關于機械零件加工減小表面粗糙度方法的探討

陳兵

摘 要：機械零件的表面質量對零件使用時的耐磨性、配合精度、疲勞強度、抗腐蝕性等有很大的影響，接影響到零件的工作時的性能，尤其是它的可靠性和壽命。提高加工表面的質量，減小零件粗糙度，對保證零件的使用性能、提高零件及其機器的壽命具有重要的意義。本文作者就切削加工中影響表面粗糙度的因素進行分析，和如何減小表面粗糙度的方法提出了一些方法。

關鍵詞：機械零件；零件表面；粗糙度；加工質量；性能；切削

機械零件的加工質量，除了加工精度外，還有表面質量。機械零件加工的表面質量是指零件加工后的表面層狀態，它是判定零件質量優劣的重要依據。機械零件的失效，大多是由于零件的磨損、腐蝕或疲勞破壞等所致，而磨損、腐蝕、疲勞等破壞都是從零件表面開始的。表面粗糙度是影響零件表面質量的重要因素，減小表面粗糙度就能提高零件表面質量，而零件表面質量將直接影響零件的工作性能，尤其是可靠性和壽命。減小表面粗糙度的方法在生產實際中的應用還是很廣泛的。由于機械零件一般都是通過切削加工的方法得到的，因此，下面主要總結在切削加工中減小表面粗糙度的方法，供大家參考。

1 切削加工中影響表面粗糙度的因素

1.1 刀刃在工件表面留下的殘留面積

工件的已加工表面是由刀具的主副切削刃切削后形成的。兩條切削刃在已加工表面上留下的痕跡。在已加工表面上殘留的面積越大，獲得的表面將越粗糙。由圖1可知，當rε=0時，殘留面積高。當刀尖的圓角半徑rε≠0，。在實際的

切削過程中，切削刃的表面粗糙度也會反映在工件已加工表面上，此外，切削刃還會將殘留面積擠歪，實際表面粗糙度的最大值大于殘留面積高度。

1.2 工件材料的性質

塑性材料與脆性材料對表面粗糙度都有較大的影響。

（1）塑性材料（積屑瘤的影響）

在一定的切削速度范圍內加工塑性材料時，由于前刀面的擠壓和摩擦作用，使切屑的底層金屬流動緩慢而形成滯流層，此時切屑上的一些小顆粒就會粘附在前刀面上的刀尖處，形成硬件度很高的楔狀物，稱為積屑瘤，

積屑瘤的硬度可達工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃進行切削。由于積屑瘤的存在，使刀具上的幾何角度發生了變化，切削厚度也隨之增大，因此，將會在已加工表面上切出溝槽。積屑瘤生成以后，當切屑與積屑瘤的摩擦大于積屑瘤與刀面的冷焊強度或受到振動、沖擊時，積屑瘤會脫落，又會逐漸形成新的積屑瘤。由此可見，積屑瘤的生成、長大和脫落，使切削發生波動，并嚴重影響工件的表面質量。脫落的積屑瘤碎片，還會在工件的已加工表面上形成硬點。因此，積屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽視的因素。

（2）鱗刺的影響

鱗刺是由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推擠切削層，造成切削層金屬的積聚，切削層和工件之間出現撕裂現象，如此連續發生，就在工件表面上形成一系列的鱗刺，構成已加工表面的縱向粗糙度。

形成鱗刺的原因有：

1）由于機械加工系統的振動所引起的。

2）由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上產生周期性停留，從而擠拉已加工表面。這種擠拉作用嚴重時會使表面出現撕裂現象。

（3）脆性材料

在加工脆性時，切屑呈不規則的碎粒狀，加工表面往往出現微粒崩碎痕跡，留下許多麻點，增大了表面粗糙度。

1.3 切削用量

選擇不同的切削參數對表面粗糙度影響較大。在一定的速度范圍內，如用中、低速（一般1<υc<80m/min）加工塑性材料容易形成積屑瘤或鱗刺。此外，當背吃刀量或進給量很小且刀刃不夠鋒利時，刀刃易在工件表面打滑，增大表面粗糙度。

1.4 工藝系統的高頻振動

工藝系統的高頻振動，使工件和刀尖的相對位置發生微幅振動，使表面粗糙度加大。

1.5 切削液

切削液在加工過程中具有冷卻、潤滑和清洗作用，能降低切削溫度和減輕前、后刀面與工件的摩擦，從而減少切削過程中的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長，對降低表面粗糙度有很大作用。

2 減小表面粗糙度的方法

1.切削用量方面：（1）切削速度vc切削速度對表面粗糙度的影響較復雜，一般在低速度或在高速度切削時，不會產生積屑瘤，因此加工后表面粗糙度值小。用較高的切削速度，還可大大提高生產率。比如：用YT15切削35鋼，臨界切削速度v>100m/min。（2）進給量f 適當減少進給量f將使表面粗糙度值減小。（3）切削深度ap 一般說，切削深度ap對加工表面粗糙度影響不明顯。但當ap<0.02～0.03mm時，由于加工半徑的影響，常出現擠壓、打滑和周期性的切入加工表面，從而使表面粗糙度值增大。為降低加工表面粗糙度值，應根據刀具刃口刃磨的鋒利程度選擇相應的切削深度。

2.刀具方面：（1）刃傾角λs 增大刃傾角對降低表面粗糙度有利。因為λs增大，實際工作前角隨之增大，切削力F明顯下降，從而可減輕工藝系統的振動，減小加工表面的粗糙度數值。（2）主偏角kγ、副主偏角kγ、刀尖圓弧半徑rε 減小刀具的主偏角kγ和副主偏角kγ以及增大刀尖圓弧半徑rε，可減小切削殘留面積，使其表面粗糙度降低。（3）前角γo 增大前角γo，有利于減小表面粗糙度值。前角大刃口鋒利，切削層的塑性變形和磨擦阻力小，切削力和切削熱降低。但γo不能太大，否則會嵌入工件或崩刀，反而增大表面粗糙度值。（4）提高刀具刃磨質量，減小刀具前、后刀面的粗糙度數值，使其不大于Ra1.25μm 。（5）選用與工件親合力小的刀具材料，如用陶瓷或碳化鈦基硬質合金切削碳素工具鋼，用金剛或礦物陶瓷刀加工有色金屬等。

3.其它方面：（1） 低速切削時采取減小切削厚度；（2） 增大前角等措施以及高速切削時，采用硬質合金刀具；（3） 將工件材料作調質處理；（4） 減小前角等措施都可以抑制鱗刺的產生。 （5） 車細長軸時取90°或91°--93°的主偏角（使用跟刀架時為使軸靠緊爪面，常取80%以上）；在后刀面磨出消振棱，縮短頂針伸出的長度，縮短刀具伸出的長度，使用消振器等措施可以抑制振動的產生。（6）使用冷卻潤滑液，可以很有效地減小前刀面與切屑之間、后刀面與工件之間的摩擦，從而有利于降低表面粗糙度。

參考文獻

[1]湯習成 主編.機械制造工藝學.中國勞動社會保障出版社，2010

[2]趙鎮平 陳發 降低機械加工表面粗糙度的途徑 《職業》2011年32期