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1、机械制造技术 机械加工质量的基础 1、机械加工质量内容 机械加工质量的基础 机械加工质量通常包括机械加工后表面几何方面的质量和材料性 能方面的质量。 (1)加工表面的几何特征 几何方面的质量是直机械加工后最外层表面与周围环境间界面的 几何形状误差。它分为宏观几何形状误差和微观几何形状误差。 零件加工表面的粗糙度与波度 加工表面的微观几何形状主要包括表面粗糙度和表面波度。根据加工 表面轮廓的特征(波距L与波高H的比值),可将表面轮廓分为以下3种: L/H1000称为宏观几何形状误差,例如圆度误差、圆柱度误差等, 它们属于加工精度范畴; L/H= 501000,称为波度,它是由机械加工振动引起的;
2、 L/H50,称为微观几何形状误差,亦称表面粗糙度。如图4-1所示。 (2)材料性能方面的质量 机械加工后。零件一定深度表面层的物理力学性能等方 面的质量与基体相比发生了变化,称加工表面变质层。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺) 1) 表面层加工硬化 机械加工过程中产生的塑性变形,使晶格扭 曲、崎变,晶粒间产生滑移,晶粒被拉长等,这些都会使表面层 金属硬度增加、塑性下降,通称为加工硬化(或冷作硬化)。 2) 表面层金相组织变化 机械加工过程中由于切削热的作用,有 可能使表面层金属的金相组织发生变化。例如磨削淬火钢时,磨 削热的作用会引起淬火钢中
3、马氏体的分解,或出现回火组织等。 3) 表面层残余应力 由于切削力和切削热的综合作用,表面层金 属晶格的变形或金相组织变化,会造成表面层残余应力。表面层 残余应力若为拉应力,则用“+”表示;反之,则用“-”表示。 2、机械加工误差与机械加工精度 机械加工精度是指零件加工后实际几何参数(包括尺寸、形状和位置) 与理想几何参数的复合程度。它们之间的偏离程度则为加工误差。从 保证机器要求的工作性能来看,没有必要把零件的有关几何参数制造 得绝对准确。只要不影响机器的工作性能,就允许这些几何参数在一 定的范围内变动,也就是允许有一定的误差。 加工误差的大小反映了加工精度的高低。加工精度包括以下三个方面
4、的内容: 尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度 。 三者之间存在如下关系:当尺寸精度要求高时,相应的位置精度和 形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内,位置公差应限 制在尺寸公差内;当形状精度要求高时,相应的位置精度和尺寸精 度不一定要求高。 一般情况下,零件的加工精度越高,则加工成本相对越高,生产率 则相对越低。因此,设计人员应根据零件的使用要求,合理地规定 零件的加工精度。工艺人员则应根据设计要求和生产条件等采用合 理的工艺方法,以保证加工误差不超过允许的范围,并在此前提下 尽量提高生产率和降低生产成本。 3、机械加工表面质量及其对零件使用性能的影响 磨损过程的基本规律 (1)表面质
5、量对零件耐磨性的影响 零件的耐磨性主要与摩擦副的材料及润滑条件有关; 但在这些条件已经确定的情况下,零件的表面质量就起决定性的作用。 零件磨损的三个阶段:初期磨损阶段,正常磨损阶段,急剧磨损阶段。 一对摩擦副在一定的工作条件下通 常有一最佳粗糙度,过大或过小的 粗糙度均会引起工作时的严重磨损。 初期磨损量与表面粗糙度的关系 表面纹理方向对耐磨性也有影响,这是因为它能影响金属表面的实际接触 面积和润滑液的存留情况。在轻载运动副中,两相对运动零件表面的刀纹 方向均与运动方向相同时,耐磨性好;两者的刀纹方向均与运动方向垂直 时,耐磨性差,这是因为两个摩擦面在相互运动中,切去了妨碍运动的加 工痕迹。但
6、在重载时,两相对运动零件表面的刀绞方向均与相对运动方向 一致时容易发生咬合,磨损量反而大;两相对运动零件表面的刀纹方向相 互垂直,且运动方向平行于下表面的刀绞方向,磨损量较小。 表面层的加工硬化,一般能提高耐磨性0.5l倍。这是因为加工硬化提高了 表面层的强度,减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但过度的加工 硬化会使金属组织疏松,甚至出现疲劳裂纹和产生剥落现象,从而使耐磨 性下降。所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围之内。 (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,
7、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,如曲轴的曲拐与轴颈交界处,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。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺) 加工硬化对零件的疲劳强度影响也很大。表面层的适度硬化可以在 零件表面形成一个硬化层,它能阻碍表面层疲劳裂纹的出现,从而 使零件疲劳强度提高。但零件表面层硬化程度过大,反而易产生裂 纹,故零件的硬化程度与硬化深度也应控制在一定的范围之内。 表面层的残余应力对零件疲劳强度也有很大影响,当表面层为残余 压应力时,能延缓疲劳裂纹的扩展,
8、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。 (3)表面质量对零件耐腐蚀性的影响 大气中所含的气体和液体与零件接触时会凝聚在零件表面上,使表面腐蚀。 零件表面粗糙度越大,加工表面与气体、液体接触面积越大,腐蚀作用就 越强烈。加工表面的冷作硬化和残余应力,使表层材料处于高能位状态, 有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度,控制表面的加工硬化和残余应力, 可以提高零件的抗腐蚀性能。 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。 (4)表面质量对配合性质及零件其他性能的影响 相配零件间的配合性
9、质是由过盈量或间隙量来决定的。在间隙配合中,如果零 件配合表面的粗糙度大,则由于磨损迅速使得配合间隙增大,从而降低了配合 质量,影响了配合的稳定性;在过盈配合中,如果表面粗糙度大,则装配时表 面波峰被挤平,使得实际有效过盈量减少,降低了配合件的联接强度,影响了 配合的可靠性。因此,对有配合要求的表面应规定较小的表面粗糙度值。 在过盈配合中,如果表面硬化严重,将可能造成表面层金属与内部金属脱落的 现象,从而破坏配合性质和配合精度。表面层残余应力会引起零件变形,使零 件的形状、尺寸发生改变,因此,它也将影响配合性质和配合精度。 (5)其他影响 零件的表面质量对零件的使用性能还有其他方面的影响。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变形,从而 影响其尺寸和形状精度等。 总之,提高加工表面质量,对保证零件的使用性能、提高零件的使用寿 命是很重要的。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺) 谢谢观看
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