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加工后的零件表面上,具有的較小間距和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀特征稱為表面粗糙度,也稱為微觀不平度。表面粗糙度會影響機(jī)械零件的使用性能和壽命,特別是對在高溫、高壓和高速條件下工作的機(jī)械零件影響尤為嚴(yán)重,表面粗糙度對零件的使用性能有哪些影響?
一、對摩擦和磨損的影響
由于零件表面存在微觀不平度,當(dāng)兩個零件的表面相接觸時,實(shí)際上有效接觸面積只是名義接觸面積的一小部分,表面越粗糙,有效接觸面積就越小。在兩個零件做相對運(yùn)動時,開始階段由于接觸面小,壓強(qiáng)大,在接觸點(diǎn)的凸峰處會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形及剪切等現(xiàn)象,這樣凸峰很快就會被磨掉。
必須指出,并不是零件表面越光滑磨損量就一定越小。這是因?yàn)榱慵哪湍バ圆粌H受表面粗糙度的影響,還與磨損下來的金屬微粒的潤滑以及分子間的吸附作用等因素有關(guān)。
當(dāng)零件的表面過于光滑時,不利于在該表面上儲存潤滑油,易使相互運(yùn)動的表面間形成半干摩擦或干摩擦。所以,特別光滑的表面有時反而加劇磨損。
實(shí)踐證明,磨損量與評定參數(shù)Ra值之間的關(guān)系。一般情況下,粗糙度Ra值在0.8~0.4μm的表面具有極好的耐磨性。
二、對配合性能的影響
相配零件間的配合關(guān)系是用過盈量或間隙值來表示的。表面粗糙度會影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性,進(jìn)而影響機(jī)器或儀器的工作精度和可靠性。對于有相對運(yùn)動的間隙配合,如果太粗糙,初期磨損量就很大,配合間隙迅速加大,改變了配合性質(zhì),降低配合精度;
對于過盈配合,表面粗糙度越大,兩表面相配合時表面凸峰易被擠掉,會使過盈量減少,從而降低了配合件間連接強(qiáng)度,影響配合的可靠性。對于過渡配合表面,則兼有上述兩種配合的影響。因此配合質(zhì)量要求高時,表面的粗糙度值要小。
三、對疲勞強(qiáng)度的影響
零件的表面越粗糙,其表面的凹谷越深,波谷的曲率也就越小,應(yīng)力集中就會越嚴(yán)重。零件在交變載荷的作用下,其表面微觀不平的凹谷處和表面層的缺陷處容易引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生疲勞裂紋,造成零件的疲勞破壞。因此,對于一些承受交變載荷的重要零件,如曲軸的曲拐與軸頸交界處,精加工后常進(jìn)行光整加工,以減小零件的表面粗糙度值,提高其疲勞強(qiáng)度。
四、對接觸剛度的影響
零件表面越粗糙,兩個零件表面間的實(shí)際接觸面積也就越小,單位面積受力也就越大,這就會使峰尖處的局部塑性變形加劇,接觸剛度降低,導(dǎo)致影響機(jī)器的工作精度和抗振性。
五、對抗腐蝕性的影響
零件的耐蝕性在很大程度上取決于表面粗糙度。大氣中所含氣體和液體與金屬表面接觸時,會凝聚在金屬表面土而使金屬腐蝕。表面粗糙度值越大,加工表面與氣體、液體接觸的面積越大,腐蝕物質(zhì)越容易沉積于凹坑中,耐蝕性能就越差。因此,減小零件表面粗糙度值,可以提高零件的耐腐蝕性能。
表面粗糙度對零件的使用性能的影響還有其他方面的影響。例如,對于液壓缸和滑閥,較大的表面粗糙度值會影響密封性;對于工作時滑動的零件,合適的表面粗糙度值能提高運(yùn)動的靈活性,減少發(fā)熱和功率損失;零件表面層的殘余應(yīng)力會使加工好的零件因應(yīng)力重新分布而變形,從而影響其尺寸和形狀精度等??傊岣呒佑癖砻尜|(zhì)量,對保證零件的使用性能、提高零件的使用壽命是很重要的。