機(jī)械制造基礎(chǔ)第八章(已修改)
2025-05-25 21:38 本頁(yè)面
【正文】 保證機(jī)器的使用性能和延長(zhǎng)使用壽命，需提高機(jī)器零件的 耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性、密封性、接觸剛度 等性能，主要取決于零件的表面質(zhì)量。 機(jī)械加工表面質(zhì)量是機(jī)械零件加工質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。是以機(jī)械零件的加工表面和表面層作為分析和研究對(duì)象的。 主要討論機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義、表面質(zhì)量對(duì)使用性能的影響、表面質(zhì)量產(chǎn)生的機(jī)理等。對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生的表面質(zhì)量問(wèn)題從理論上作出解釋?zhuān)岢鎏岣邫C(jī)械加工表面質(zhì)量的途徑。 本章提要 表面質(zhì)量是指機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。有兩部分： ⑴ 表面層的幾何形狀 表面粗糙度： 是指表面微觀幾何形狀誤差，其波高與波長(zhǎng)的比值在 L1/H1＜ 40的范圍內(nèi)。 表面波度： 是介于加工精度（宏觀幾何形狀誤差 L3/H3＞ 1000）和表面粗糙度之間的一種帶有周期性的幾何形狀誤差，其波高與波長(zhǎng)的比值在 40≤L2/H2≤1000的范圍。 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 圖 表面幾何形狀 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 ⑵ 表面層的物理機(jī)械性能 表面層冷作硬化（簡(jiǎn)稱(chēng)冷硬）： 零件在機(jī)械加工中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。 表面層金相組織的變化： 由于切削熱引起工件表面溫升過(guò)高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象。 表面層殘余應(yīng)力： 由于加工過(guò)程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 對(duì)零件耐磨性的影響 在摩擦副的材料、熱處理情況和潤(rùn)滑條件已經(jīng)確定的情況下， 零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定性的作用。 兩個(gè) 表面粗糙度值 很大的零件接觸，最初接觸的只是一些凸峰頂部，實(shí)際接觸面積比名義接觸面積小得多，這樣單位接觸面積上的壓力就很大，當(dāng)壓力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，凸峰部分產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)兩個(gè)零件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生剪切、凸峰斷裂或塑性滑移，初期磨損速度很快。 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 圖 表面粗糙度與初期 磨損量關(guān)系 曲線存在 最佳點(diǎn) ，對(duì)應(yīng)零件最耐磨的粗糙度，此時(shí)零件的初期磨損量最小。若載荷加重或潤(rùn)滑條件惡化，磨損曲線將向上向右移動(dòng)，最佳粗糙度值也隨之右移。 在表面粗糙度大于最佳值時(shí)，減小表面粗糙度值可減少初期磨損量。 但當(dāng)表面粗糙度小于最佳值時(shí)，零件實(shí)際接觸面積就增大，接觸面積之間的潤(rùn)滑油被擠出，金屬表面直接接觸，因金屬分子間的親和力而發(fā)生粘結(jié)（稱(chēng)為冷焊），隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，粘結(jié)處在剪切力的作用下發(fā)生撕裂破壞。有時(shí)還由于摩擦產(chǎn)生的高溫，使摩擦面局部熔化（稱(chēng)為熱焊）等原因，使接觸表面遭到破壞，初期磨損量反而急劇增加。 一對(duì)摩擦副在一定的工作條件下通常有一最佳粗糙度值，在確定機(jī)器零件的技術(shù)條件時(shí)應(yīng)該根據(jù)零件工作的情況及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定合理的粗糙度。 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 表面層的 冷硬 可顯著地減少零件的磨損。 原因： 冷硬提高了表面接觸點(diǎn)處的屈服強(qiáng)度，減少了進(jìn)一步塑性變形的可能性，并減少了摩擦表面金屬的冷焊現(xiàn)象。 但如果表面硬化過(guò)度，零件心部和表面層硬度差過(guò)大，會(huì)發(fā)生表面層剝落現(xiàn)象，使磨損加劇。 表面層產(chǎn)生金相組織變化時(shí)，由于改變了基體材料原來(lái)的硬度，因而也直接影響其耐磨性。 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 在周期性的交變載荷作用下，零件表面微觀不平與表面的缺陷一樣都會(huì)產(chǎn)生 應(yīng)力集中 現(xiàn)象，而且 表面粗糙度值 越大，即凹陷越深和越尖，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成和擴(kuò)展疲勞裂紋而造成零件的疲勞損壞。 加工紋路方向 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響更大，如果刀痕與受力方向垂直，則疲勞強(qiáng)度將顯著降低。 機(jī)械加工后的表面質(zhì)量 對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 零件表面的冷硬層能夠阻礙裂紋的擴(kuò)大和新裂紋的出現(xiàn) ，因?yàn)橛赡Σ翆W(xué)可知疲勞源的位
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