切削加工中表面粗糙度的影響因素及試驗

韓金華

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇 南通226010）

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切削加工中表面粗糙度的影響因素及試驗

韓金華

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇 南通226010）

摘要：文章通過分析切削加工中表面粗糙度的影響因素，并進(jìn)行了一些切削加工試驗，獲得了一些切削加工參數(shù)，為提高切削加工表面粗糙度質(zhì)量提供了一定的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：表面粗糙度；影響因素；試驗

切削加工時產(chǎn)生表面粗糙度的原因，可歸納為三個方面：一是切削過程中刀刃在工件表面留下的殘留面積；二是在切削過程中塑性變形及積屑瘤和鱗刺生成的影響；三是切削過程中刀刃與工件相對位置微幅振動。前兩個原因受刀具幾何參數(shù)、切削用量、工件材料、刀具材料及冷卻潤滑等因素影響，后一個原因與工藝系統(tǒng)振動有關(guān)，下面分別予以分析和試驗。

1　刀具幾何參數(shù)的影響

通過大量的切削加工試驗可知，在刀具強(qiáng)度和使用壽命允許的條件下，增大刀具前角（至15°左右）和刀具后角（5°左右），減小刀具副偏角（采用較小的副偏角——如5°），修圓刀尖圓弧（刀尖圓弧半徑修至2.0 mm左右）并在主偏角為75°時，能獲得最小表面粗糙度值。

2　切削用量的影響

（1）切削速度的影響

切削塑性材料時，切削速度是影響加工表面質(zhì)量的一個重要因素。一般情況下，較低速切削，切削變形大，易形成積屑瘤和鱗刺；中速切削，積屑瘤和鱗刺的高度達(dá)到最大值。因此，中、低速切削不易獲得小的表面粗糙度值。高速切削，有利于提高加工表面質(zhì)量。

切削脆性材料時，切削速度對表面粗糙度影響較小。

（2）進(jìn)給量的影響

進(jìn)給量是影響表面粗糙度較為顯著的一個因素。進(jìn)給量越小，殘留面積高度越小，表面質(zhì)量越高。

（3）切削深度的影響

切削深度對表面粗糙度的影響不明顯，一般可忽略。

3　工件材料的影響

對于同一種工件材料，金相組織的晶粒大小不同，熱處理后的硬度不同，切削加工后表面粗糙度差別很大。具體試驗如下：

（1）試驗名稱：45鋼主軸外圓車削加工一。

（2）試驗條件：

1）加工工件——45鋼主軸（外圓直徑Φ100 mm，長度400 mm）；

2）樣本工件數(shù)量——2件（未經(jīng)任何熱處理1件；調(diào)質(zhì)處理1件）；

3）加工設(shè)備——CA6140型普通臥式車床；

4）切削刀具——90°外圓偏刀；刀柄截面尺寸（寬16 mm×高25 mm）；

5）刀具材料——高速鋼；

6）切削速度——60 m/min；

7）切削深度——1.2 mm；

8）進(jìn)給量——0.4 mm/r；

9）加工條件——不使用切削液（干切削）。

（3）試驗內(nèi)容：

改變工件材料組織，分別進(jìn)行外圓車削加工試驗。

（4）試驗結(jié)果：

外圓車削后，表面粗糙度數(shù)值見表1.

表1　表面粗糙度數(shù)值

結(jié)果顯示，即使加工同一種工件材料，金相組織的粒度愈細(xì)，熱處理后得到的工件硬度愈高，加工后表面粗糙度數(shù)值愈小。

4　刀具材料的影響

刀具材料在切削過程中對積屑瘤和鱗刺生成影響很大，加工后表面粗糙度也不同。具體試驗如下：

（1）試驗名稱：45鋼主軸外圓車削加工二。

（2）試驗條件：

1）加工工件——45鋼主軸（外圓直徑Φ100 mm，長度400 mm）；

2）樣本工件數(shù)量——2件（未經(jīng)任何熱處理）；

3）加工設(shè)備——CA6140型普通臥式車床；

4）切削刀具——90度外圓偏刀；刀柄截面尺寸（寬16 mm×高25 mm）；

5）切削速度——60 m/min；

6）進(jìn)給量——0.4 mm/r；

7）切削深度——1.2 mm；

8）加工條件——不使用切削液（干切削）。

（3）試驗內(nèi)容：

改變刀具材料，分別進(jìn)行外圓車削加工試驗。

（4）試驗結(jié)果：

外圓車削后，表面粗糙度數(shù)值見表2.

