表面质量对配合要求的影响及优化方法

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：实验表明，最佳表面粗糙度Ra值大致为0.3～1.2μm。所以，对有配合要求的表面，应标注有相应的表面质量要求。影响表面粗糙度的工艺因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数及切削液等。因此，为了减小加工表面粗糙度值，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和提高材料的硬度。

1.表面质量的概念

机械加工的表面质量是指零件经加工后的表面层状态，包括如下两方面的内容。

（1）表面层的几何形状偏差

1）表面粗糙度。它指零件表面的微观几何形状误差。

2）表面波纹度。它指零件表面周期性的几何形状误差。

（2）表面层的物理、力学性能

1）冷作硬化。这是指表面层因加工中塑性变形而引起的表面层硬度提高的现象。

2）残余应力。这是指表面层因机械加工产生剧烈的塑性变形和金相组织的可能变化而产生的内应力。按应力性质分为拉应力和压应力。

3）表面层金相组织变化。这是指表面层因切削加工时产生的切削热而引起的金相组织的变化。

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零件的耐磨性不仅与材料及热处理有关，而且还与零件接触表面的粗糙度有关。当两个零件相互接触时，实质上只是两个零件接触表面上的一些凸峰相互接触，因此，实际接触面积比理论接触面积要小得多，从而使单位面积上的压力很大。当压力超过材料的屈服极限时，就会使凸峰部分产生塑性变形甚至被折断，或因接触面的滑移而迅速磨损。以后随着接触面积的增大，单位面积上的压力减小，磨损减慢。零件表面粗糙度值越大，磨损就越快，但这不等于说零件表面粗糙度值越小越好。如果零件表面粗糙度值小于合理值，则由于摩擦面之间的润滑油被挤出而形成干摩擦，反而使磨损加快。实验表明，最佳表面粗糙度Ra值大致为0.3～1.2μm。另外，如果零件表面有冷作硬化层或经淬硬，也可以提高零件的耐磨性。

（2）对零件疲劳强度的影响零件表面层的残余应力对疲劳强度的影响很大。当残余应力为拉应力时，在拉应力作用下，会使表面的裂纹扩大，降低零件的疲劳强度，缩短了产品的使用寿命；相反，当残余应力为压应力时，可以延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高了零件的疲劳强度。

冷作硬化对零件的疲劳强度影响也很大。表面层的加工硬化可以在零件的表面形成一个冷硬层，因而能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，提高零件的疲劳强度。但若零件表面层的冷硬程度与硬化深度过大，则反而易产生裂纹甚至剥落，故零件的冷硬程度与硬化深度应控制在一定范围之内。

（3）对零件配合性质的影响

在间隙配合中，如果配合表面粗糙，磨损后会使配合间隙增大，改变了原配合性质；在过盈配合中，如果配合表面粗糙，则装配后的表面的凸峰将被挤平，而使有效过盈量减小，降低了配合的可靠性。所以，对有配合要求的表面，应标注有相应的表面质量要求。

3.影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施

零件在切削加工过程中，由于刀具几何形状和切削运动引起的残留余量、粘结在刀具刃口上的积屑瘤在工件上划出的沟纹、工件与刀具之间的振动引起的振动波纹，以及刀具后面磨损造成的挤压与摩擦痕迹等，使零件上形成了凸凹不平的表面，凹凸不平的程度通常用表面粗糙度来衡量。影响表面粗糙度的工艺因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数及切削液等。

（1）工件材料一般韧度较大的塑性材料，加工后表面粗糙度值较大；而韧度较小的塑性材料，加工后易得到较小的表面粗糙度值。对于同种材料，其晶粒组织越大，加工表面粗糙度值也越大。因此，为了减小加工表面粗糙度值，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和提高材料的硬度。

（2）切削用量加工时，进给量越大，零件表面就越粗糙。因此，减小进给量可有效地减小表面粗糙度值。

切削速度对表面粗糙度的影响也很大。在中速切削塑性材料时，由于容易产生积屑瘤，且塑性变形较大，因此加工后零件表面粗糙度值较大。通常，采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表面粗糙度值有积极作用。

（3）刀具几何参数刀具的主偏角、副偏角以及刀尖圆弧半径对零件表面粗糙度有直接影响。在进给量一定的情况下，减小主偏角和副偏角，或增大刀尖圆弧半径，可减小表面粗糙度值。另外，适当增大刀具的前角和后角，减小切削变形和与前、后面间的摩擦，可抑制积屑瘤的产生，减小表面粗糙度值。

（4）切削液切削液的冷却和润滑作用能减少切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制积屑瘤的产生，从而可大大减小表面粗糙度值。

表面质量对配合要求的影响及优化方法

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