机械加工后表面质量的优化方案

1）表面质量的含义

表面质量是指零件加工后表面层的状态。表面质量的主要内容包括以下两部分。

（1）表面层的几何形状。表面粗糙度：是指表面微观几何形状误差，其波高与波长的比值在L1/H1＜40的范围内。

表面波度：是介于加工精度（宏观几何形状误差L3/H3＞1 000）和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差，其波高与波长的比值在40＜L2/H2＜1 000的范围，如图6-54所示。

图6-54　表面几何形状

（2）表面层的物理力学性能。表面层冷作硬化（简称冷硬）：在机械加工中，零件表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。

表面层金相组织的变化：由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。

表面层残余应力：是由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生的残余应力。

2）表面质量对零件使用性能的影响

（1）对零件耐磨性的影响。在摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件已经确定的情况下，零件的表面质量对耐磨性能起决定性的作用，表面粗糙度与初期磨损的关系如图6-55所示。(www.xing528.com)

表面粗糙度对耐磨性能的影响，还与粗糙度的轮廓形状及纹路方向有关。

表面层的冷硬可显著地减少零件的磨损。但如果表面硬化过度，零件心部和表面层硬度差过大，会发生表面层剥落现象，使磨损加剧。表面层产生金相组织变化时，由于改变了基体材料原来的硬度，因而也直接影响其耐磨性。

图6-55　表面粗糙度与初期磨损的关系

（2）对零件疲劳强度的影响。在周期性的交变载荷作用下，零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，应力集中越严重，越容易形成和扩展疲劳裂纹而造成零件的疲劳损坏。

零件表面的冷硬层能够阻碍裂纹的扩大和新裂纹的出现，冷硬可以提高零件的疲劳强度。但冷硬层过深或过硬则容易产生裂纹，反而会降低疲劳强度。所以冷硬要适当。

表面层的内应力对疲劳强度的影响很大。表面层残余的压应力能够部分地抵消工作载荷施加的拉应力，延缓疲劳裂纹扩展，而残余拉应力容易使已加工表面产生裂纹而降低疲劳强度。

（3）对零件抗腐蚀性能的影响。零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面四处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，故抗腐蚀性能越差。

表面冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，若有裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因此，表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。

（4）对零件的其他影响。表面质量对零件的配合质量、密封性能及摩擦系数都有很大的影响。