机械加工表面质量对机械零件使用寿命的影响

future

１）表面质量对零件耐磨性的影响

零件的耐磨性与摩擦副的材料、润滑条件和零件的表面加工质量等因素有关。特别是在前两个条件已确定的条件下，零件的表面加工质量就起着决定性的作用。

零件的磨损可分为三个阶段，如图1-17所示。第Ⅰ阶段称初期磨损阶段。由于摩擦副开始工作时，两个零件表面互相接触，一开始只是在两表面波峰接触，实际的接触面积只是名义接触面积的一小部分。当零件受力时，波峰接触部分将产生很大的压强，因此磨损非常明显。经过初期磨损后，实际接触面积增大，磨损变缓，进进磨损的第Ⅱ阶段，即正常磨损阶段。这一阶段零件的耐磨性最好，持续的时间也较长。最后，由于波峰被磨平，表面粗糙度参数值变得非常小，不利于润滑油的储存，且使接触表面之间的分子亲和力增大，甚至发生分子粘合，使摩擦阻力增大，从而进进磨损的第Ⅲ阶段，即急剧磨损阶段。

表面粗糙度对摩擦副的初期磨损影响很大，但也不是表面粗糙度参数值越小越耐磨。图1-18是表面粗糙度对初期磨损量影响的实验曲线。从图中看到，在一定工作条件下，摩擦副表面总是存在一个最佳表面粗糙度参数值，最佳表面粗糙度Ra值约为0.32～1.25μm。

表面纹理方向对耐磨性也有影响，这是由于它能影响金属表面的实际接触面积和润滑液的存留情况。轻载时，两表面的纹理方向与相对运动方向一致时，磨损最小；当两表面纹理方向与相对运动方向垂直时，磨损最大。但是在重载情况下，由于压强、分子亲和力和润滑液的储存等因素的变化，其规律与上述有所不同。

表面层的加工硬化，一般能进步耐磨性0.5～l倍。这是由于加工硬化进步了表面层的强度，减少了表面进一步塑性变形和咬焊的可能。但过度的加工硬化会使金属组织疏松，甚至出现疲惫裂纹和产生剥落现象，从而使耐磨性下降。所以零件的表面硬化层必须控制在一定的范围之内。

２）表面质量对零件疲惫强度的影响

零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处轻易引起应力集中而产生疲惫裂纹，造成零件的疲惫破坏。试验表明，减小零件表面粗糙度值可以使零件的疲惫强度有所进步。因此，对于一些承受交变载荷的重要零件，如曲轴的曲拐与轴颈交界处，精加工后常进行光整加工，以减小零件的表面粗糙度值，进步其疲惫强度。

加工硬化对零件的疲惫强度影响也很大。表面层的适度硬化可以在零件表面形成一个硬化层，它能阻碍表面层疲惫裂纹的出现，从而使零件疲惫强度进步。但零件表面层硬化程度过大，反而易于产生裂纹，故零件的硬化程度与硬化深度也应控制在一定的范围之内。

表面层的残余应力对零件疲惫强度也有很大影响，当表面层为残余压应力时，能延缓疲惫裂纹的扩展，进步零件的疲惫强度；当表面层为残余拉应力时，轻易使零件表面产生裂纹而降低其疲惫强度。

３）表面质量对零件耐腐蚀性的影响

零件的表面粗糙度在一定程度上影响零件的耐腐蚀性。零件表面越粗糙，越轻易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。因此，减小零件表面粗糙度值，可以进步零件的耐腐蚀性能。
零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质不易进进，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则降低零件的耐腐蚀性。

４）表面质量对配合性质及零件其他性能的影响

相配零件间的配合关系是用过盈量或间隙值来表示的。在间隙配合中，假如零件的配合表面粗糙，则会使配合件很快磨损而增大配合间隙，改变配合性质，降低配合精度；在过盈配合中，假如零件的配合表面粗糙，则装配后配合表面的凸峰被挤平，配合件间的有效过盈量减小，降低配合件间连接强度，影响配合的可靠性。因此对有配合要求的表面，必须限定较小的表面粗糙度参数值。

零件的表面质量对零件的使用性能还有其他方面的影响。例如，对于液压缸和滑阀，较大的表面粗糙度值会影响密封性；对于工作时滑动的零件，恰当的表面粗糙度值能进步运动的灵活性，减少发热和功率损失；零件表面层的残余应力会使加工好的零件因应力重新分布而变形，从而影响其尺寸和外形精度等。

总之，进步加工表面质量，对保证零件的使用性能、进步零件的使用寿命是很重要的。