机械加工质量

机械零件的加工质量主要包括零件的加工精度和零件的表面加工质量。

一、加工精度的含义

加工精度是指零件加工后的实际几何参数(包括尺寸、形状和位置)对理想几何参数的符合程度。

加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面。

(1) 尺寸精度 

尺寸精度是指加工后零件表面本身或表面之间实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。

其中理想尺寸是指零件图上所标注的有关尺寸的平均值。

(2) 形状精度 

形状精度是指加工后零件表面实际形状与表面理想形状之间的符合程度。

其中表面理想形状是指绝对准确的表面形状，如圆柱面、平面、球面、螺旋面等。

(3) 位置精度 

位置精度是指加工后零件表面之间实际位置与表面之间理想位置的符合程度。

其中表面之间理想位置是绝对准确的表面之间位置，如两平面垂直、两平面平行、两圆柱面同轴等。 

二、 加工表面质量的含义

加工表面质量包括两个方面的内容：加工表面的几何形状误差和表面层的物理力学性能。

1．加工表面的几何形状误差

加工表面的几何形状误差主要包括表面粗糙度、波度和纹理方向等。

(1) 表面粗糙度  是加工表面的微观几何形状误差，表面粗糙度的波距小于1mm。

(2) 波度 加工表面不平度中波距在1～10 mm的几何形状误差，它是由机械加工中的振动引起的。

宏观几何形状误差是波距大于10 mm的加工表面不平度，例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴，

宏观几何形状误差不在本章讨论之列。

(3)纹理方向 纹理方向是机械加工时在零件加工表面形成的刀纹方向。它取决于表面形成过程中所的机械加工方法。

2．表面层的物理力学性能

由于机械加工中力因素和热因素的综合作用，使工件（加工中的零件，workpiece）加工表面的物理力学性能将发生一定的变化，主要反映在以下几个方面。

(1) 表面层金属的冷作硬化  

表面层金属硬度的变化用硬化程度和深度两个指标来衡量。在机械加工过程中，工件表面层金属都会有一定程度的冷作硬化，使表面层金属的显微硬度有所提高。一般情况下，硬化层的深度可达0.05～0.30mm；若采用滚压加工，硬化层的深度可达几个毫米。

(2) 表面层金属的金相组织变化  

机械加工过程中，切削热会引起表面层金属的金相组织发生变化。

(3) 表面层金属的残余应力  

由于切削力和切削热的综合作用，表面层金属晶格会发生不同程度的塑性变形或产生金相组织的变化，使表层金属产生残余应力。

三、加工表面质量对使用性能的影响

1. 表面质量对耐磨性的影响

1）表面粗糙度对耐磨性的影响

表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。

表面越粗糙，有效接触面积就越小，这样微观凸峰很快就会被磨掉。

若被磨掉的金属微粒落在相配合的摩擦表面之间，则会加速磨损过程，即使在有润滑液存在的情况下，也会因为接触点处压强过大，破坏油膜，产生磨粒磨损。

一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。

但是表面粗糙度值太小，有效接触面积会随着磨损增加而增大。

这是因为表面粗糙度值过小，零件间的金属微观粒子间亲和力增加，表面的机械咬合作用增大，且润滑液不易储存，磨损反而增加。

下图给出表面粗糙度数值与起始磨损量的关系曲线。

2) 表面纹理对耐磨性的影响

表面纹理形状及刀纹方向会影响有效接触面积与润滑液的存留，它们对耐磨性也有一定影响。

一般来说，尖峰状的表面纹理的摩擦副接触面压强大，零件表面的耐磨性较差；圆弧状、凹坑状表面纹理的摩擦副接触面压强小，零件表面耐磨性好。

在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动方向垂直时，耐磨性最差；其余情况居于上述两种状态之间。

3) 表面层的物理力学性能对耐磨性的影响

表面层金属的冷作硬化能够提高零件的耐磨性。一般地，冷作硬化可以提高表层显微硬度，减少接触部分变形，从而提高耐磨性。

2．表面质量对耐疲劳性的影响

1) 表面粗糙度对耐疲劳性的影响

表面粗糙度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，表面粗糙度值大，容易产生疲劳裂纹，其抵抗疲劳破坏的能力较差；表面粗糙度值小，表面缺陷少，工件耐疲劳性较好。

2) 表面层的物理力学性能对耐疲劳性的影响

表面层金属的冷作硬化一定会存在残余压应力，残余压应力在一定程度上能够阻止疲劳裂纹的生长，提高零件的耐疲劳强度。

3．表面质量对耐蚀性的影响

1) 表面粗糙度对耐蚀性的影响

零件的表面粗糙度对耐蚀性影响很大。表面粗糙度值小，有助于减少加工表面与外界气体、液体接触的面积，有助于减少腐蚀物质沉积，提高耐蚀性能。

2) 表面层力学物理性能对耐蚀性的影响

当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。

4．表面质量对零件配合质量的影响

零件的表面粗糙度一方面会影响零件磨损，间接影响零件配合质量；另一方面零件的表面粗糙度会影响配合表面的实际有效接触面积，影响接触刚度。

当承受较大载荷时，相配合的两两个表面微观变形较大，对零件配合产生影响。