車床工件表面粗糙度的原因及措施

郭立軍　隋鉉

【摘 要】主要分析了影響車床工件表面粗糙度的各種因素，及改善表面質(zhì)量的幾種方法。

【關(guān)鍵詞】車床工件；表面粗糙度；原因；措施

各種車床都有其最經(jīng)濟(jì)、最適合達(dá)到的表面粗糙度范圍，如果要求達(dá)到的粗糙度水平超過(guò)其經(jīng)濟(jì)水平，將導(dǎo)致成本急劇上升，如果要求達(dá)到的粗糙度水平太低則會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，要綜合考慮與分析切削加工中影響表面粗糙度的各種因素，包括刀具的選擇與利用、切削速度和進(jìn)給量等，來(lái)達(dá)到要求的表面粗糙度。

1.影響工件表面粗糙度的因素

1.1殘留面積

兩條切削刃在已加工表面上殘留未被切去部分的面積，稱為殘留面積，殘留面積越大，高度就越高，則表面粗糙度值越大。

1.2積屑瘤

用于等速度切削塑性金屬產(chǎn)生積屑瘤以后，因積屑瘤既不規(guī)則又不穩(wěn)定，所以，一方面其不規(guī)則部分代替切削刃切削，留下深淺不一的痕跡；另一方面，一部分脫落的積屑瘤嵌入工件已加工表面，使之形成硬點(diǎn)和毛刺，表面粗糙度值增大。

1.3振動(dòng)

刀具、工件或車床部件產(chǎn)生周期性振動(dòng)，會(huì)使已加工表面出現(xiàn)周期性的波紋，糙度明顯增大。

2.減小工件表面粗糙度的方法

生產(chǎn)中若發(fā)現(xiàn)工件表面粗糙度達(dá)不到技術(shù)要求，應(yīng)首先觀察表面粗糙度增大的現(xiàn)象，分析產(chǎn)生的原因，找出影響表面粗糙度的主要因素，然后提出解決的方法。介紹幾種常見的表面粗糙度增大的現(xiàn)象和解決的方法。

2.1殘留面積的高度引起的表面粗糙度增大

應(yīng)減小刀具主偏角和副偏角（一般減小偏角對(duì)減小表面粗糙度效果明顯），增大刀尖圓弧半徑，減小進(jìn)給量。

2.2工件表面產(chǎn)生毛刺引起表面粗糙度增大

工件表面上產(chǎn)生毛刺，一般是由于積屑瘤引起的，這時(shí)可用改變切削速度的方法來(lái)抑制積屑瘤的產(chǎn)生和長(zhǎng)大，如用高速鋼車刀時(shí)應(yīng)降低切削速度，使其小于5m/min，并加注切削液；用硬質(zhì)合金車刀時(shí)應(yīng)增大切削速度，避開最易產(chǎn)生積屑瘤的中速范圍（15-30-m/min）。因此，應(yīng)盡量減小前、后刀面的表面粗糙度，及時(shí)重磨或更換刀具，經(jīng)常保持刀具的鋒利。

2.3切屑擦毛工件表面

切屑擦毛的工件表面一般是無(wú)規(guī)則的很淺的劃紋，這時(shí)應(yīng)選用負(fù)值刃傾角的車刀，使切屑流向工件待加工表面，并采用斷屑或卷屑措施。

2.4振動(dòng)引起工件表面粗糙度增大

振動(dòng)引起工件表面粗糙度增大所需采用的解決辦法如下：

（1）調(diào)整主軸間隙，提高軸承精度，調(diào)整大、中、小滑板塞鐵，使間隙小于0.04mm；（2）合理選擇刀具幾何參數(shù)，經(jīng)常保持切削刃光潔和鋒利，增加刀具的安裝剛度；（3）增加工件的安裝剛度。工件裝夾時(shí)不宜懸伸太長(zhǎng)，裝夾細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)應(yīng)用中心架；（4）選擇較小的背吃刀量和進(jìn)給量，或降低切削速度。

2.5改善工件材料的性能

采用熱處理工藝以改善工件材料的性能是減小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金屬組織的晶粒越均勻，粒度越細(xì)，加工時(shí)越能獲得較小的表面粗糙度值。為此對(duì)工件進(jìn)行正火或回火處理后再加工，能使加工表面粗糙度值盼顯減小。

2.6選擇合適的切削液

切削液的冷卻和潤(rùn)滑作用均對(duì)減小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是潤(rùn)滑作用，當(dāng)切削潤(rùn)滑液中含有表面活性物質(zhì)如硫、氯等化合物時(shí)，潤(rùn)滑性能增強(qiáng)，能使切削區(qū)金屬材料的塑性變形程度下降，從而減小了加工表面的粗糙度值。

2.7選擇合適的刀具材料

不同的刀具材料，由于化學(xué)成分的不同，在加工時(shí)刀面硬度及刀面粗糙度的保持性，刀具材料與被加工材料金屬分子的親合程度，以及刀具前后刀面與切屑和加工表面間的摩擦系數(shù)等均有所不同。

2.8防止或減小工藝系統(tǒng)振動(dòng)

