淺析如何提高機械加工表面粗糙度

摘 要：表面粗糙度是機械加工中衡量加工質(zhì)量的重要因素。表面粗糙度對零件和機器有著重要的意義，但由于工件材料、切削加工方式、表面硬化等原因，造成了表面粗糙度值提高。為此本文通過工藝規(guī)程、刀具參數(shù)、強化方式等不同角度，來闡述提高表面加工質(zhì)量的方法。

關(guān)鍵詞：表面粗糙度 表面質(zhì)量 機械加工

中圖分類號：TH161 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0124-01

表面質(zhì)量是衡量機械加工零件加工質(zhì)量的重要組成部分。機器故障的產(chǎn)生多數(shù)是單個零件或部件喪失其使用性能引起的，生產(chǎn)實踐和研究表明，這部分的故障大多是由零件表面磨損、疲勞破壞和腐蝕引起的。因此，正確理解零件表面質(zhì)量意義、了解影響加工表面質(zhì)量的各種工藝因素、合理改善其表面質(zhì)量，對機械加工提高產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要的意義。

1 表面加工粗糙度問題的表現(xiàn)形式

耐磨性：表面粗糙度值越小，其耐磨性也就越好。但是表面粗糙度值如果太小，反而潤滑油不易儲存，接觸面容易出現(xiàn)份子粘結(jié)，導(dǎo)致摩擦力的增加。

機械疲勞強度：在交變載荷的破壞作用下，金屬很容易產(chǎn)生疲勞破壞，而疲勞破壞產(chǎn)生往往是從金屬的冷作硬化層下和零件表面上開始發(fā)生的。

腐蝕性：表面粗糙度對零件的腐蝕性能在很大程度上有決定性的作用。表面粗糙度值越大，則抗腐蝕性能則越差。

配合零件之間的連接強度：表面粗超度直接影響著零件間的連接強度，在間隙配合中，大的表面粗糙度會嚴(yán)重影響配合性能，導(dǎo)致增加磨損量、間隙隨之變大。

2 表面加工粗糙度問題的導(dǎo)致因素

2.1 工件材料性能

塑性金屬材料在加工的過程中，刀具擠壓金屬材料，使其產(chǎn)生塑性變形，切屑和工件分離是由于刀具外力的擠壓，表面出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響表面粗糙度。伴隨著工件材料韌性的提高，在切屑過程中材料的塑性變形也就越大，加工表面粗糙度也就越差。脆性材料在加工時，所切削形成的鐵屑為顆粒狀，在切屑崩碎的過程中，加工表面容易產(chǎn)生細(xì)小的坑點，提高表面粗糙度值。

2.2 刀具切削加工

在普通刀具在切屑過程中，切削表面勢必會產(chǎn)生殘留面積，殘留面積的高度則是影響加工表面粗糙度的主要因素。在整個加工過程中，刀具的進給量、主偏角、副偏角、圓弧半徑則是造成切削殘留面積的主要因素。

砂輪磨削加工過程中，砂輪上硬質(zhì)顆粒斷裂后形成微刃，其分布情況和外形對表面粗糙度有著直接的影響。因為磨削加工表面是大量微刃在金屬表面切削出細(xì)小的切削痕跡構(gòu)成的，所形成的切削痕跡越細(xì)小、越密集則表面粗糙度就越好，相反切削痕跡粗大、分布疏散，則表面粗糙度越差。

2.3 表面冷作硬化

在普通刀具切削或砂輪磨削過程中，表面層金屬由于刀具外在切削力和材料本身的塑性，使其晶格產(chǎn)生剪切、滑移、拉長、扭曲、破碎，宏觀的表現(xiàn)特點則是材料表面層變硬，屈服點提高，延生率降低。

2.4 表層組織變化

如熱處理的原理一樣，機械加工時表切削表面會產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會使已加工表面溫度升高，當(dāng)溫度超過該加工金屬的相變溫度，金屬表層的金相組織將會產(chǎn)生變化，伴隨的工件或刀具的旋轉(zhuǎn)，改組織變化部分又會急速的冷卻，表面形成類似淬火的組織，這種現(xiàn)象被稱為“風(fēng)淬”。而在砂輪磨削加工時，同樣的效果也會產(chǎn)生，表面層的強度和硬度會降低，并會產(chǎn)生殘余應(yīng)力、細(xì)微裂紋，這種現(xiàn)象被稱之為“磨削燒傷”。

