机械加工表面质量的含义

    任何机械加工方法所获得的加工表面都不可能是绝对理想的表面，总存在着表面粗糙度、表面波度等微观几何形状误差。表面层的材料在加工时还会发生物理、力学性能变化，以及在某些情况下发生化学性质的变化。图1(a)表示加工表层沿深度方向的变化情况。在最外层生成氧化膜或其他化合物，并吸收、渗进了气体、液体和固体的粒子，称为吸附层，其厚度一般不超过8μm。压缩层即为表面塑性变形区，由切削力造成，厚度约为几十至几百微米，随加工方法的不同而变化。其上部为纤维层，是由被加工材料与刀具之间的摩擦力所造成的。另外，切削热也会使表面层产生各种变化，如同淬火、回火一样使材料产生相变以及晶粒大小的变化等。因此，表面层的物理力学性能不同于基体，产生了如图1(b)、(c)所示的显微硬度和残余应力变化。

（a）        （b）          （c）

图1  加工表面层沿深度方向的变化情况

（a）加工变质层 （b）变质层显微硬度 （c）变质层残余应力

      机械零件的加工质量，除了加工精度外，还包含表面质量（表面完整性）。了解影响机械加工表面质量的主要工艺因素及其变化规律，对保证产品质量具有重要意义。

    机械加工表面质量的含义有两方面的内容：

   （１）表面的几何特性

    如图2所示，加工表面的几何形状，总是以“峰”“谷”形式交替出现，其偏差又有宏观、微观的差别。

①表面粗糙度  它是指加工表面的微观几何形状误差，如图2所示，其波长L_３与波高H₃的比值一般小于50，主要由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素决定。

   ②表面波度  它是介于宏观几何形状误差（L1／H₁>1000）与微观表面粗糙度（L₃／H₃<50）之间的周期性几何形状误差。它主要是由机械加工过程中工艺系统低频振动所引起的，如图2所示，其波长L₂与波高H₂的比值一般为50～1000。一般以波高为波度的特征

图2  表面几何特性

参数，用测量长度上五个最大的波幅的算术平均值ω表示，即

ω＝（ω₁＋ω₂＋ω₃＋ω₄＋ω₅）／5                      （1-4）

   ③表面纹理方向  它是指表面刀纹的方向，取决于该表面所采用的机械加工方法及其主运动和进给运动的关系。一般对运动副或密封件有纹理方向的要求。

    ④伤痕  在加工表面的一些个别位置上出现的缺陷。它们大多是随机分布的，例如砂眼、气孔、裂痕和划痕等：

（２）表面层物理、化学和力学性能

   由于机械加工中切削力和切削热的综合作用，加工表面层金属的物理、力学和化学性能发生一定的变化，主要表现在以下三个方面：

●表面层加工硬化（冷作硬化）。

●表面层金相组织变化及由此引起的表层金属强度、硬度、塑性及耐腐蚀性的变化。

●表面层产生残余应力或造成原有残余应力的变化。