機械加工影響表面粗糙度的因素及改善措施

劉克儉

摘 要：表面粗糙度是判斷一個零件加工制造是否合格的一項重要的指標，它對零件在使用過程中的耐磨性、配合質量、運動精度以及使用壽命等方面都具有很大的影響。因此，獲得合適的表面粗糙度值，降低機械加工表面粗糙度是機械加工過程中，必須著重考慮的問題。

關鍵詞：機械加工；表面粗糙；影響因素；改善措施

影響機械加工精度的因素有很多，如機床制造零件的誤差、安裝誤差、操作問題等均會在一定程度上影響加工精度。但零件表面層的質量，在很大程度上決定了機械零件的耐磨性與可靠性。所以，在具體工作中，工作人員必須對機械加工的各種工藝技術進行了解與掌握，并深入研究影響機械加工零件表面質量的因素，并采取針對性的措施來控制機械加工零件的表面粗糙度，從源頭上提高機械加工零件的表面質量，從而提高機械零件的可靠性與耐磨性。

1 機械加工零件表面粗糙度的定義

機械加工產品表面粗糙度也稱為機械加工產品表面質量，是指加工零件表面由微小間距和微小峰谷形成的微觀幾何不平度。間距越小，峰谷越小，則表面粗糙度越小。機械加工產品表面粗糙度對機械加工產品的物理性能、力學性能具有重要的影響，主要影響機械加工產品的耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞強度、配合質量等。為了較好的提高零件的性能，就需要減小零件表面粗糙度，其方法是針對影響零件表面粗糙度的因素，而采取相應的措施，這樣可以取得更好的效果。

2 加工過程對表面質量的影響

2.1 工藝系統的振動對工件表面質量的影響

由于工藝系統在進行零件加工階段常常會產生振動，也就是工件上正在切削的表面和刀具的切削刃除了名義上的切削運動之外，還出現了一種周期性的相對運動。振動使工藝系統的各種成形運動受到干擾和破壞，導致加工表面出現振紋，使得表面粗糙度增加，惡化加工表面質量。此外，機床各部件配合間隙較大，或機床本身剛性較差，機床固定不牢固，刀具切削量過大，刀具不鋒利，刀具裝夾過低等諸多因素，都會導致機床振動，影響機械加工產品表面粗糙度。

2.2 刀具幾何參數、材料和刃磨質量對表面質量的影響

刀具幾何參數中對表面粗糙度影響最大的是刀尖圓弧半徑、副偏角、修光刃。刀尖圓弧半徑對表面粗糙度有很大影響，若半徑增大時，則殘留面積減小，變形將增加。副偏角越小，機械加工產品表面粗糙度就越低。而減小副偏角，必須視機床系統的剛度而定。此外，不同元素的刀具材料對加工的材料有針對性。刀具材料與被加工材料金屬分子的親和力大時，被加工材料容易與刀具生成黏結積屑瘤和鱗刺，被黏結在刀刃上的金屬與被加工表面分離時，還會形成附加的粗糙度。不僅如此，選擇的切削參數不合理或刀具角度不正確、刀具磨損，這些都會在機械加工產品表面形成積屑瘤或毛刺，也會影響機械加工產品的表面粗糙度。

2.3 切削液對表面質量的影響

切削液的冷卻和潤滑作用，能有效減小切削過程中工件表面的摩擦，能減小切削過程的表面摩擦，降低切削粗糙度，從而減少切削過程的塑性變形，并抑制積屑瘤和鱗刺的生長，從而有利于減小機械加工產品的表面粗糙度。因此，加工過程中，應根據材料特性來選擇適合的切削液，能夠對工件表面粗糙程度的降低大有益處。

2.4 工件材料對表面質量的影響

在加工塑性材料時，因由于刀具對金屬的擠壓將會產生塑性變形，加之刀具迫使切屑和工件分離的撕裂作用，使得工件表面的粗糙度值加大。工件材料的韌性越好，金屬的塑性變形就越大，加工表面就會越粗糙。在加工脆性材料時，其切屑將呈碎粒狀，由于切屑的崩碎在加工表面將留下許多麻點使表面變的粗糙。

2.5 切削條件對工件表面質量的影響

與切削條件有關的工藝因素，包括吃刀量、刀具轉速、冷卻液情況。中、低速加工塑性材料時，容易產生積屑瘤和鱗刺，所以，用較高的切削速度，既可提高生產率，又可減小機械加工產品表面粗糙度。此外，選擇的切削參數不合理或刀具角度不正確、刀具磨損，這些都會在機械加工產品表面形成積屑瘤或毛刺，也會影響機械加工產品的表面粗糙度。

3 改善機械加工影響表面粗糙度的措施

3.1 選擇合適的刀具

3.1.1 合理選擇刀具幾何參數。（1）適當增大刀具的前角使刀具易于切入工件，減小塑性變形。（2）減小刀具的主偏角和副偏角，增大刀尖圓弧半徑，以減小切削殘留面積。（3）增大刀具的刃傾角。

3.1.2 使用涂層硬質合金或陶瓷材料的刀具。經過涂層硬質合金或陶瓷材料的刀具遇到高溫時，刀面上會形成氧化保護膜，它能減少與加工表面間的摩擦系數，因而有利于降低機械加工產品的表面粗糙度。

3.1.3 最好選擇與工具材料性能相適應的刀具。選擇合適的切削刀具材料，在相同的切削條件下，用硬質合金刀具加工所獲得的表面粗糙度值要比用高速鋼刀具的小。要確保刀具的質量，不得采用磨損嚴重的刀具。

3.2 合理選擇切削用量

在機械加工過程中，要選擇合理的吃刀量、選擇合適的切削速度、減少進給量，以及合適的切削深度。由于較高的切削速度既可提高生產率，又可減小加工表面粗糙度，所以應不斷地創造條件，以提高切削速度。其中積極采用先進刀具結構以及新型刀具材料，能夠有效提高切削速度。另外，在高速加工時，一個較為有效的措施，即將進給量減小用以提升加工表面質量。在中速加工時，則可適當增加進給量，以有效抑制積屑瘤。在此過程中，還應配合選用磨出修光刃或是較小副偏角，用以將殘留面積高度減小。在低速加工時，則應當適量減小進給量，用以抑制或減少鱗刺、積屑瘤等情況，降低表面粗糙值。

3.3 防止或者減小機械加工工藝系統所產生的振動

由于刀具與工件在加工過程中，會出現震動，導致在切削過程中，加工工件精度受到影響，致使零件加工精度、表面質量下降以及工件表面出現振紋等現象。因此，為了將振動對機械加工表面質量的影響降到最低，則可采用提高工藝系統剛度、消除或減小振源的振力、增大阻尼等措施。

3.4 完善工藝流程與加工方法

要在進行機械表面加工前，制定科學、合理的加工工藝流程，明確各項基本操作要求。同時，采用最優的加工方法，采用精密加工方法、超精密加工方法、光整加工方法、采用較小的徑向進給量。選擇較大的砂輪速度和較小的軸向進給速度，對工作砂輪表面進行精確細致的修正，確保砂輪磨粒鋒利，選合適的切削液，更好的促進機械加工順利進行。

4 結語

總而言之，在實際工作中，工作人員只有充分了解和掌握影響機械加工表面質量的因素，掌握其中的規律，才能有針對性的采取相應的措施來減少零件，由于表面質量的缺陷，而造成的加工質量的問題，進而在根本上，提高機械產品的性能和可靠性。

參考文獻

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