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量的重要指標，其一方面直接決定了產品的外觀精美程度，另一方面也影響著機器裝配的質量及零件使用壽命。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量的有效途徑。

關鍵詞：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，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生影響，特別是耐磨性、穩定性、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性能、部件使用壽命的最為關鍵的因素。

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，表面質量越高。相反表面質量越差。

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境作用下出現融化、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生局部的波動，甚至粘附在加工表面被刀具擠平形成硬質光點，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鱗刺也會產生。如果刀具后角過小，也會導致鱗刺產生。鱗刺對加工工件表面質量的影響較大，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，如果工件出現較大的振動，會直接對工件表面粗糙度產生影響，最顯著的就是變大。振動的產生多是由于徑向切削力Fr過大，或者工件系統的剛度過小導致。

2.5 工件材料

表面粗糙度跟材料的種類也有關，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，增大刀尖圓弧半徑re和減小副偏角k'r。采用帶有k'r=0的修光刃的刀具或寬刃精刨刀、精車刀是生產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會降低生產率，所以只有在改變刀具的幾何參數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、調質等熱處理，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

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