關(guān)于表面粗糙度提高途徑的探討

睢雪亮

摘要：本文詳細(xì)地介紹了在日常的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，如何提高表面粗糙度的一些方法。

關(guān)鍵詞：表面粗糙度；提高措施；工件

表面粗糙度是零件表面所具有的微小峰谷的不平程度。一般說(shuō)來(lái)，它的波距和波高都比較小，是一種微觀的幾何形狀誤差。對(duì)機(jī)械加工表面，表面粗糙度是由切削時(shí)的刀痕，刀具和加工表面之間的摩擦，切削時(shí)的塑性變形，以及工藝系統(tǒng)中的高頻振動(dòng)等原因所造成的。表面粗糙度是檢驗(yàn)零件質(zhì)量的主要依據(jù)，它的選擇直接關(guān)系到生產(chǎn)成本、產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命。

一、減小切削加工表面粗糙度的措施

(1)刀具方面：在工藝系統(tǒng)剛度足夠時(shí)，采用較大的刀尖圓弧半徑re，較小副偏角k＇r，使用長(zhǎng)度比進(jìn)給量稍大一些的k＇r=0的修光刃；采用較大的前角r。加工塑性的材料，提高刀具的刃磨質(zhì)量，減小刀具前、后刀面的粗糙度數(shù)值，使其不大于Ra1.25μm；選用與工件親和力小的刀具材料；對(duì)刀具進(jìn)行氧、氮化處理；限制副刀刃上的磨損量；選用細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金做刀具等。

（2）工件方面：應(yīng)有適宜的金相組織（低碳鋼、低合金鋼中應(yīng)有鐵素體加低碳馬氏體、索氏體或片狀珠光體，高碳鋼、高合金鋼中應(yīng)有粒狀珠光體）；加工中碳鋼及中碳合金鋼時(shí)若采用較高切削速度，應(yīng)為粒狀珠光體；若采用較低切削速度，應(yīng)為片狀珠光體組織。合金元素中碳化物的分布要細(xì)勻；易切鋼中應(yīng)含有硫鉛等元素；對(duì)工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，提高硬度，降低塑性；減小鑄鐵中石墨的顆粒尺寸等。

（3）切削條件方面：以較高的切削速度切削塑性材料；減小進(jìn)給量；采用高效切削液；提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度，增強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度；采用超聲波振動(dòng)切削加工等。

二、減小磨削加工表面粗糙度參數(shù)值的措施

（1）砂輪特性方面：采用細(xì)粒度砂輪；提高磨粒切削刃的等高性；根據(jù)工件材料、磨料等選擇適宜的砂輪硬度；選擇與工件材料親和力小的磨料；采用適宜的彈性結(jié)合劑的砂輪，采用直徑較大的砂輪；增大砂輪的寬度等。

（2）砂輪修整方面：金剛石的耐磨性、刃口形狀、安裝角度應(yīng)滿足一定要求；選擇適當(dāng)?shù)男拚昧俊?/p>

（3）磨削條件方面：提高砂輪速度或降低工作速度，使V砂/V工的比值增大；采用較小的縱向進(jìn)給量、磨削深度，最后進(jìn)行無(wú)進(jìn)給光磨。正確選用切削液的種類、濃度比、壓力、流量和清潔度等；提高砂輪的平衡精度；提高主軸的回轉(zhuǎn)精度、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平衡性及整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度。

三、超精研、研磨、 珩磨和拋光加工

這些加工方法的特點(diǎn)是沒(méi)有與磨削深度相對(duì)應(yīng)的用量參數(shù)，一般只規(guī)定加工的壓強(qiáng)。加工時(shí)所用的工具由加工面本身導(dǎo)向，而相對(duì)于工件的定位基準(zhǔn)沒(méi)有確定的位置，所使用的機(jī)床也不需要具有非常精確的成形運(yùn)動(dòng)。所以這些加工方法的主要作用是降低表面粗糙度，而加工精度則主要由前面工序保證。采用這些方法加工時(shí)，其加工余量都不可能太大，一般只是前道工序公差的幾分之一。因此，這些加工方法均被稱為零件表面的光整加工技術(shù)。

