机械制造技术基础第十一章

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第十一章 机械加工表面质量 表面质量的含义及其对零件使用性能的影响 表面粗糙度及其影响因素 提高机械加工表面的方法 振动对表面质量的影响及其控制

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第一节表面质量的含义及其对零件使用性能的影响一、表面质量的含义

表面的几何特征： 表面粗糙度 表面波度 表面加工纹理和伤痕；

表面层力学物理性能： 表面层加工硬化 表面层金相组织的变化 表面层残余应力

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加工表面的几何形状特征

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加工表面的几何形状特征 表面粗糙度

加工表面的微观几何形状误差 ,波长与波高 (L3/H3)的比值小于50 我国表面粗糙度的现行标准为：GB/T131-93。 (推荐性国家标准) 表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差Ra、微 观不平度十点高度Rz或轮廓最大高度Ry的数 值大小表示。 推荐优先采用Ra第十一章

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加工表面的几何形状特征 表面波度

形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误 差。它主要是由机械加工过程中工艺系统低 频振动造成的，如图2所示，波长与波高 (L2/H2)的比值一般为50~1000。 表面波度有磨削表面波度标准(JB/Z168— 81),尚无国家标准

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加工表面的几何形状特征纹理方向

表面刀纹的方向 它取决于表面形成所采用的机械加工方法 一般对运动副或密封件要求纹理方向

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加工表面的物理力学性能的变化 表面层因塑性变形引起的加工硬化(冷作硬 化) 表面层因力或热的作用产生的残余应力 表面层因切削热或磨削热的作用引起的金相 组织变化

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2.表面质量对使用性能的影响(1)表面质量对零件耐磨性的影响 零件磨损三个阶段：

初期磨损阶段正常磨损阶段 剧烈磨损阶段 表面金相组织的变 表面加工硬化使表 一般来说表面粗糙 化会导致表层硬度 层硬度增加耐磨性 度值越小耐磨性越 发生变化，影响零 提高。但硬化过度 好。但太小不易储 件的耐磨性。 会使表层剥落，加 油接触面发生分子

快零件的磨损。 粘接，磨损增加。第十一章

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(2)表面质量对疲劳强度的影响表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差； 表面残余拉应力促使裂纹扩展，压应力阻止裂纹扩展； 表层加工硬化适度会提高疲劳强度，过大易产生裂纹

(3)表面质量对耐腐蚀性的影响表面粗糙度值越大，抗腐蚀性越差； 表层加工硬

化及金相组织变化易产生内应力，导致应力 腐蚀开裂，降低零件腐蚀性，而压应力有利微裂纹闭合

(4)表面质量对配合质量的影响表面粗糙度值越大，零件配合精度越低。第十一章

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二、表面质量对零件使用性能的影响表面粗糙度对零件耐磨性的影响

表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。 表面粗糙度值越小，其耐磨性越好 但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生 分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增 加 零件的耐磨性而言，最佳表面粗糙度Ra的值 在0.8μ m~0.2μ m之间为宜

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刀纹方向对零件耐磨性的影响 轻载时，摩擦副表面纹理方向与相对运动方 向一致时，磨损最小 重载时，由于压强、分子亲和力和储存润滑 油等因素的变化，摩擦副的两个表面纹理相 垂直、且运动方向平行与下表面的纹路方向 时，磨损最小。而两个表面纹理方向均与运 动方向一致时易发生咬合，故磨损量反而最 大。第十一章

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冷作硬化对零件耐磨性的影响 表面层的加工硬化使零件的表面层硬度提高， 从而表面层处的弹性和塑性变形减小，磨损 减少，使零件的耐磨性提高 但硬化过度时，会使零件的表面层金属变脆， 磨损会加剧，甚至出现剥落现象，所以零件 的表面硬化层必须控制在一定范围内

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表面质量对零件耐疲劳性的影响： 表面粗糙度对零件耐疲劳性的影响: 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。 表面层的残余应力对零件疲劳强度的影响 当表面层为残余压应力时，能延缓疲劳裂纹的扩展，提高零件的 疲劳强度；当表面层为残余拉应力时，容易使零件表面产生裂纹 而降低其疲劳强度。 加工硬化对零件的疲劳强度的影响: 表面层的加工硬化可以在零件表面形成一个冷硬层，因而能阻碍 表面层疲劳裂纹的出现，从而使零件疲劳强度提高。但零件表面 层冷硬程度过大，反而易于产生裂纹，故零件的冷硬程度与硬化 深度应控制在一定范围之内。第十一章

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表面质量对零件耐腐蚀性的影响 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耐腐蚀性。

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