工藝系統(tǒng)的低頻振動(dòng)，一般在工件的加工表面上產(chǎn)生表面波度，而工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)將對(duì)加工的表面粗糙度產(chǎn)生影響。為降低加工的表面粗糙度值，則必須采取相應(yīng)措施以防止加工過(guò)程中高頻振動(dòng)的產(chǎn)生。

3.實(shí)際操作

3.1高速鋼車刀刃磨的一般步驟和方法

高速鋼車刀刃磨的一般步驟和方法如下：

（1）刃磨后刀面。其目的是磨出車刀的主偏角和后角。刃磨前，將車刃刀柄向左偏斜，使刀柄中心線與砂輪圓周面之間形成主偏角大小的角度，并把刀頭抬起，使刀柄底線與水平面之間的夾角成后角大小的角度。刃磨時(shí)，將車刀的后刃面自下而上地慢慢接觸砂輪，并左右輕輕移動(dòng)，使砂輪在整個(gè)圓周面上與刀具接觸。

（2）刃磨副后刀面。其目的是磨出車刀的副偏角和側(cè)后角。刃磨副后刀面與刃磨主后刀面的方法基本相同、其不同點(diǎn)是要將車刃刀柄向片偏斜。

（3）刃磨前刀面。其目的是磨出車刀的前角和刃傾角，將前刀面面對(duì)砂輪，刀柄尾部向下傾斜，使主切削刃與刀柄的底面平行（此時(shí)刃傾角為零），并將車刀沿主切削刃向下傾斜成前角大小的角度。這時(shí)，將車刀沿主切削刃方向左右傾斜，若使刀尖在主切削刃的最高點(diǎn)，則刃傾角為負(fù)值；若使刀尖在主切削刃的最低點(diǎn)，則刃傾角為正值。

（4）刃磨過(guò)渡刃，在主切削刃與副切削刃之間刃磨過(guò)渡刃（刀尖圓?。Ｔ谌心r(shí)應(yīng)使車刀底平面與水平面之間的夾角（即過(guò)渡刃處的后角）與車刀的后角協(xié)調(diào)一致。

（5）精磨。在較細(xì)硬的砂輪上將車刀各面進(jìn)行仔細(xì)修磨，以修正車刀的幾何形狀和角度，使其符合要求，并減小車刀的表面粗糙度值。

（6）研磨。用平整的氧化鋁油石，輕輕研磨車刀的后刀面和過(guò)渡刃，并研磨去切削刃在刃磨時(shí)留下的毛刺，以進(jìn)一步降低各切削刃及各面的表面粗糙度值，從而提高車刀的耐用度。

3.2硬質(zhì)合金車刀刃磨的一般步驟和方法

以車削鋼料的90°主偏角車刀為例，介紹手工刃磨硬質(zhì)合金車刀的步驟。

（1）刃磨前準(zhǔn)備。先把車刀前刀面、后刀面上的焊渣磨去，并磨平車刀的底平面。

（2）刃磨后角和副后角。粗磨出的后角、副后角應(yīng)比所要求的角度大2°左右，刃磨時(shí)，采用粗粒度的綠色碳化硅砂輪。精磨后角和剮后角的方法，刃磨時(shí)，將車刀底平面靠在調(diào)整好角度的擱板上（沒(méi)有擱板時(shí)，手應(yīng)捏緊刀柄形成一定的角度），并使切削刃輕輕靠在砂輪的端面上。刃磨時(shí)，車刀應(yīng)左右緩慢移動(dòng)，使砂輪磨損均勻，切削刀刃口平直。砂磨時(shí)，采用細(xì)粒度的綠色碳化硅砂輪。

（3）刃磨斷屑槽。不同槽形對(duì)砂輪的外形有不同的要求，如刃磨圓弧形斷屑槽，必須先把砂輪的外因與平面的交角處用修砂輪的金剛石筆（或用硬砂條）修整成相應(yīng)的圓弧。刃磨時(shí)，刀尖可向下磨或向上磨。

（4）刃磨負(fù)倒棱。刃磨負(fù)倒棱的磨削方法可以采用直磨法和橫磨法。刃磨時(shí)，用力要輕，車刀要沿主切削刃的后端向刀尖方向擺動(dòng)。為了保證切削刃的質(zhì)量，最好采用直磨法。負(fù)倒棱的寬度一般為0.5一0.8mm，也可以用修磨后刀面來(lái)控制。

（5）刃磨過(guò)渡刃。過(guò)渡刃有直線形和圓弧形兩種。對(duì)于刃磨車削較硬材料的車刀時(shí)，可以在過(guò)渡刃上磨出負(fù)倒棱。對(duì)于大進(jìn)給量車刀，可用相同的方法在副切削刃上磨出修光刃。

（6）研磨。刃磨后的切削刃—般不夠平滑光潔，刃口呈鋸齒形。切削時(shí)，會(huì)影響工件表面粗糙度，所以刀磨后的車刀應(yīng)用金剛石進(jìn)行研磨，以消除刃磨后的殘留痕跡。

總之，在車床切削加工中，金屬加工件表面粗糙度形成的一系列相關(guān)因素以及控制措施。各措施相互聯(lián)系、相互影響。企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)綜合考慮各因素選擇出符合質(zhì)量、效益要求的合理值，為制定加工工藝、選擇設(shè)計(jì)刀具，提供直接依據(jù)。

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