影響機械加工表面粗糙度的原因及改進措施

張印+鄧昶+郭艷華

[摘 ?要]表面粗糙度是對工件質量進行評估的重要指標之一，對于其在使用過程中的配合質量、運動精度以及耐磨損性等都有著不容忽視的影響，因此，想要保證工件的加工質量，就必須采取有效措施，降低表面粗糙度。本文對機械加工中影響表面粗糙度的因素進行了分析，并提出了相應的改善策略，希望能夠對工件的質量進行改善，提升其使用性能。

[關鍵詞]機械加工;表面粗糙度;影響因素;改善策略

中圖分類號：TH161.14 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0027-01

0 引言

相關調查統計顯示，在設備使用中，機械零件的磨損以及破壞多數情況下都是由表面開始的，尤其是工件的耐磨性以及可靠性，都受到了工件表面質量的直接影響。在這種情況下，技術人員應該加強對于機械加工表面質量的研究，對可能存在的影響因素進行全面分析，把握機械加工中不同因素對于表面質量的影響規律，進而采取相應的改善措施，提升產品的整體質量。

1 表面粗糙度概述

表面粗糙度是指存在于加工表面的、具有微小間距以及微小峰谷的不平度，兩個波峰或者波谷之間的距離通常在1mm以下，屬于一種微觀層面的幾何形狀誤差。表面粗糙度是對工件質量進行評估的重要指標之一，越小則表明工件的表面越光滑。同時，表面粗糙度與工件的疲勞強度、接觸剛度、配合性質、耐磨性等存在著密切的關系，也在很大程度上影響了工件的使用壽命和使用安全，必須得到足夠的重視。通常來講，表面粗糙度的是由工件加工工藝以及其他因素的影響而形成的，如機械加工過程中刀具與工件避免的摩擦、切削交工時工件層表面金屬的塑性變形等，不同的加工工藝和工件材料，在加工過程中留下的表面痕跡的形狀、紋理和深度等都會存在一定的差別[1]。如果表面粗糙度過高，不僅工件自身無法有效滿足實際應用的需求，而且會嚴重影響工件的強度、耐磨性和使用壽命，因此，相關技術人員應該加強對于表面粗糙度影響因素的研究，采取有效措施對其進行控制。

2 表面粗糙度的影響因素及改善策略

2.1 刀具因素

刀具是機械加工中的關鍵，其幾何形狀會在一定程度上影響表面粗糙度。在實際加工過程中，通過適當增大切削刀具前角的方式，能夠對工件的表面粗糙度進行顯著改善，但是如果缺乏有效控制，導致前角過大，則可能會使得表面粗糙度增大。在對前角進行固定后，通過增大后角的方式，可以提升刀具刃面的鋒利程度，同樣可以降低表面粗糙度，而一旦后角過大，則積屑瘤的存在會改變切削刀具幾何角度及背吃刀量，引發切削振動，或者殘留在工件表面，影響其表面粗糙度。

針對這個問題，在進行機械加工的過程中，需要對刀具進行合理選擇和調試，確保其具備恰當的幾何參數，適當減小主偏角和副偏角，增加刀刃的傾斜度以及刀尖切割處的圓弧半徑，有效減少殘留面積。同時，刀具的材料應該能夠有效適應工件材料，確保工件的加工質量和加工效率。如果刀具使用時間較長，出現了嚴重磨損的情況，則應該及時進行更換，以免影響機械加工的質量和效果[2]。

2.2 切削用量

切削用量參數的選擇在很大程度上影響著表面粗糙度。在切削加工過程中，一般情況下，低速切削加工容易在工件表面產生積屑瘤，進而導致工件表面粗糙度的增加，應該盡量避開相應的切削速度區域。切削深度基本上不會對工件的表面粗糙度造成影響，但是如果切削深度過小，則可能會對使得刀尖圓弧對工件產生擠壓，引發工件的塑性變形，進而增加表面粗糙度的數值。通過減小進給量的方式，能夠減小殘留面積的高度，不過如果進給量過小，會導致切削厚度的減少，若其數值小于刃口圓弧半徑，則在切削加工中可能會出現切削打滑的情況，進而引發附加表面粗糙度。