2.5 機械加工振動

機械加工時產(chǎn)生振象是我們極其不愿意看到的有害現(xiàn)象，它會導(dǎo)致切削刀具與被加工材料之間出現(xiàn)相對位置的移動，而導(dǎo)致表面出現(xiàn)振動的痕跡，這些痕跡將嚴(yán)重的影響工件的表面粗糙度和使用性能。

3 表面加工粗糙度問題的解決措施

3.1 制定科學(xué)的工藝規(guī)程

科學(xué)的工藝規(guī)程是保證加工質(zhì)量的基礎(chǔ)依據(jù)。好的工藝規(guī)程的主要特點是工藝流程短、能夠準(zhǔn)確的定位、盡量考慮將定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)重合。如果定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)兩個基準(zhǔn)不重合，定位基準(zhǔn)選擇加工質(zhì)量高的表面作為參考面；如果有幾個設(shè)計準(zhǔn)都集中在一個面上，可選用組要設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，甚至可以補充必要的工藝臺或工藝孔，保證工件加工表面質(zhì)量符合要求；盡量避免工件多次裝夾，如果有條件可使用專用夾具來保證加工質(zhì)量。

在加工方法的選擇中，特別要注意零件關(guān)鍵表面的最終工序加工方法，因為機器零部件的使用性能和留在工作表面的最終工序殘余應(yīng)力息息相關(guān)。關(guān)鍵零件的最終加工方法選擇的表面工作，部分主要工作表面的最終加工方法選擇，必須考慮該工件可能出現(xiàn)的的破壞形態(tài)和零件工作表面的具體工作條件

3.2 采用專門的強化工藝

對于一些零件，可以采用滾壓、碾光、噴丸等表面強化工藝，來提高其表面強度和防腐蝕性能。因為這些加工手段可以是加工工件表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力和冷作硬化，同時還可以消除磨削所殘留的應(yīng)力，降低表面粗糙度。但是值得注意的是，在采用滾壓、碾光、噴丸等強化加工工藝師一定要很好的控制工藝參數(shù)，否則容易出現(xiàn)表面過度硬化，導(dǎo)致其完全喪失塑性，嚴(yán)重會導(dǎo)致裂紋和材料表皮脫落。

3.3 選擇合理的切削參數(shù)

合理的刀具角度、切削速度、切削深度、進給速度的選取，可有效的降低理論加工殘余面積的高度、減小切屑瘤參數(shù)的可能性。選擇小進給量和較大的刀具刀尖圓弧半徑，可有效的改善表面粗糙度。利用寬刃刀尖低速切削和普通刀具高速切削都可以得到較好的表面粗糙度。在一定范圍內(nèi)適度增加刀具前角和后角，提高刀具的整體刃磨質(zhì)量都能較好的提高表面粗糙度。

3.4 減少加工中振動現(xiàn)象

在控制和減少加工振動時，要首先判斷振動的運動規(guī)律和產(chǎn)生原因。機床加工振動主要分為兩大類，一類為強迫振動，另一類為自激振動。強迫振動是指振動過程頻率隨著干擾頻率的改變而變，干擾作用消失其也隨之消失。而自激振動則是在沒有相對的外力干擾情況下產(chǎn)生的振動。

如果是強迫振動，這可采用減少回轉(zhuǎn)件不平衡、提高設(shè)備精度、調(diào)節(jié)系統(tǒng)固有頻率、遠(yuǎn)離干擾源等方法來控制。如果是自激振動則應(yīng)該合理的選擇切削用量、合理選用刀具幾何角度、增加減震裝置、提高設(shè)備抗震性能等方法來控制。

總而言之，表面質(zhì)量和零件性能是緊密相關(guān)的，在零件加工中，一定要按照工藝要求高質(zhì)量完成零件的表面加工任務(wù)，但是也不能過分的追求零件的表面質(zhì)量，要綜合考慮零件的成本，以免造成不必要的經(jīng)濟損失。

參考文獻

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