談機械加工影響表面粗糙度的工藝因素

關俊英

摘要：本文論述了影響加工件表面粗糙度的幾個因素，提出了具體的方法。

關鍵詞：粗糙度；表面；刀削

從影響表面粗糙度的成因可以看出，影響表面粗糙度的因素可以分為三類：第一類，與切削刀具有關；第二類，與工件材質有關；第三類，與加工條件有關。

1 切削加工影響表面粗糙度的因素

1．1 切削用量切削參數選擇的不同對表面粗糙度影響較大，應引起足夠的重視。

切削速度在一定速度范圍內，塑性材料容易產生積屑瘤或鱗刺，所以應避開這個積屑瘤區，如用中、低速容易形成積屑瘤。

切削深度切削深度對表面粗糙度基本上沒有影響，但過小的切削深度將在刀尖圓弧下擠壓過去，形成附加的塑性變形，增大表面粗糙度值。

進給量 減小進給量可減小殘留面積高度，但過小的進給量將使切屑厚度太薄。當厚度小于刃口圓弧半徑時，會引起薄層切削打滑，產生附加表面粗糙度。

1．2刀刃在工件表面留下的殘留面積被加工表面上殘留的面積愈大，獲得表面將愈粗糙。用單刃刀切削時，殘留面積只與進給量f 、刀尖圓弧半徑ro及刀具的主偏角kr、副偏角k1r 有關。

減小進給量f，減小主偏角、副偏角，增大刀尖圓角半徑，都能減小殘留面積的高度H ，也就降低了零件的表面粗糙度值。

進給量f對表面粗糙度影響較大，但f值較低時，雖然有利于表面粗糙度值的降低，但影響生產率。增大刀尖圓角半徑ro，有利于表面粗糙度值的降低。但刀尖圓角半徑的增加，會引起吃刀抗力的增加，而吃刀抗力過大會造成工藝系統的振動。減小主、副偏角，均有利于表面粗糙度值的降低。但在精加工時，主、副偏角對表面粗糙度值的影響較小。

1．3工件材料的性質 塑性材料與脆性材料對表面粗糙度都有較大的影響。

積屑瘤的影響（塑性材料） 在一定的切削速度范圍內加工塑性材料時，由于前刀面的擠壓和摩擦作用，使切屑的底層金屬流動緩慢而形成滯留層，此時切屑上的一些小顆粒就會黏附在前刀面的的刀尖處，形成硬度很高的楔狀物，稱為積屑瘤。積屑瘤的硬度可達工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃進行切削，由于積屑瘤的存在，使刀具上的幾何角度發生了變化，切削厚度也隨之增大，因此將會在已加工表面上切出溝槽。積屑瘤生成以后，當切屑與積屑瘤的摩擦力大于積屑瘤與前刀面的冷焊強度或受到振動、沖擊時，積屑瘤會脫落，又會逐漸形成新的積屑瘤。由此可見，積屑瘤的生成、長大和脫落，使切削發生波動，并嚴重影響工件的表面質量。脫落的積屑瘤碎片，還會在工件的已加工表面上形成硬點，因此，積屑瘤是增大表面粗糙度值的不可忽視的因素。

鱗刺的影響在已加工表面產生鱗片狀毛刺，稱作磷刺。磷刺也是增大表面粗糙度值的一個重要因素。形成磷刺的原因是由于切屑在前刀面的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上產生周期性停留，從而擠拉已加工表面。這種擠拉作用，嚴重時會使表面出現撕裂現象。

脆性材料加工脆性材料時切屑呈不規則的碎粒狀，加工表面往往出現微粒蹦碎痕跡，留下許多麻點，增大表面粗糙度值。

1．4工藝系統的高頻振動工藝系統的高頻振動，使工件和刀尖的相對位置發生微幅振動，使表面粗糙度值加大。

1．5切削液切削液在加工過程中具有冷卻、潤滑和清洗作用，能降低切削溫度和減輕前、后刀面與工件的摩擦，從而減小切削過程中的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長，對降低表面粗糙度值有很大作用。

2磨削加工影響表面粗糙的因素

磨削時，砂輪線速度比較高，砂輪表面有無數顆磨粒，每顆磨粒相當于一個刀刃，磨粒大多數為負前角，單位切削力比較大，故切削溫度較高，磨削點附近的瞬時溫度可高達800～1000℃。這樣高的溫度常引起被磨削表面燒傷，使工件變形和產生裂紋。同時，由于磨粒大多數為負前角，且磨削厚度很小，所以加工時大多數磨粒只在工件表面擠壓而過，工件材料受到塑性擠壓，沿磨粒兩旁產生塑性流動，劃出無數的細微溝槽，磨削溫度又較高，更加劇塑性變形，進一步使表面粗糙度值增大。

影響磨削粗糙度的因素很多，主要有：

砂輪的線速度隨著砂輪線速度的增加，在同一時間里參與切削的磨粒數也增加，每顆磨粒切去的金屬厚度減小，殘留面積也減小，而且高速磨削可減少材料的塑性變形，使表面粗糙度值降低。

工件的線速度 在其他磨削條件不變的情況下，隨工件線速度的降低，每顆磨粒每次接觸工件時切削厚度減少，殘留面積也小，因而表面粗糙度值低。但工件線速度過低時，工件與砂輪接觸的時間長，傳到工件上的熱量增多，甚至會造成工件表面金屬微熔，反而使表面粗糙度值增大，而且還增加表面燒傷的可能性。因此，通常取工件線速度等于砂輪線速度的1/60。

縱向進給量 采用縱磨法磨削時，隨縱向進給量的增加，表面粗糙度值也增加。

光磨的次數 光磨次數多，表面粗糙度值降低。光磨系無進給磨削，是提高磨削表面質量的重要手段之一，砂輪的粒度越細，光磨的效果越好。

砂輪的性質對表面粗糙度的影響

砂輪的粒度 粒度越細，則砂輪單位面積上的磨粒越多，每顆磨粒切去的金屬厚度越少，刻痕也細，表面粗糙度值就低。但粒度過細切屑容易堵塞砂輪，使工件表面溫度增高，塑性變形增大，表面粗糙度值反而增加。同時還容易引起燒傷，所以常用的砂輪粒度在80號以內。

砂輪的硬度 砂輪太軟，則磨粒容易脫落，有利于保持砂輪的鋒利，但很難保證砂輪的等高性。砂輪如果太硬，磨鈍了的磨粒不易脫落，會加劇與工件表面的擠壓和摩擦作用，造成工件表面溫度升高，塑性變形增大，并且還容易使工件產生表面燒傷。所以砂輪的硬度以適用為好，主要根據工件的材料和硬度選擇。

砂輪的修整砂輪使用一段時間后就必須進行修整，及時修整砂輪有利于獲得鋒利和等高的微刃，修整砂輪還能增加砂輪的切屑刃個數，這些均有利于降低工件的表面粗糙度值。

工件材料的影響工件材料的性質對表面粗糙度影響也大，太軟、太硬、太韌的材料都不容易磨光。這是因為材料太硬時，磨粒很快鈍化，從而失去切削能力；材料太軟時砂輪又容易被堵塞；而韌性太大且導熱性差的材料又容易使磨粒早期崩落，這些都不利于獲得低的表面粗糙度值。

此外，切削液的選擇與凈化、磨床的性能等對磨削表面粗糙度均有不同程度的影響，是不可忽視的因素。