因此，在進行機械加工的過程中，技術人員應該做好機床設備的調整工作，選擇合適的切削用量和切削速度，并適當減少進給量，對切削深度進行控制，從而降低工件的表面粗糙度，提升產品的質量和性能。

2.3 殘余應力

切削加工過程中，工件表面的金屬層內會產生相應的塑性變形，導致表面比容的增大，與里層金屬之間的沖突會在工件中產生殘余拉應力。同時，加工過程中會產生大量的熱能，導致金屬表面溫度急劇升高，與內部形成較大的溫差，同樣會產生殘余應力，導致工件表面粗糙度的增大。

對于這種情況，應該從多個方面進行綜合考慮，通過降低切削溫度、控制塑性變形等方式減小工件表面的殘余應力[3]。

2.4 工件材料

工件自身材料的性質同樣會對機械加工中的表面粗糙度產生影響，在設定好的速度范圍內，對塑性材料進行切削加工時，前刀面與工件之間的擠壓作用和摩擦作用會使得切屑的底層金屬流動減緩，形成滯留層，冷卻后會形成金屬顆粒，黏附在刀尖位置，形成堅硬的楔狀物，即通常所說的積屑瘤。而積屑瘤的存在會導致刀具幾何角度的變化，增加切削厚度，進而在已經加工完成的工件表面切出相應的溝槽。不僅如此，積屑瘤產生后，會與切屑產生摩擦，如果摩擦力超過積屑瘤與前刀面的冷焊強度，或者受到劇烈震動和沖擊，積屑瘤會脫落，然后繼續形成。在這種循環下，切削加工會出現很大的波動，影響工件的表面質量。另外，脫落的積屑瘤還可能附著在工件表面，留下顆粒狀金屬碎屑，進一步增大表面粗糙度的數值。

對于這個問題，在進行機械加工時，技術人員應該充分考慮工件本身的材料性能，結合實際加工需要，對其進行相應的回火或者正火處理，采取切實有效的處理措施，提升工件的表面質量[4]。

2.5 切削液

在對工件進行切削加工中，切削液能夠起到冷卻、清洗以及潤滑的作用，從而顯著降低切削溫度，削弱前后刀面與工件之間的摩擦力，減少切削過程中產生的塑形變形，并對切屑進行及時清洗，抑制積屑瘤和鱗刺的產生，切實保證工件的加工質量。

因此，在進行機械加工時，應該做好切削液的選擇，例如，在工件鉸孔作業時，可以選擇硫化油、煤油、豆油等作為切削液，以獲得較小的表面粗糙度。

2.6 振動因素

在機械加工的過程中，受各種因素的影響，工件與刀具之間可能會產生振動，進而對工藝系統正常的切削加工過程造成干擾，在工件的表面產生振紋，進而降低工件的加工精度以及表面質量。

對于這種情況，技術人員應該立足實際，綜合分析產生振動的原因，采取切實可行的改善措施，減少和消除振動因素對于機械加工表面粗糙度的影響。例如，可以對加工參數進行調整，提升工藝系統的剛度，增大阻尼，也可以采取有效的措施，消除振源的激振力，對振動進行減弱或者隔絕等[5]。

3 結語

總而言之，在當前科學技術飛速發展的帶動下，越來越多的精密設備不斷涌現，對于工件加工的精度也提出了越發嚴苛的要求。而在機械加工中，存在著大量影響工件表面粗糙度的因素，需要技術人員深入分析，了解這些因素產生的原因，同時立足當前的技術條件，采取針對性的改善措施，盡可能降低工件機械加工的表面粗糙度，提升工件的使用性能，推動我國社會經濟的穩定健康發展。

參考文獻

[1] 王晏.機械加工影響表面粗糙度的因素及措施[J].江西煤炭科技，2015，（2）：137-139.

[2] 歐陽永，黃棟興，吳健，魏克瑞.降低機械加工產品表面粗糙度的對策和措施[J].當代農機，2016，（3）：78-80.

[3] 李衛元.影響機械加工表面粗糙度的原因及改進措施[J].科技風，2014，（4）：274.

[4] 蘇嘉玲.機械加工影響表面粗糙度的因素及改善措施[J].新技術新工藝，2010，（11）：10-11.

[5] 李都喜，苑舉勇，張坤伸，等.機械加工表面質量影響因素及控制措施的探討[J].科技信息，2011，（29）：107-109.