淺談減小工件表面粗糙度的幾種方法

許靜靜

（聊城市技師學院，山東 聊城252000）

在實際的機械加工中， 工件表面會存在許多高低不平的微小峰谷，這是因為切屑分離時塑性變形、工藝系統的振動以及刀具與已加工表面間的摩擦等因素的影響。這些零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度。

表面粗糙度是描述工件表面上微小的間距和微小的峰谷所形成的微觀幾何不平度，因而能反應工件表面微觀幾何形狀的質量。 表面粗糙度的評定參數包括輪廓算術平均偏差Ra，微觀不平度、點高度Rz和輪廓最大高度Ry。由于Ra 參數能充分反應表面微觀幾何形狀高度方向的特性，并且幾何測量方法比較簡單，因而是標準推薦優先選用的最基本的評定參數。表面粗糙度對零件的耐磨性、耐腐蝕性、疲勞強度和配合性質都有很大影響。 因此，研究減小表面粗糙度值的方法是提高加工表面質量的重要途徑。

在切削加工中， 如果發現工件表面粗糙度值達不到圖樣的要求，應先仔細觀察工件表面、分析影響工件表面粗糙度值的表現形式并找出主要影響因素，從而有針對性地提出解決辦法。 本文通過實際經驗積累總結出幾點減小工件表面粗糙度的方法：

1 減小工件的殘留面積高度

由刀具主副切削刃切削后形成的表面稱為工件的已加工表面。切削時，由于刀具與工件的相對運動及刀具幾何形狀的關系，有一小部分金屬未被切下來而殘留在已加工表面上而形成殘留面積。 由此可見，減小主偏角、副偏角和進給量以及增大刀尖圓弧半徑，都可以減小殘留面積高度，如圖1 所示，在實施過程中應注意：

（1）一般減小副偏角效果明顯，因減小主偏角κr 使徑向阻力及其作用在工件上的徑向切削力增大，若工藝系統剛性差，會引起振動。

（2）在機床剛性能夠保證的前提下，適當增大刀尖圓弧半徑。 否則，超過機床剛度范圍，刀尖圓弧半徑過大就會使徑向阻力增大而產生振動，反而使表面粗糙度值變大。

（3）提高切削速度，適當減小進給量，也可減小殘留面積高度。

圖1 車削時工件表面的殘留面積

2 避免積屑瘤的產生

在較低或中等速度下切削塑性材料時，常會出現積屑瘤及鱗刺從而產生毛刺，使過渡表面情況惡化。積屑瘤產生通常是在加工過程中，由于切屑對刀具的前面產生有很大的壓力， 并摩擦生成大量的切削熱。 在這種高溫高壓下，與刀具前面接觸的那一部分切屑由受摩擦力的影響，流動速度減慢，形成“滯留層”，當摩擦力一旦大于材料內部晶格之間的結合力時，“滯流層”中的一些材料就會粘附在刀具靠近刀尖的前面上從而形成積屑瘤。 積屑瘤的存在， 在實際上是一個形成、脫落、再形成、再脫落的過程：部分脫落的積屑瘤會粘附在工件表面上；而刀具刀尖的實際位置也會隨著積屑瘤的變化而改變；同時，由于積屑瘤很難形成較鋒利的刀刃，在加工中會產生一定的振動。 所以這樣加工后所得到的工件表面質量和尺寸精度都會受到影響。當以很低的切削速度、很小前角切削塑性金屬時，在工件表面上會產生近似與切削速度方向垂直的橫向裂紋和呈鱗片狀的毛刺簡稱鱗刺。

為了抑制積屑瘤的產生， 可采用提高或者降低切削速度的方法。用高速鋼車刀車削時，應降低切削速度（vc＜5m/min），并加注冷卻液；用硬質合金車刀車削時，應提高切削速度（避開最容易產生積屑瘤的中速范圍，vc=15～30m/min），在保證刀刃強度的前提下，增大車刀前角能有效地抑制積屑瘤的產生。 另外，盡量減小前后刀面的表面粗糙度值，經常保持刀刃鋒利。

3 避免磨損亮斑

車削時，已加工表面出現亮斑或亮點并伴有噪聲，說明刀具已嚴重磨損。 磨鈍的切削刃容易擠壓工件表面產生亮痕，使表面粗糙度變大，這時應及時修磨刀具或者換刀。

4 防止切屑對已加工表面的影響

表面切屑的扯拉會在已加工表面出現不規則的較淺劃痕。所以選澤正刃傾角車刀，使切屑流向工件待加工表面，并采取合適的卷屑、斷屑措施。

5 防止和消除振紋

刀具、工件或機床部件周期性的跳動叫做振動。 機床主軸回轉精度不高，各滑動導軌面的形狀誤差與潤滑狀況不良，材料性能的不均勻性，切屑的不連續性等，都會使刀具與工件間已調好的相對位置發生附加的微量變化。引起切削厚度、切削寬度或切削力發生變化，甚至誘發自激振動，使工件已加工表面出現條紋或布紋狀痕跡，從而使表面粗糙度數值增大。

車削時，由于工藝系統的振動，而使工件表面出現周期性的橫向或縱向的振紋。 為此應從以下幾個方面加以防止。

（1）機床方面：調整主軸間隙，提高軸承精度；調整滑板楔鐵，使間隙小于4 絲，并使移動平穩、輕便。 選用功率適宜的車床，增強車床安裝的穩固性。

（2）刀具方面：合理選擇刀具幾何參數，經常保持切削刃光潔和鋒利。 增加刀具的裝夾剛性。

（3）工件方面：增加工件的裝夾剛度，例如裝夾時工件懸伸長度不宜過長，只要滿足加工需要即可。細長軸應采用中心架或跟刀架支撐。

（4）切削用量方面，選用較小的背吃刀量和進給量，改變或降低切削速度。

6 合理選用切削液，保證充分冷卻潤滑

切削液又稱為冷卻潤滑液，是在車削過程中為了改善切削效果而使用的液體。 在車削過程中，金屬切削層發生了變形，在金屬與刀具間、刀具與加工表面間存在著劇烈的摩擦。 這些都會產生很大的切削力和大量的切削熱。 若在車削過程中合理地使用冷卻潤滑液，能改善工件表面粗糙度，減小切削力，降低切削溫度，提高刀具使用壽命、勞動生產率和產品質量。同時，采用合適的切屑液是消除積屑瘤、鱗刺和減小表面粗糙度值的有效方法。

文章結合實際教學經驗，簡單闡述了幾種減小工件表面粗糙度值的辦法。實際上，工件的表面粗糙度是由方面因素影響產生的結果，我們要在切削加工過程中根據實際情況加以分析總結，采取多種措施來減小表面粗糙度值，直至達到合格的工件表面質量要求。

［1］車工工藝學[M].4 版.中國勞動社會保障出版社.

［2］車工工藝學[M].4 版.機械工業出版社.