切削加工中影响已加工表面粗糙度的因素分析

陶韵晖

摘 要：粗糙度是衡量工件表面质量的重要指标，其一方面直接决定了产品的外观精美程度，另一方面也影响着机器装配的质量及零件使用寿命。该文通过对表面粗糙度影响因素的深入分析，旨在找出有效降低表面粗糙度值而提高零件表面质量的有效途径。

关键词：切削加工 表面粗糙度 因素 措施

中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0083-01

1 已加工表面的粗糙度对性能的影响

切削时，工件材料在切削刃的挤压下，在复杂而集中的应力下形成已加工表面，又受到了切削刃钝圆部分与刀面的挤压、磨擦和回弹后，零件的表面状态，对零件的使用性能有很大的影响。如零件表面粗糙度值会对其使用性能产生影响，特别是耐磨性、稳定性、密封性、接触刚度、测量精度、疲劳强度和耐腐蚀性等特性；如果机器长时间处于高速、高压和高温条件，表面粗糙度值则是影响与决定机械运转性能、部件使用寿命的最为关键的因素。

2 影响已加工表面粗糙度的原因

2.1 残留面积高度

在对工件进行切削时，受到刀具和工件相对运动、刀具几何形状等因素的影响，会存在部分金属未被切除、残留在加工工件表面上的情况，造成了表面的不光整，残留面积高度越小，表面粗糙度值也愈小，表面质量越高。相反表面质量越差。

2.2 积屑瘤

工件切削过程中，由于受到前刀面挤压、磨擦等作用下，会导致切屑底层金属受流动缓慢影响而形成滞留层，同时形成与释放大量的切削热，切屑小颗粒在高温或者高压环境作用下出现融化、软化而黏附在前刀面的刀尖等部分，随着加工时间的增长会进一步硬化而形成不规则楔状物的积屑瘤。积屑瘤代替切削刃和刀尖进行切削时，引起过切而且在加工表面划出深浅不一的沟纹。旧的积屑瘤在振动、冲击或者摩擦影响下会脱落，但又会立即形成新的积屑瘤。积屑瘤的反复脱落、生成、生长，会使工件有切削过程发生局部的波动，甚至粘附在加工表面被刀具挤平形成硬质光点，以上这些情况都会影响工件表面粗糙度。

2.3 鳞刺

所谓鳞刺，是指已加工工件表面上的鳞片状“毛刺”，是高速钢刀具低速切削方式比较常见的一种现象。鳞刺一般形成于积屑瘤形成、增长的前期；最早见于没有形成积屑瘤的时候，或者在较低的切削速度范围内鳞刺也会产生。如果刀具后角过小，也会导致鳞刺产生。鳞刺对加工工件表面质量的影响较大，其可以使工件的表面粗糙度等级连降2～4级。

2.4 振动

工件加工切削过程中，如果工件出现较大的振动，会直接对工件表面粗糙度产生影响，最显著的就是变大。振动的产生多是由于径向切削力Fr过大，或者工件系统的刚度过小导致。

2.5 工件材料

表面粗糙度跟材料的种类也有关，材料的塑性越好，表面易形成积屑瘤和鳞刺，切削脆性材料如铸铁时，由于形成崩碎切屑，石墨从工件表面脱落形成凹痕，都造成了工件的表面粗糙度值大。

2.6 切削用量

切削速度过低会首先导致鳞刺产生，从低速到中速的变化过程则容易形成积屑瘤，这些都会增大表面粗糙度。如果能有效避开这一速度区域，对工件表面粗糙度的影响则会大大减小。如果加工的是脆性材料，该类材料工件一般不会形成积屑瘤、鳞刺，因此切削速度对表面粗糙度基本没有影响。

一般来说，切削深度对加工表面粗糙度的影响是不明显的。从几何因素中可以得知，适当减小进给量f可以有效降低残留面积的高度；同时也能有效降低积屑瘤、鳞刺的高度；但是当进给量减小到一定程度或者一定值时，如果再进一步减小，这时塑性变形就占据了主导地位，粗糙度值不但不会明显下降，还有可能增高。

2.7 刀具方面

刀尖圆弧半径的大小，副偏角的大小，是否有修光刃，都可以有效控制表面粗糙度；刀具前角及后角的大小，影响刃口锋利程度，影响切削变形及磨擦；刀具的刃磨质量及是否正确使用切削液等都可以使表面粗糙度改善。

3 降低表面粗糙度值的措施

针对以上影响表面粗糙度的因素，总的说来可以从刀具方面、材料方面、切削用量方面、冷却润滑等方面进行控制。如果当已加工表面的走刀痕迹比较清楚，应该考虑减小残留面积高度。减小残留面积高度的方法，首先是改变刀具的几何参数，增大刀尖圆弧半径re和减小副偏角k'r。采用带有k'r=0的修光刃的刀具或宽刃精刨刀、精车刀是生产中降低加工表面粗糙度所采用的方法。不论是增大re、减小k'r，或用宽刃刀同时要注意避免振动。或是减小进给量f，也能有效地减小残留面积高度，但减小进给量f会降低生产率，所以只有在改变刀具的几何参数后会引起振动或其它不良影响时才考虑减小进给量f。使用润滑性能良好的切削液，必要时对工件先进行正火、调质等热处理，以提高硬度，降低塑性和韧性等，都能有效控制降低表面粗糙度值。

参考文献

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