1. 超精研

（1）概述：是降低零件表面粗糙度的一種有效的工藝方法。它是采用細(xì)粒度的磨條在一定的壓力和切削速度下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工的方法。加工中有三種運(yùn)動(dòng)：工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、磨條軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和磨條高速往復(fù)振擺運(yùn)動(dòng)。這三種運(yùn)動(dòng)使磨粒在工件表面上形成不重復(fù)的復(fù)雜軌跡。

（2）切削過(guò)程與磨削不同，一般可分為如下四個(gè)階段：

① 強(qiáng)烈切削階段：超精研加工時(shí)雖然磨條的磨粒細(xì)、壓力小，和工件與磨條之間易形成潤(rùn)滑油膜，但在開始研磨時(shí)，由于工件表面粗糙度，少數(shù)凸峰上的壓強(qiáng)很大，破壞了油膜，故切削作用強(qiáng)烈。

②正常切削階段：當(dāng)少數(shù)凸峰被研磨平之后，接觸面積增加，單位面積上的壓力下降，致使切削作用減弱而進(jìn)入正常切削階段。

③微弱切削階段：隨著接觸面積逐漸增大，單位面積上的壓力更低，切削作用微弱，且細(xì)小的切屑形成氧化物而嵌入磨條的空隙中，從而使磨條產(chǎn)生光滑表面，對(duì)工件表面進(jìn)行拋光。

④自動(dòng)停止切削階段：工件表面被研平，單位面積上的壓力極低，磨條與工件之間又形成油膜，不再接觸，故切削自動(dòng)停止。

2. 研磨

（1）概述：是一種常用的光整加工和精密加工方法。在采用精密的定型研磨工具的情況下，可以達(dá)到很高的尺寸精度和形狀精度，表面粗糙度可達(dá)Rz0.04～Rz0.4，多用于精密偶件、精密量規(guī)和精密量塊等的最終加工。它是通過(guò)介于工件與硬質(zhì)研具間磨料或研磨液的流動(dòng)，在工件和研磨劑之間產(chǎn)生機(jī)械摩擦或機(jī)械化學(xué)作用來(lái)去除微小加工余量的。

（2）研磨加工的特點(diǎn)：

①所有研具均采用比工件軟的材料制成，這些材料為鑄鐵、銅、青銅、巴氏合金、塑料及硬木等，有時(shí)也可用鋼做研具。

②研具加工不僅具有磨粒切削金屬的機(jī)械加工作用，同時(shí)還有化學(xué)作用。磨料混合液或研磨膏使工件表面形成氧化層，使之易于被磨料所切除，因而大大加速了研磨過(guò)程的進(jìn)行。

③研磨時(shí)研具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的，因此每一磨粒不會(huì)在工件表面上重復(fù)自己的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣就有可能均勻地切除工件表面的凸峰。

④研磨可以獲得很高的尺寸精度和低表面粗糙度，也可以提高工件表面的宏觀形狀精度，但不能提高工件表面間的位置精度。

3. 珩磨

珩磨加工也是常用的光整加工中的一種工藝方法，它不僅可以降低加工表面的粗糙度，而且在一定的條件下還可以提高工件的尺寸及形狀精度。珩磨加工基本上與超精研加工相同，開始時(shí)珩磨頭或珩磨輪與工件接觸面積小，單位面積壓力大，故切削作用強(qiáng)烈。隨著工件加工表面粗糙度的凸峰被逐漸磨平，壓強(qiáng)下降，磨粒的切削作用也就逐漸趨于停止。珩磨主要用于內(nèi)孔表面，但也可以對(duì)外圓或齒形表面進(jìn)行加工。珩磨加工后的表面粗糙度一般為Rz0.4～Rz3.2，在一定條件下還可達(dá)到Rz0.1以下。

4. 拋光

通常所說(shuō)的拋光與研磨并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，只是其工具由軟質(zhì)材料制成。當(dāng)被加工表面只要求低的粗糙度，而對(duì)形狀精度沒(méi)有嚴(yán)格要求時(shí)，就不能用硬的研具而只能用軟的研具進(jìn)行拋光加工。拋光常用于去掉前工序所留下來(lái)的痕跡，或者用于“打光”已精加工過(guò)的表面。為了得到光亮美觀的表面和提高疲勞強(qiáng)度，或?yàn)殄冦t等做準(zhǔn)備，也常采用拋光加工。

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（河南工業(yè)技師學(xué)院）