談機械加工影響表面粗糙度的工藝因素

關(guān)俊英

摘要：本文論述了影響加工件表面粗糙度的幾個因素，提出了具體的方法。

關(guān)鍵詞：粗糙度；表面；刀削

從影響表面粗糙度的成因可以看出，影響表面粗糙度的因素可以分為三類：第一類，與切削刀具有關(guān)；第二類，與工件材質(zhì)有關(guān)；第三類，與加工條件有關(guān)。

1 切削加工影響表面粗糙度的因素

1．1 切削用量切削參數(shù)選擇的不同對表面粗糙度影響較大，應(yīng)引起足夠的重視。

切削速度在一定速度范圍內(nèi)，塑性材料容易產(chǎn)生積屑瘤或鱗刺，所以應(yīng)避開這個積屑瘤區(qū)，如用中、低速容易形成積屑瘤。

切削深度切削深度對表面粗糙度基本上沒有影響，但過小的切削深度將在刀尖圓弧下擠壓過去，形成附加的塑性變形，增大表面粗糙度值。

進給量 減小進給量可減小殘留面積高度，但過小的進給量將使切屑厚度太薄。當(dāng)厚度小于刃口圓弧半徑時，會引起薄層切削打滑，產(chǎn)生附加表面粗糙度。

1．2刀刃在工件表面留下的殘留面積被加工表面上殘留的面積愈大，獲得表面將愈粗糙。用單刃刀切削時，殘留面積只與進給量f 、刀尖圓弧半徑ro及刀具的主偏角kr、副偏角k1r 有關(guān)。

減小進給量f，減小主偏角、副偏角，增大刀尖圓角半徑，都能減小殘留面積的高度H ，也就降低了零件的表面粗糙度值。

進給量f對表面粗糙度影響較大，但f值較低時，雖然有利于表面粗糙度值的降低，但影響生產(chǎn)率。增大刀尖圓角半徑ro，有利于表面粗糙度值的降低。但刀尖圓角半徑的增加，會引起吃刀抗力的增加，而吃刀抗力過大會造成工藝系統(tǒng)的振動。減小主、副偏角，均有利于表面粗糙度值的降低。但在精加工時，主、副偏角對表面粗糙度值的影響較小。

1．3工件材料的性質(zhì) 塑性材料與脆性材料對表面粗糙度都有較大的影響。

積屑瘤的影響（塑性材料） 在一定的切削速度范圍內(nèi)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留層，此時切屑上的一些小顆粒就會黏附在前刀面的的刀尖處，形成硬度很高的楔狀物，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(fā)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(dāng)切屑與積屑瘤的摩擦力大于積屑瘤與前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(fā)生波動，并嚴重影響工件的表面質(zhì)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值的不可忽視的因素。

鱗刺的影響在已加工表面產(chǎn)生鱗片狀毛刺，稱作磷刺。磷刺也是增大表面粗糙度值的一個重要因素。形成磷刺的原因是由于切屑在前刀面的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上產(chǎn)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(xiàn)撕裂現(xiàn)象。

脆性材料加工脆性材料時切屑呈不規(guī)則的碎粒狀，加工表面往往出現(xiàn)微粒蹦碎痕跡，留下許多麻點，增大表面粗糙度值。

1．4工藝系統(tǒng)的高頻振動工藝系統(tǒng)的高頻振動，使工件和刀尖的相對位置發(fā)生微幅振動，使表面粗糙度值加大。

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，從而減小切削過程中的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長，對降低表面粗糙度值有很大作用。

2磨削加工影響表面粗糙的因素

磨削時，砂輪線速度比較高，砂輪表面有無數(shù)顆磨粒，每顆磨粒相當(dāng)于一個刀刃，磨粒大多數(shù)為負前角，單位切削力比較大，故切削溫度較高，磨削點附近的瞬時溫度可高達800～1000℃。這樣高的溫度常引起被磨削表面燒傷，使工件變形和產(chǎn)生裂紋。同時，由于磨粒大多數(shù)為負前角，且磨削厚度很小，所以加工時大多數(shù)磨粒只在工件表面擠壓而過，工件材料受到塑性擠壓，沿磨粒兩旁產(chǎn)生塑性流動，劃出無數(shù)的細微溝槽，磨削溫度又較高，更加劇塑性變形，進一步使表面粗糙度值增大。

影響磨削粗糙度的因素很多，主要有：

砂輪的線速度隨著砂輪線速度的增加，在同一時間里參與切削的磨粒數(shù)也增加，每顆磨粒切去的金屬厚度減小，殘留面積也減小，而且高速磨削可減少材料的塑性變形，使表面粗糙度值降低。

工件的線速度 在其他磨削條件不變的情況下，隨工件線速度的降低，每顆磨粒每次接觸工件時切削厚度減少，殘留面積也小，因而表面粗糙度值低。但工件線速度過低時，工件與砂輪接觸的時間長，傳到工件上的熱量增多，甚至?xí)斐晒ぜ砻娼饘傥⑷?，反而使表面粗糙度值增大，而且還增加表面燒傷的可能性。因此，通常取工件線速度等于砂輪線速度的1/60。

縱向進給量 采用縱磨法磨削時，隨縱向進給量的增加，表面粗糙度值也增加。

光磨的次數(shù) 光磨次數(shù)多，表面粗糙度值降低。光磨系無進給磨削，是提高磨削表面質(zhì)量的重要手段之一，砂輪的粒度越細，光磨的效果越好。

砂輪的性質(zhì)對表面粗糙度的影響

砂輪的粒度 粒度越細，則砂輪單位面積上的磨粒越多，每顆磨粒切去的金屬厚度越少，刻痕也細，表面粗糙度值就低。但粒度過細切屑容易堵塞砂輪，使工件表面溫度增高，塑性變形增大，表面粗糙度值反而增加。同時還容易引起燒傷，所以常用的砂輪粒度在80號以內(nèi)。

砂輪的硬度 砂輪太軟，則磨粒容易脫落，有利于保持砂輪的鋒利，但很難保證砂輪的等高性。砂輪如果太硬，磨鈍了的磨粒不易脫落，會加劇與工件表面的擠壓和摩擦作用，造成工件表面溫度升高，塑性變形增大，并且還容易使工件產(chǎn)生表面燒傷。所以砂輪的硬度以適用為好，主要根據(jù)工件的材料和硬度選擇。

砂輪的修整砂輪使用一段時間后就必須進行修整，及時修整砂輪有利于獲得鋒利和等高的微刃，修整砂輪還能增加砂輪的切屑刃個數(shù)，這些均有利于降低工件的表面粗糙度值。

工件材料的影響工件材料的性質(zhì)對表面粗糙度影響也大，太軟、太硬、太韌的材料都不容易磨光。這是因為材料太硬時，磨粒很快鈍化，從而失去切削能力；材料太軟時砂輪又容易被堵塞；而韌性太大且導(dǎo)熱性差的材料又容易使磨粒早期崩落，這些都不利于獲得低的表面粗糙度值。

此外，切削液的選擇與凈化、磨床的性能等對磨削表面粗糙度均有不同程度的影響，是不可忽視的因素。