浅析何谓机械加工表面质量及其含义

机械加工后零件表面层的微观几何结构及表层金属材料性质发生变化的情况。经机械加工后的零件表面并非理想的光滑表面，它存在着不同程度的粗糙波纹、冷硬、裂纹等表面缺陷。虽然只有极薄的一层（ 0.05～ 0 .15mm），但对机器零件的使用性能有着极大的影响；零件的磨损、腐蚀和疲劳破坏都是从零件表面开始的，特别是现代化工业生产使机器正朝着精密化、高速化、多功能方向发展，工作在高温、高压、高速、高应力条件下的机械零件，表面层的任何缺陷都会加速零件的失效。因此，必须重视机械加工表面质量。

　　一、机械加工表面质量的含义

　　机器零件的加工质量不仅指加工精度，还包括加工表面质量，它是零件加工后表面层状态完整性的表征。机械加工后的表面，总存在一定的微观几何形状的偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。因此，机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面层物理力学性能两个方面的内容。

　　（ 一 ） 加工表面的几何特征

加工表面的微观几何特征主要包括表面粗糙度和表面波度两部分组成，如图 5— 1所示。表面粗糙度是波距 L小于 1mm的表面微小波纹；表面波度是指波距 L在 1～ 20mm之间的表面波纹。通常情况下，当 L/H（波距 /波高）﹤ 50时为表面粗糙度， L/H=50～ 1000时为表面波度。 　　1 ．表面粗糙度 表面粗糙度主要是由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素引起的，它是指已加工表面的微观几何形状误差。 　　2 ．表面波度 主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的周期性形状误差（图 5— 1中 L 2/H 2 ），介于形状误差（ L 1/H 1﹥ 1000）与表面粗糙度（ L 3/H 3﹤ 50）之间。

（ 二 ）加工表面层的物理力学性能 　　表面层的物理力学性能包括表面层的加工硬化、残余应力和表面层的金相组织变化。机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面层金属的物理力学性能相对于基本金属的物理力学性能发生了变化。图 5— 2a所示为零件表面层沿深度方向的变化。zui外层生成有氧化膜或其他化合物，并吸收、渗进气体粒子，称为吸附层。吸附层下是压缩层，它是由于切削力的作用造成的塑性变形区，其上部是由于刀具的挤压摩擦而产生的纤维层。切削热的作用也会使工件表面层材料产生相变及晶粒大小变化。 　　1 ．表面层的加工硬化 　　表面层的加工硬化一般用硬化层的深度和硬化程度 N来评定： 　　N= [ （ H-H 0 ） / H 0]× l00％ 　　式中 H ——加工后表面层的显微硬度； 　　H 。——原材料的显微硬度。 　　2 ．表面层金相组织的变化

　　在加工过程 （特别是磨削 ）中的高温作用下，工件表层温度升高，当温度超过材料的相变临界点时，就会产生金相组织的变化，大大降低零件使用性能，这种变化包括晶粒大小、形状、析出物和再结晶等。金相组织的变化主要通过显微组织观察来确定。

　　3 ．表面层残余应力

　　在加工过程中，由于塑性变形、金相组织的变化和温度造成的体积变化的影响， 表面层会产生残余应力。 目前对 残余应力的判断大多是定性的， 它对零件使用性能的影响大小取决于它的方向、大小和分布状况。

　　二、表面完整性

　　随着科学技术的发展，对产品的使用性能要求越来越高，一些重要零件需在高温、高压、高速的条件下工作，表面层的任何缺陷，直接影响零件的工作性能，为适应科学技术的发展，在研究表面质量的领域里提出了表面完整性的概念，主要有：

　　（一）表面形貌 主要描述加工后零件的几何特征，它包括表面粗糙度、表面波度和纹理等。

　　（二）表面缺陷

　　它是指加工表面上出现的宏观裂纹、伤痕和腐蚀现象等，对零件的使用有很大影响。

　　（三）微观组织和表面层的冶金化学性能

　　主要包括微观裂纹、微观组织变化及晶间腐蚀等。

　　（四）表面层物理力学性能

　　主要包括表面层硬化深度和程度、表面层残余应力的大小、分布。

　　（五）表面层的其他工程技术特征

　　主要包括摩擦特性、光的反射率、导电性和导磁性等。