淺析何謂機械加工表面質(zhì)量及其含義

機械加工后零件表面層的微觀幾何結(jié)構(gòu)及表層金屬材料性質(zhì)發(fā)生變化的情況。經(jīng)機械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在著不同程度的粗糙波紋、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只有極薄的一層（ 0.05～ 0 .15mm），但對機器零件的使用性能有著極大的影響；零件的磨損、腐蝕和疲勞破壞都是從零件表面開始的，特別是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)使機器正朝著精密化、高速化、多功能方向發(fā)展，工作在高溫、高壓、高速、高應(yīng)力條件下的機械零件，表面層的任何缺陷都會加速零件的失效。因此，必須重視機械加工表面質(zhì)量。

　　一、機械加工表面質(zhì)量的含義

　　機器零件的加工質(zhì)量不僅指加工精度，還包括加工表面質(zhì)量，它是零件加工后表面層狀態(tài)完整性的表征。機械加工后的表面，總存在一定的微觀幾何形狀的偏差，表面層的物理力學(xué)性能也發(fā)生變化。因此，機械加工表面質(zhì)量包括加工表面的幾何特征和表面層物理力學(xué)性能兩個方面的內(nèi)容。

　?。?一 ） 加工表面的幾何特征

加工表面的微觀幾何特征主要包括表面粗糙度和表面波度兩部分組成，如圖 5— 1所示。表面粗糙度是波距 L小于 1mm的表面微小波紋；表面波度是指波距 L在 1～ 20mm之間的表面波紋。通常情況下，當(dāng) L/H（波距 /波高）﹤ 50時為表面粗糙度， L/H=50～ 1000時為表面波度。 　　1 ．表面粗糙度 表面粗糙度主要是由刀具的形狀以及切削過程中塑性變形和振動等因素引起的，它是指已加工表面的微觀幾何形狀誤差。 　　2 ．表面波度 主要是由加工過程中工藝系統(tǒng)的低頻振動引起的周期性形狀誤差（圖 5— 1中 L 2/H 2 ），介于形狀誤差（ L 1/H 1﹥ 1000）與表面粗糙度（ L 3/H 3﹤ 50）之間。

（ 二 ）加工表面層的物理力學(xué)性能 　　表面層的物理力學(xué)性能包括表面層的加工硬化、殘余應(yīng)力和表面層的金相組織變化。機械零件在加工中由于受切削力和熱的綜合作用，表面層金屬的物理力學(xué)性能相對于基本金屬的物理力學(xué)性能發(fā)生了變化。圖 5— 2a所示為零件表面層沿深度方向的變化。zui外層生成有氧化膜或其他化合物，并吸收、滲進氣體粒子，稱為吸附層。吸附層下是壓縮層，它是由于切削力的作用造成的塑性變形區(qū)，其上部是由于刀具的擠壓摩擦而產(chǎn)生的纖維層。切削熱的作用也會使工件表面層材料產(chǎn)生相變及晶粒大小變化。 　　1 ．表面層的加工硬化 　　表面層的加工硬化一般用硬化層的深度和硬化程度 N來評定： 　　N= [ （ H-H 0 ） / H 0]× l00％ 　　式中 H ——加工后表面層的顯微硬度； 　　H 。——原材料的顯微硬度。 　　2 ．表面層金相組織的變化

　　在加工過程 （特別是磨削 ）中的高溫作用下，工件表層溫度升高，當(dāng)溫度超過材料的相變臨界點時，就會產(chǎn)生金相組織的變化，大大降低零件使用性能，這種變化包括晶粒大小、形狀、析出物和再結(jié)晶等。金相組織的變化主要通過顯微組織觀察來確定。

　　3 ．表面層殘余應(yīng)力

　　在加工過程中，由于塑性變形、金相組織的變化和溫度造成的體積變化的影響， 表面層會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 目前對 殘余應(yīng)力的判斷大多是定性的， 它對零件使用性能的影響大小取決于它的方向、大小和分布狀況。

　　二、表面完整性

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對產(chǎn)品的使用性能要求越來越高，一些重要零件需在高溫、高壓、高速的條件下工作，表面層的任何缺陷，直接影響零件的工作性能，為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在研究表面質(zhì)量的領(lǐng)域里提出了表面完整性的概念，主要有：

　?。ㄒ唬┍砻嫘蚊?主要描述加工后零件的幾何特征，它包括表面粗糙度、表面波度和紋理等。

　?。ǘ┍砻嫒毕?/p>

　　它是指加工表面上出現(xiàn)的宏觀裂紋、傷痕和腐蝕現(xiàn)象等，對零件的使用有很大影響。

　?。ㄈ┪⒂^組織和表面層的冶金化學(xué)性能

　　主要包括微觀裂紋、微觀組織變化及晶間腐蝕等。

　?。ㄋ模┍砻鎸游锢砹W(xué)性能

　　主要包括表面層硬化深度和程度、表面層殘余應(yīng)力的大小、分布。

　?。ㄎ澹┍砻鎸拥钠渌こ碳夹g(shù)特征

　　主要包括摩擦特性、光的反射率、導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性等。