機械加工中影響表面粗糙度的因素及改善措施探討

李秀杰

摘 要：工業生產是我國經濟發展的主要支柱，所以要高度重視工業生產的質量。在機械加工中，工件的質量尤為關鍵，機床的運行性能，加工工藝的水平等各項因素都會對表面粗糙度有所影響。文章對于機械加工中零件表面粗糙度進行了相關分析，然后對質量因素以及解決措施進行探討，對提高機械加工中工件表面粗糙度有重要的意義。

關鍵詞：粗糙度；質量因素；改善措施

1 機械加工零件表面粗糙度

1.1 在用刀具對零件進行機械加工的過程中，會由于刀具的形狀、材料、刃磨質量以及加工工藝等原因，在零件的表面形成微小的峰谷狀起伏，致使零件表面光滑度受到影響，從而影響到零件的使用性能。表面粗糙度越小，零件表面就越光滑，零件的性能也就越高。

1.2 切削刀具幾何形狀、材料、刃磨質量的影響因素。從切削刀具的形狀和幾何角度考慮，適當增大切削刀具幾何形狀的前角有利于減小表面粗糙度值。但前角太大，表面粗糙度值反而會增加。當前角一定時，后角越大，切削刃鈍圓半徑越小，刀刃越鋒利；增大后角還能減小后刀面與已加工表面間的摩擦和擠壓，有利于減小加工表面粗糙度值。但后角太大時，積屑瘤易于流到后刀面，同時容易產生切削振動，使加工表面粗糙度值反而增加。從切削刀具幾何形狀因素來看，增加刀尖圓弧半徑會減小加工表面粗糙度值。主偏角和副偏角減小，可減小加工表面粗糙度值。刀具的前刀面、后刀面本身的表面粗糙度值越小，被加工表面的粗糙度值越小。刀具刃口越鋒利、刃口平刃性越好，則切出的工件表面粗糙度值也越小。

1.3 切削過程中刀具的影響因素。從零件切削加工過程考慮，刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發生塑性變形，嚴重惡化了表面粗糙度。在加工塑性材料形成帶狀切屑時，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤，它可以代替前刀面和切削刃進行切削，使刀具的幾何角度、背吃刀量發生變化。積屑瘤的輪廓很不規則，因而使工件表面出現深淺和寬窄都不斷變化的刀痕；有些積屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。切削加工時的振動也使加工工件表面粗糙度值增大。

1.4 機械加工工藝的影響因素。從工藝的角度考慮其對工件表面粗糙度的影響，主要與切削刀具、工件材質及加工條件有關，需要合理安排加工零件的工藝，減少機械加工工藝中產生的表面粗糙度。

2 機械加工質量因素

2.1 機械加工表面切削用量的因素

2.1.1 表面粗糙度與切削用量的參數有一定的關系，如果將切削速度控制在一定范圍內時，在塑性材料中就會形成屑瘤或者是鱗刺，所以在切削的過程中應該盡量的避免這個區域。切削的速度對粗糙度也有一定的影響，如果速度過慢，積屑瘤的可能性就越大。如果切削的深度過小，受到刀尖圓弧的擠壓，會在附近形成塑性變形，從而加大表面粗糙度。

2.1.2 刀刃在工件表面留下的殘留面積越大，獲得表面將越粗糙。用單刃刀切削時，殘留面積只與進給量、刀尖圓弧半徑及刀具的主偏角和副偏角有關。減小進給量，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，從而降低了零件表面粗糙度的值。進給量對表面粗糙度影響較大，但其值較低時，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。

2.1.3 在進行切削加工的過程中，會在金屬層內形成塑性變形，由此導致表面金屬的比容有所增大。而塑性變形只會在金屬表層中產生，在比容增大的情況下，會受到里層金屬的阻止，由此在表面會形成殘余應力，在里層金屬中會相應的產生殘余拉應力。由于切削過程中會產生大量的熱量，由于不同的金屬具有不同的金相組織，所以在切削區內會產生不同的殘余應力，致使工件表面的粗糙度受到不同程度的影響。

2.2 工件材料使用性能的影響因素

2.2.1 工件材料的性質對表面粗糙度的影響

在對塑料材質的工件進行切削時，將速度控制在一定的范圍內，由于受到前刀面的擠壓和摩擦，在切削到金屬底層時，會因為流動緩慢而形成滯留層，此時在前刀面的刀尖處就會粘附一些小的顆粒，然后形成硬度較高的楔狀物，由此改變了刀具的幾何形狀，在切削的過程中，就會加大切削的厚度，從而在工件表面出現溝槽。在切削的過程中，由于受到摩擦力的影響，積屑瘤會不斷的脫落，然后形成新的積屑瘤，在如此反復的過程中，不可避免的會產生振動，由此影響到工件表面質量。此外，在積屑瘤脫落的過程中，由于切削過程中會產生大量的熱量，所以有些碎片會附著在工件的表面，對工件表面的粗糙度產生很大的影響。

2.2.2 機械加工切削冷卻液的影響

在進行切削加工的過程中，由于刀具和工件之間的高速摩擦，會產生大量的熱量，所以對于有些材料來講會產生塑性變形。為了減少塑性變形的出現，在加工的過程中，會使用冷卻液，以此來減少塑性變形的發生幾率，并且可以合理的抑制積屑瘤和鱗刺的生長。但是，對于冷卻液要合理的選擇，只有選擇適合生產的冷卻液才能夠達到預期的效果，從而改善工件表面粗糙度，提高工件的使用性能。

3 改善加工措施

產生機械加工零件表面粗糙度的因素很多，形成表面粗糙度的主要原因可歸納為幾個方面：一是切削刀具幾何因素，主要指刀刃和工件相對運動軌跡所形成的殘留面積；二是工件材料的因素，主要指加工過程中在工件表面產生的積屑瘤、鱗刺和振動等；三是加工零件選擇的工藝和切削用量及切削冷卻液的選擇，下面為改善機械加工表面粗糙度的工藝措施。

3.1 改善工件表面粗糙度的首要措施是選擇合理的切削工藝，合理的控制切削用量，并且在切削的過程中，要注意速度和深度的控制，減少積屑瘤和鱗刺的生長。

3.2 為了保證工件表面的粗糙度，對于刀具的選擇十分重要，要對刀具的幾何參數以及刃傾角有嚴格的要求，在刀具的主偏角、副偏角以及刀尖處的圓弧半徑都要嚴格的挑選。

3.3 工件的材料不同，其物理性能也不相同，由此在進行切削的過程中所產生的變形情況也不相同。所以為了保證工件的表面粗糙度，在加工之前，要對工件的材料性能有所了解，然后根據根據材料的屋里性能對其進行相應的處理，可以提高工件的表面質量。

3.4 切削液是工件加工過程中必不可少的，合理的選擇切削液能夠有效的減小工件表面的粗糙度。所以要根據加工的不同階段，針對不同的工件，選擇合理的切削液，提高工件表面的質量。

3.5 切削刀具的材料對工件的表面粗糙度也有所影響，如果在相同的工作條件下，使用硬質的合金刀具要比高速鋼的刀具切削質量好。

4 結束語

機械加工是工業生產中的重要工序，加工的質量好壞直接影響到工件的質量，由此關乎工件的使用性能。工業生產在我國的經濟發展中占有重要的地位，尤其是制造業的發展尤為重要，所以在機械加工的過程中，要不斷的提高加工工藝，使用先進的生產設備，進而改善工件的表面粗糙度，為工業生產奠定堅實的基礎。

參考文獻

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