机械加工表面质量对零件使用性能的影响

如前所述，零件的机械加工表面不可避免地存在微观不平、残余应力等各种缺陷，这些缺陷的严重程度即体现了加工表面质量的优与劣。这些缺陷虽然仅存在于零件极薄的表面层中，却错综复杂地影响着机械零件的精度、耐磨性、配合性质的保持、抗腐蚀性和疲劳强度等使用性能，从而影响产品的使用性能和使用寿命。

1.表面质量对耐磨性的影响

两个零件的表面相互接触时，由于表面总是存在一定程度的粗糙不平，实际上不是全部表面接触，而只是一些凸峰接触，一个表面的凸峰可能伸入另一表面的凹谷中，形成犬牙交错。由试验知，两车铣加工后的表面实际接触面积为15%～20%;细磨过的两表面为30%～50%;经超精加工、珩磨、研磨后的两表面为90%～97%。

当零件受到正压力时，两表面的实际接触部分产生很大的压强，两表面相对运动时，实际接触的凸峰处产生弹性变形、塑性变性、剪切等现象，产生较大的摩擦阻力，引起表面的磨损，从而在一定程度上使零件原有精度有所丧失。

实践表明，表面粗糙度对磨损的影响极大，适当的表面粗糙度可以有效减轻零件的磨损，但表面粗糙度值过低，也会导致磨损加剧。因为表面如此光滑，存储润滑油的能力很差，金属分子的吸附力增大，难以获得良好的润滑条件，紧密接触的两表面便会发生分子黏合现象而咬合起来，金属表面发热而产生胶合，导致磨损加剧。

表面加工纹理方向对摩擦也有很大影响，当表面纹理与相对运动方向重合时，摩擦阻力最大;当两者间呈一定角度或表面纹理方向无规则时，摩擦阻力最小。

2.表面质量对零件配合性质的影响

对于相互配合的零件，无论是间隙配合(Clearance Fit)、过渡配合(Transition Fit)，还是过盈配合(Interference Fit)，如果配合表面的粗糙度值过大，必然会影响到它们的实际配合性质。

对于间隙配合的表面，如果粗糙度值过大，相对运动时摩擦磨损就大，经初期磨损后配合间隙就会增大很多，从而改变了应有的配合性质，甚至使得机器出现漏气、漏油或晃动而不能正常工作。

对于过盈配合的表面，在将轴压入孔内时，配合表面的部分凸峰会被挤平，使实际过盈量减小，若表面粗糙度值过大，即使设计时对过盈量进行一定补偿，并按此进行加工，取得有效的过盈量，但其配合的强度与具有同样有效过盈量的低粗糙度配合表面的过盈配合相比，仍要低得多。

因此，有配合要求的表面一般都要求有适当小的表面粗糙度，配合精度越高，要求配合表面的粗糙度越小。

3.表面质量对疲劳(Fatigue)性能的影响(www.xing528.com)

在交变载荷作用下，零件表面的微观不平、划痕和裂纹等缺陷会引起应力集中现象，在零件表面的微观低凹处的应力容易超过材料的疲劳极限而出现疲劳裂纹，造成疲劳损坏。

一般说来，表面粗糙度值越高，其疲劳强度(Fatigue Strength)也越低，并且，越是优质钢材，晶粒越细小、组织越致密，则表面粗糙度对疲劳强度的影响也越大。加工表面粗糙度的纹理方向对疲劳强度也有较大影响，当其方向与受力方向垂直时，则疲劳强度将明显下降。实验表明，对于承受交变载荷的零件，减少其容易产生应力集中(Stress Concentration)部位(如圆角、沟槽处)的表面粗糙度可以明显提高零件的疲劳强度。

表面层一定程度的加工硬化能阻碍疲劳裂纹(Fatigue Crack)的产生和已有裂纹的扩展，提高零件的疲劳强度，但加工硬化程度过高时，常产生大量显微裂纹而降低疲劳强度。

表面层的残余应力对疲劳强度也有很大的影响。若表面层的残余应力为压应力，则可部分抵消交变载荷引起的拉应力，延缓疲劳裂纹的产生和扩展，从而提高零件的疲劳强度。若表面层的残余应力为拉应力，则易使零件在交变载荷作用下产生裂纹而降低零件的疲劳强度。实验表明，零件表面层的残余应力不相同时，其疲劳强度可能相差数倍至数十倍。

4.表面质量对零件抗腐蚀(Corrosion-resisting)性能的影响

当零件在有腐蚀性介质的环境中工作时，腐蚀性介质容易吸附和积聚在粗糙表面的凹谷处，并通过微细裂纹向内渗透。表面粗糙度值越高，凹谷越深、越尖锐，尤其是当表面有裂纹时，对零件的腐蚀作用就越强烈。当表面层存在残余压应力时，有助于表面微细裂纹的封闭，阻碍侵蚀作用的扩展。因此，减少零件表面粗糙度，使表面具有适当的残余应力和加工硬化，均可提高零件的抗腐蚀性能。

5.其他影响

除以上所述外，零件表面质量对其使用性能还有以下其他方面的影响。

对于滑动零件，恰当的表面粗糙度能提高其运动灵活性，减少发热和功率损失，对于液压油缸和滑阀，较大的表面粗糙度值还会影响其密封性;残余应力可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，从而影响其尺寸和形状精度。

对于两相互接触的表面，表面质量对接触刚度(Contact Stiffness)也有影响，表面粗糙度值越大，接触刚度越小。