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机械制造工艺
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第四章
第一节
第二节 第三节 第四节
机械加工表面质量
基本概念
表面粗糙度的形成及其影响因素 加工表面力学物理性能的变化及其影响因素 机械加工中的振动
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机械制造工艺
基本慨念
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第一节
零件机械加工表面质量是指零件在机械加工后 表面层的微观几何形状误差和力学物理性能。零件 机械加工后表面层中存在着表面粗糙度、表面波度、 表面加工纹理等微观几何形状误差以及伤痕等缺陷， 零件表面层在加工过程中还会产生加工硬化、金相 组织变化及残余应力等现象。上述种种因素综合作 用的结果，直接影响了零件的寿命及可靠性，从而 影响产品的质量和使用性能。
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图4-2
初期磨损量与零件表面粗糙度 1—轻载荷 2—重载荷
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2、表面质量对零件疲劳强度的影响
零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷 处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹， 造成零件的疲劳破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度 值可以使零件的疲劳强度有所提高。因此，对于一些承 受交变载荷的重要零件，如曲轴其曲拐与轴颈交接处精 加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值， 提高其疲劳强度。
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图4-3
表面残留面积
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金属切削过程幻灯片
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2、影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施
（1）切削用量的影响 进给量大，切屑变形也大，切屑 与刀具前刀面的摩擦以及后刀面与已加工表面的摩擦加剧， 从而增大工件表面粗糙度值。因此，减小进给量利于减小工 vc 件表面粗糙度值。 切削速度对表面粗糙度的影响因工件材料而异。对于塑 性材料，一般情况下，低速或高速切削时，不会产生积屑瘤， 故加工表面粗糙度值都较小，但在中等切削速度下，塑性材 料的工件容易产生积屑瘤或鳞刺，且塑性变形较大,如图4-4 所示。对于脆性材料，加工表面粗糙度主要是由于脆性挤裂 碎裂而成，与切削速度关系较小。所以精加工塑性材料时往 往选择高速或低速精切，以获得较小的表面粗糙度值。
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第二节
表面粗糙度的形成及其影响因素
一、切削加工后的表面粗糙度 1、表面粗糙度的形成 用切削刀具加工零件表面时，已加工表面粗糙度的形成主 要包括几何因素、塑性变形和振动三方面的因素。 （1）几何因素 形成表面粗糙度的几何因素主要是指刀具几 何形状和切削运动引起的切削残留面积，它是影响表面粗糙度 的主要因素。 （2）塑性变形 因为切削过程中存在着金属塑性变形，因此 在多数情况下已加工表面的残留面积上还叠加着一些不规则的 金属生成物、粘附物或刻痕，使得表面粗糙度的实际轮廓与上 述理论分析轮廓有较大的差异。形成它们的原因有积屑瘤、鳞 刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。 （3）振动的影响 切削加工时，在工件与刀具之间会发生振 动，使工件表面粗糙度值增大。
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一、机械加工表面质量的含义
机械加工表面质量的含义可以用表面完整性来概括，它 包括两个方面的内容。 1、表面的几何特征 （1）表面粗糙度 即加工表面上具有的较小间距和峰谷 所组成的微观几何形状特性。它一般由所采用的加工方法和 其它因素形成，其波高与波长的比值一般小于1：50。 （2）表面波度 即介于宏观几何形状误差与微观表面粗 糙度之间的中间几何形状误差。它主要是由工艺系统的低频 振动造成的，其波高与波长的比值一般为1：50至1：1000。 （3）表面加工纹理 即表面微观结构的主要方向。它取 决于表面形成过程中所采用的机械加工方法及其主运动和进 给运动的关系。 （4）伤痕 在加工表面的一些个别位臵出现的缺陷。它 们大多是随机分布的，例如砂眼、气孔、裂痕和划痕等。
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图4-1
表面几何特征的组成
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2、表面层力学物理性能
表面层力学物理性能，主要有以 下三个方面的内容： 1）表面层加工硬化。
2）表面层金相组织的变化。
3）表面层残余应力。
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二、加工表面质量对零件使用性能的影响 1、表面质量对耐磨性的影响
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4、表面质量对配合性质及零件其它性能的影响
相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。 在间隙配合中，如果零件的配合表面粗糙，则会使配合件 很快磨损而增大配合间隙,改变配合性质,降低配合精度; 在过盈配合中,如果零件的配合表面粗糙，则装配后配合 表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配 合件间联接强度，影响配合的可靠性。因此对有配合要求 的表面，必须具有较小的表面粗糙度值。 零件的表面质量对零件的使用性能还有其它方面的影 响。例如，对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影 响密封性；对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值 能提高运动的灵活性，减少发热和功率损失；零件表面层 的残余应力会使加工好的零件因应力重新分布而在使用过 程中逐渐变形，从而影响其尺寸和精度等。
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3、表面质量对零件的耐腐蚀性能的影响
零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于零件的 表面粗糙度。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值，可以提高零件的耐 腐蚀性能。 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的耐腐蚀性。
当两个零件的表面接触时，其表面凸峰顶部先接 触，因此实际接触面积远小于理论上的接触面积。表 面愈粗糙，实际接触面积就愈小，凸峰处单位面积压 力就会愈大，表面磨损就愈容易。即使在有润滑油的 条件下，也会因接触处压强超过油膜张力的临界值， 破坏了油膜的形成而加剧表面的磨损。
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由以上分析可知，表面粗糙度对零件表面的磨损影 响很大。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越 好。但并不是表面粗糙度数值越小越耐磨，从图4-2实 验曲线可知，表面粗糙度值Ra与初期磨损量△o之间存 在着一个最佳值。此点所对应的是零件最耐磨的表面 粗糙度值。这是因为在零件表面粗糙度值过小的情况 下，紧密接触的两个光滑表面间贮油能力很差，致使 润滑条件恶化，两表面金属分子间产生较大亲合力， 因粘合现象而使表面产生“咬焊”，导致磨损加剧。 因此零件摩擦表面粗糙度值偏离最佳值太大，无论是 偏高还是偏低，都是不利的.