切削加工中影響已加工表面粗糙度的因素分析

陶韻暉

摘 要：粗糙度是衡量工件表面質(zhì)量的重要指標，其一方面直接決定了產(chǎn)品的外觀精美程度，另一方面也影響著機器裝配的質(zhì)量及零件使用壽命。該文通過對表面粗糙度影響因素的深入分析，旨在找出有效降低表面粗糙度值而提高零件表面質(zhì)量的有效途徑。

關(guān)鍵詞：切削加工 表面粗糙度 因素 措施

中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0083-01

1 已加工表面的粗糙度對性能的影響

切削時，工件材料在切削刃的擠壓下，在復雜而集中的應力下形成已加工表面，又受到了切削刃鈍圓部分與刀面的擠壓、磨擦和回彈后，零件的表面狀態(tài)，對零件的使用性能有很大的影響。如零件表面粗糙度值會對其使用性能產(chǎn)生影響，特別是耐磨性、穩(wěn)定性、密封性、接觸剛度、測量精度、疲勞強度和耐腐蝕性等特性；如果機器長時間處于高速、高壓和高溫條件，表面粗糙度值則是影響與決定機械運轉(zhuǎn)性能、部件使用壽命的最為關(guān)鍵的因素。

2 影響已加工表面粗糙度的原因

2.1 殘留面積高度

在對工件進行切削時，受到刀具和工件相對運動、刀具幾何形狀等因素的影響，會存在部分金屬未被切除、殘留在加工工件表面上的情況，造成了表面的不光整，殘留面積高度越小，表面粗糙度值也愈小，表面質(zhì)量越高。相反表面質(zhì)量越差。

2.2 積屑瘤

工件切削過程中，由于受到前刀面擠壓、磨擦等作用下，會導致切屑底層金屬受流動緩慢影響而形成滯留層，同時形成與釋放大量的切削熱，切屑小顆粒在高溫或者高壓環(huán)境作用下出現(xiàn)融化、軟化而黏附在前刀面的刀尖等部分，隨著加工時間的增長會進一步硬化而形成不規(guī)則楔狀物的積屑瘤。積屑瘤代替切削刃和刀尖進行切削時，引起過切而且在加工表面劃出深淺不一的溝紋。舊的積屑瘤在振動、沖擊或者摩擦影響下會脫落，但又會立即形成新的積屑瘤。積屑瘤的反復脫落、生成、生長，會使工件有切削過程發(fā)生局部的波動，甚至粘附在加工表面被刀具擠平形成硬質(zhì)光點，以上這些情況都會影響工件表面粗糙度。

2.3 鱗刺

所謂鱗刺，是指已加工工件表面上的鱗片狀“毛刺”，是高速鋼刀具低速切削方式比較常見的一種現(xiàn)象。鱗刺一般形成于積屑瘤形成、增長的前期；最早見于沒有形成積屑瘤的時候，或者在較低的切削速度范圍內(nèi)鱗刺也會產(chǎn)生。如果刀具后角過小，也會導致鱗刺產(chǎn)生。鱗刺對加工工件表面質(zhì)量的影響較大，其可以使工件的表面粗糙度等級連降2～4級。

2.4 振動

工件加工切削過程中，如果工件出現(xiàn)較大的振動，會直接對工件表面粗糙度產(chǎn)生影響，最顯著的就是變大。振動的產(chǎn)生多是由于徑向切削力Fr過大，或者工件系統(tǒng)的剛度過小導致。

2.5 工件材料

表面粗糙度跟材料的種類也有關(guān)，材料的塑性越好，表面易形成積屑瘤和鱗刺，切削脆性材料如鑄鐵時，由于形成崩碎切屑，石墨從工件表面脫落形成凹痕，都造成了工件的表面粗糙度值大。

2.6 切削用量

切削速度過低會首先導致鱗刺產(chǎn)生，從低速到中速的變化過程則容易形成積屑瘤，這些都會增大表面粗糙度。如果能有效避開這一速度區(qū)域，對工件表面粗糙度的影響則會大大減小。如果加工的是脆性材料，該類材料工件一般不會形成積屑瘤、鱗刺，因此切削速度對表面粗糙度基本沒有影響。

一般來說，切削深度對加工表面粗糙度的影響是不明顯的。從幾何因素中可以得知，適當減小進給量f可以有效降低殘留面積的高度；同時也能有效降低積屑瘤、鱗刺的高度；但是當進給量減小到一定程度或者一定值時，如果再進一步減小，這時塑性變形就占據(jù)了主導地位，粗糙度值不但不會明顯下降，還有可能增高。

2.7 刀具方面

刀尖圓弧半徑的大小，副偏角的大小，是否有修光刃，都可以有效控制表面粗糙度；刀具前角及后角的大小，影響刃口鋒利程度，影響切削變形及磨擦；刀具的刃磨質(zhì)量及是否正確使用切削液等都可以使表面粗糙度改善。

3 降低表面粗糙度值的措施

針對以上影響表面粗糙度的因素，總的說來可以從刀具方面、材料方面、切削用量方面、冷卻潤滑等方面進行控制。如果當已加工表面的走刀痕跡比較清楚，應該考慮減小殘留面積高度。減小殘留面積高度的方法，首先是改變刀具的幾何參數(shù)，增大刀尖圓弧半徑re和減小副偏角k'r。采用帶有k'r=0的修光刃的刀具或?qū)捜芯俚丁⒕嚨妒巧a(chǎn)中降低加工表面粗糙度所采用的方法。不論是增大re、減小k'r，或用寬刃刀同時要注意避免振動。或是減小進給量f，也能有效地減小殘留面積高度，但減小進給量f會降低生產(chǎn)率，所以只有在改變刀具的幾何參數(shù)后會引起振動或其它不良影響時才考慮減小進給量f。使用潤滑性能良好的切削液，必要時對工件先進行正火、調(diào)質(zhì)等熱處理，以提高硬度，降低塑性和韌性等，都能有效控制降低表面粗糙度值。

參考文獻

[1] 曾凡嬌，高展.機械表面質(zhì)量的影響因素探討[J].黑龍江科技信息，2011（9）：67.

[2] 蘇嘉玲.機械加工影響表面粗糙度的因素及改善措施[J].新技術(shù)新工藝，2010（11）：10-11.