切削加工中表面粗糙度的影响因素及试验

韩金华

（南通航运职业技术学院机电系，江苏 南通226010）



切削加工中表面粗糙度的影响因素及试验

韩金华

（南通航运职业技术学院机电系，江苏 南通226010）

摘要：文章通过分析切削加工中表面粗糙度的影响因素，并进行了一些切削加工试验，获得了一些切削加工参数，为提高切削加工表面粗糙度质量提供了一定的依据。

关键词：表面粗糙度；影响因素；试验

切削加工时产生表面粗糙度的原因，可归纳为三个方面：一是切削过程中刀刃在工件表面留下的残留面积；二是在切削过程中塑性变形及积屑瘤和鳞刺生成的影响；三是切削过程中刀刃与工件相对位置微幅振动。前两个原因受刀具几何参数、切削用量、工件材料、刀具材料及冷却润滑等因素影响，后一个原因与工艺系统振动有关，下面分别予以分析和试验。

1　刀具几何参数的影响

通过大量的切削加工试验可知，在刀具强度和使用寿命允许的条件下，增大刀具前角（至15°左右）和刀具后角（5°左右），减小刀具副偏角（采用较小的副偏角——如5°），修圆刀尖圆弧（刀尖圆弧半径修至2.0 mm左右）并在主偏角为75°时，能获得最小表面粗糙度值。

2　切削用量的影响

（1）切削速度的影响

切削塑性材料时，切削速度是影响加工表面质量的一个重要因素。一般情况下，较低速切削，切削变形大，易形成积屑瘤和鳞刺；中速切削，积屑瘤和鳞刺的高度达到最大值。因此，中、低速切削不易获得小的表面粗糙度值。高速切削，有利于提高加工表面质量。

切削脆性材料时，切削速度对表面粗糙度影响较小。

（2）进给量的影响

进给量是影响表面粗糙度较为显著的一个因素。进给量越小，残留面积高度越小，表面质量越高。

（3）切削深度的影响

切削深度对表面粗糙度的影响不明显，一般可忽略。

3　工件材料的影响

对于同一种工件材料，金相组织的晶粒大小不同，热处理后的硬度不同，切削加工后表面粗糙度差别很大。具体试验如下：

（1）试验名称：45钢主轴外圆车削加工一。

（2）试验条件：

1）加工工件——45钢主轴（外圆直径Φ100 mm，长度400 mm）；

2）样本工件数量——2件（未经任何热处理1件；调质处理1件）；

3）加工设备——CA6140型普通卧式车床；

4）切削刀具——90°外圆偏刀；刀柄截面尺寸（宽16 mm×高25 mm）；

5）刀具材料——高速钢；

6）切削速度——60 m/min；

7）切削深度——1.2 mm；

8）进给量——0.4 mm/r；

9）加工条件——不使用切削液（干切削）。

（3）试验内容：

改变工件材料组织，分别进行外圆车削加工试验。

（4）试验结果：

外圆车削后，表面粗糙度数值见表1.

表1　表面粗糙度数值

结果显示，即使加工同一种工件材料，金相组织的粒度愈细，热处理后得到的工件硬度愈高，加工后表面粗糙度数值愈小。

4　刀具材料的影响

刀具材料在切削过程中对积屑瘤和鳞刺生成影响很大，加工后表面粗糙度也不同。具体试验如下：

（1）试验名称：45钢主轴外圆车削加工二。

（2）试验条件：

1）加工工件——45钢主轴（外圆直径Φ100 mm，长度400 mm）；

2）样本工件数量——2件（未经任何热处理）；

3）加工设备——CA6140型普通卧式车床；

4）切削刀具——90度外圆偏刀；刀柄截面尺寸（宽16 mm×高25 mm）；

5）切削速度——60 m/min；

6）进给量——0.4 mm/r；

7）切削深度——1.2 mm；

8）加工条件——不使用切削液（干切削）。

（3）试验内容：

改变刀具材料，分别进行外圆车削加工试验。

（4）试验结果：

外圆车削后，表面粗糙度数值见表2.

表2　表面粗糙度数值

试验结果表明，在其它条件相同的情况下，用硬质合金刀具加工的工件，表面粗糙度值比用高速钢刀具为小。

5　切削液的影响

切削液能减少切削过程中刀具与工件表面间的摩擦，降低切削温度，从而减小工件材料的塑性变形，抑制切削瘤与鳞刺的产生。具体试验如下：

（1）试验名称：25钢渗碳轴外圆车削加工一。

（2）试验条件：

1）试验材料——25钢（未经任何热处理）；

2）加工工件——渗碳轴（外圆直径Φ60 mm，长度300 mm）；

3）样本工件数量——4件；

4）加工设备——CA6140型普通卧式车床；

5）切削刀具——90°外圆偏刀；刀柄截面尺寸（宽16 mm×高25 mm）；

6）刀具材料——高速钢；

7）切削速度——60 m/min；

8）进给量——0.4 mm/r；

9）切削深度——1.2 mm.

（3）试验内容：

改变切削条件，分别进行外圆车削加工试验。

（4）试验结果：

外圆车削后，表面粗糙度数值见表3.

表3　表面粗糙度数值

结果明显看出，使用切削液能有效地减小表面粗糙度值。切削液中，切削油比水溶液的效果更好。常用的切削油有硫化油和植物油，以植物油为最好，精密加工中常用植物油作为冷却润滑液。

6　工艺系统的刚度与抗振性的影响

工艺系统的振动，可引起刀刃与工件相对位置微幅变动，使表面粗糙度质量下降。具体试验如下：

（1）试验名称：25钢渗碳轴外圆车削加工二。

（2）试验条件：

1）试验材料——25钢（未经任何热处理）；

2）加工工件——渗碳轴（外圆直径Φ60 mm，长度300 mm）；

3）样本工件数量——3件；

4）加工设备——CA6140型普通卧式车床；

5）切削刀具——90°外圆偏刀；

6）刀具材料——高速钢；

7）切削速度——60 m/min；

8）进给量——0.4 mm/r；

9）切削深度——1.2 mm；

10）加工条件——不使用切削液（干切削）。

（3）试验内容：

改变车刀刀柄截面尺寸，分别进行外圆车削加工试验。

（4）试验结果：

外圆车削后，表面粗糙度数值见表4.

表4　表面粗糙度数值

试验表明，车刀刀柄宽度加大，加工工艺系统刚性提高，加工表面粗糙度值减小。因此，提高工艺系统刚度与抗振性可以改善加工表面粗糙度质量。

7　结束语

切削加工中表面粗糙度的影响因素很多，通过优化刀具几何参数及切削用量、细化工件材料组织、选用合适的刀具材料、合理使用切削液并提高工艺系统的刚度与抗振性等，均可有效减小工件表面粗糙度值，从而满足切削加工要求。

参考文献：

［1］王季琨，沈中伟，刘锡珍.机械制造工艺学［M］.天津：天津大学出版社，1998.

［2］陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具［M］.北京：机械工业出版社，1999.

Key worlds：surface roughness；influencing factors；experiment

Factors Affecting the Surface Roughness of Machining and its Test

HAN Jin-hua
（Department of Machincal and Electron，Nantong Shipping College，Nantong Jiangsu 226010，China）

Abstract：The machining surface roughness degree of influence factors analysis，and some machining experiments，some cutting parameters，provides a certain basis for improving the quality of the cutting surface roughness.

中图分类号：TH161

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）03-0236-02

收稿日期：2015-12-03

作者简介：韩金华（1962-），男，江苏南通人，讲师，工程师，主要从事机械设计与制造。