉应力容易使已 加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度 残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力, 延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高零件的疲劳强度

（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲 劳强度的影响 ➢适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。 ➢残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容易使已 加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳强度 ➢残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力， 延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲劳强度

3表面质量对零件工作精度的影响 (1)表面粗糙度对零件配合精度的影响 表面粗糙度较大,则降低了配合精度 (2)表面残余应力对零件工作精度的影响 表面层有较大的残余应力,就会影响它 们精度的稳定性

3.表面质量对零件工作精度的影响 （1）表面粗糙度对零件配合精度的影响 表面粗糙度较大，则降低了配合精度。 （2）表面残余应力对零件工作精度的影响 表面层有较大的残余应力，就会影响它 们精度的稳定性

4.表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 (1)表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙,越容易积聚腐蚀性物质,凹谷越深, 渗透与腐蚀作用越强烈 因此减小零件表面粗糙度,可以提高零件的耐腐蚀性 能 (2)表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面残余压应力使零件表面紧密,腐蚀性物质不 易进入,可增强零件的耐腐蚀性,而表面残余拉应力则降 低零件耐腐蚀性。 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响:如减 小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度; 对滑动零件,可降低其摩擦系数,从而减少发热和功率损 失

4．表面质量对零件耐腐蚀性能的影响 （1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深， 渗透与腐蚀作用越强烈。 因此减小零件表面粗糙度，可以提高零件的耐腐蚀性 能。 （2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响 零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不 易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降 低零件耐腐蚀性。 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减 小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度； 对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损 失

表面质量对零件使用性能的影响 粗糙度太大、太小都不耐磨 对耐磨性影响 适度冷硬能提高耐磨性 粗糙度越大,疲劳强度越差 对疲劳强度的 适度冷硬、残余压应力能提高疲 零件表面质量 影响 劳强度 对工作精度的 粗糙度越大、工作精度降低 影响 残余应力越大,工作精度降低 粗糙度越大,耐腐蚀性越差 对耐腐蚀性能 的影响 压应力提高耐腐蚀性,拉应力反 之则降低耐腐蚀性

表面质量对零件使用性能的影响 零件表面质量 粗糙度太大、太小都不耐磨 适度冷硬能提高耐磨性 对疲劳强度的 影响 对耐磨性影响 对耐腐蚀性能 的影响 对工作精度的 影响 粗糙度越大，疲劳强度越差 适度冷硬、残余压应力能提高疲 劳强度 粗糙度越大、工作精度降低 残余应力越大，工作精度降低 粗糙度越大，耐腐蚀性越差 压应力提高耐腐蚀性，拉应力反 之则降低耐腐蚀性