表2　表面粗糙度數(shù)值

試驗結(jié)果表明，在其它條件相同的情況下，用硬質(zhì)合金刀具加工的工件，表面粗糙度值比用高速鋼刀具為小。

5　切削液的影響

切削液能減少切削過程中刀具與工件表面間的摩擦，降低切削溫度，從而減小工件材料的塑性變形，抑制切削瘤與鱗刺的產(chǎn)生。具體試驗如下：

（1）試驗名稱：25鋼滲碳軸外圓車削加工一。

（2）試驗條件：

1）試驗材料——25鋼（未經(jīng)任何熱處理）；

2）加工工件——滲碳軸（外圓直徑Φ60 mm，長度300 mm）；

3）樣本工件數(shù)量——4件；

4）加工設(shè)備——CA6140型普通臥式車床；

5）切削刀具——90°外圓偏刀；刀柄截面尺寸（寬16 mm×高25 mm）；

6）刀具材料——高速鋼；

7）切削速度——60 m/min；

8）進(jìn)給量——0.4 mm/r；

9）切削深度——1.2 mm.

（3）試驗內(nèi)容：

改變切削條件，分別進(jìn)行外圓車削加工試驗。

（4）試驗結(jié)果：

外圓車削后，表面粗糙度數(shù)值見表3.

表3　表面粗糙度數(shù)值

結(jié)果明顯看出，使用切削液能有效地減小表面粗糙度值。切削液中，切削油比水溶液的效果更好。常用的切削油有硫化油和植物油，以植物油為最好，精密加工中常用植物油作為冷卻潤滑液。

6　工藝系統(tǒng)的剛度與抗振性的影響

工藝系統(tǒng)的振動，可引起刀刃與工件相對位置微幅變動，使表面粗糙度質(zhì)量下降。具體試驗如下：

（1）試驗名稱：25鋼滲碳軸外圓車削加工二。

（2）試驗條件：

1）試驗材料——25鋼（未經(jīng)任何熱處理）；

2）加工工件——滲碳軸（外圓直徑Φ60 mm，長度300 mm）；

3）樣本工件數(shù)量——3件；

4）加工設(shè)備——CA6140型普通臥式車床；

5）切削刀具——90°外圓偏刀；

6）刀具材料——高速鋼；

7）切削速度——60 m/min；

8）進(jìn)給量——0.4 mm/r；

9）切削深度——1.2 mm；

10）加工條件——不使用切削液（干切削）。

（3）試驗內(nèi)容：

改變車刀刀柄截面尺寸，分別進(jìn)行外圓車削加工試驗。

（4）試驗結(jié)果：

外圓車削后，表面粗糙度數(shù)值見表4.

表4　表面粗糙度數(shù)值

試驗表明，車刀刀柄寬度加大，加工工藝系統(tǒng)剛性提高，加工表面粗糙度值減小。因此，提高工藝系統(tǒng)剛度與抗振性可以改善加工表面粗糙度質(zhì)量。

7　結(jié)束語

切削加工中表面粗糙度的影響因素很多，通過優(yōu)化刀具幾何參數(shù)及切削用量、細(xì)化工件材料組織、選用合適的刀具材料、合理使用切削液并提高工藝系統(tǒng)的剛度與抗振性等，均可有效減小工件表面粗糙度值，從而滿足切削加工要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］王季琨，沈中偉，劉錫珍.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，1998.

［2］陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

Key worlds：surface roughness；influencing factors；experiment

Factors Affecting the Surface Roughness of Machining and its Test

HAN Jin-hua
（Department of Machincal and Electron，Nantong Shipping College，Nantong Jiangsu 226010，China）

Abstract：The machining surface roughness degree of influence factors analysis，and some machining experiments，some cutting parameters，provides a certain basis for improving the quality of the cutting surface roughness.

中圖分類號：TH161

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）03-0236-02

收稿日期：2015-12-03

作者簡介：韓金華（1962-），男，江蘇南通人，講師，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計與制造。