關于表面粗糙度提高途徑的探討

摘要：本文詳細地介紹了在日常的機械工業生產中，如何提高表面粗糙度的一些方法。

關鍵詞：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。一般說來，它的波距和波高都比較小，是一種微觀的幾何形狀誤差。對機械加工表面，表面粗糙度是由切削時的刀痕，刀具和加工表面之間的摩擦，切削時的塑性變形，以及工藝系統中的高頻振動等原因所造成的。表面粗糙度是檢驗零件質量的主要依據，它的選擇直接關系到生產成本、產品的質量、使用壽命。

一、減小切削加工表面粗糙度的措施

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

（2）工件方面：應有適宜的金相組織（低碳鋼、低合金鋼中應有鐵素體加低碳馬氏體、索氏體或片狀珠光體，高碳鋼、高合金鋼中應有粒狀珠光體）；加工中碳鋼及中碳合金鋼時若采用較高切削速度，應為粒狀珠光體；若采用較低切削速度，應為片狀珠光體組織。合金元素中碳化物的分布要細勻；易切鋼中應含有硫鉛等元素；對工件進行調質處理，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；減小進給量；采用高效切削液；提高機床的運動精度，增強工藝系統剛度；采用超聲波振動切削加工等。

二、減小磨削加工表面粗糙度參數值的措施

（1）砂輪特性方面：采用細粒度砂輪；提高磨粒切削刃的等高性；根據工件材料、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、安裝角度應滿足一定要求；選擇適當的修整用量。

（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；采用較小的縱向進給量、磨削深度，最后進行無進給光磨。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；提高主軸的回轉精度、工作臺運動的平衡性及整個工藝系統的剛度。

三、超精研、研磨、 珩磨和拋光加工

這些加工方法的特點是沒有與磨削深度相對應的用量參數，一般只規定加工的壓強。加工時所用的工具由加工面本身導向，而相對于工件的定位基準沒有確定的位置，所使用的機床也不需要具有非常精確的成形運動。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，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。

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。它是采用細粒度的磨條在一定的壓力和切削速度下做往復運動，對工件表面進行光整加工的方法。加工中有三種運動：工件低速回轉運動、磨條軸向進給運動和磨條高速往復振擺運動。這三種運動使磨粒在工件表面上形成不重復的復雜軌跡。

（2）切削過程與磨削不同，一般可分為如下四個階段：

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

②正常切削階段：當少數凸峰被研磨平之后，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，且細小的切屑形成氧化物而嵌入磨條的空隙中，從而使磨條產生光滑表面，對工件表面進行拋光。

④自動停止切削階段：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，可以達到很高的尺寸精度和形狀精度，表面粗糙度可達Rz0.04～Rz0.4，多用于精密偶件、精密量規和精密量塊等的最終加工。它是通過介于工件與硬質研具間磨料或研磨液的流動，在工件和研磨劑之間產生機械摩擦或機械化學作用來去除微小加工余量的。

（2）研磨加工的特點：

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，有時也可用鋼做研具。

②研具加工不僅具有磨粒切削金屬的機械加工作用，同時還有化學作用。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程的進行。

③研磨時研具和工件的相對運動是復雜的，因此每一磨粒不會在工件表面上重復自己的運動軌跡，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，故切削作用強烈。隨著工件加工表面粗糙度的凸峰被逐漸磨平，壓強下降，磨粒的切削作用也就逐漸趨于停止。珩磨主要用于內孔表面，但也可以對外圓或齒形表面進行加工。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到Rz0.1以下。

4. 拋光

通常所說的拋光與研磨并沒有本質上的區別，只是其工具由軟質材料制成。當被加工表面只要求低的粗糙度，而對形狀精度沒有嚴格要求時，就不能用硬的研具而只能用軟的研具進行拋光加工。拋光常用于去掉前工序所留下來的痕跡，或者用于“打光”已精加工過的表面。為了得到光亮美觀的表面和提高疲勞強度，或為鍍鉻等做準備，也常采用拋光加工。

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（河南工業技師學院）