機(jī)械加工中影響表面粗糙度的因素及改善措施探討

李秀杰

摘 要：工業(yè)生產(chǎn)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支柱，所以要高度重視工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量。在機(jī)械加工中，工件的質(zhì)量尤為關(guān)鍵，機(jī)床的運(yùn)行性能，加工工藝的水平等各項(xiàng)因素都會(huì)對(duì)表面粗糙度有所影響。文章對(duì)于機(jī)械加工中零件表面粗糙度進(jìn)行了相關(guān)分析，然后對(duì)質(zhì)量因素以及解決措施進(jìn)行探討，對(duì)提高機(jī)械加工中工件表面粗糙度有重要的意義。

關(guān)鍵詞：粗糙度；質(zhì)量因素；改善措施

1 機(jī)械加工零件表面粗糙度

1.1 在用刀具對(duì)零件進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，會(huì)由于刀具的形狀、材料、刃磨質(zhì)量以及加工工藝等原因，在零件的表面形成微小的峰谷狀起伏，致使零件表面光滑度受到影響，從而影響到零件的使用性能。表面粗糙度越小，零件表面就越光滑，零件的性能也就越高。

1.2 切削刀具幾何形狀、材料、刃磨質(zhì)量的影響因素。從切削刀具的形狀和幾何角度考慮，適當(dāng)增大切削刀具幾何形狀的前角有利于減小表面粗糙度值。但前角太大，表面粗糙度值反而會(huì)增加。當(dāng)前角一定時(shí)，后角越大，切削刃鈍圓半徑越小，刀刃越鋒利；增大后角還能減小后刀面與已加工表面間的摩擦和擠壓，有利于減小加工表面粗糙度值。但后角太大時(shí)，積屑瘤易于流到后刀面，同時(shí)容易產(chǎn)生切削振動(dòng)，使加工表面粗糙度值反而增加。從切削刀具幾何形狀因素來(lái)看，增加刀尖圓弧半徑會(huì)減小加工表面粗糙度值。主偏角和副偏角減小，可減小加工表面粗糙度值。刀具的前刀面、后刀面本身的表面粗糙度值越小，被加工表面的粗糙度值越小。刀具刃口越鋒利、刃口平刃性越好，則切出的工件表面粗糙度值也越小。

1.3 切削過(guò)程中刀具的影響因素。從零件切削加工過(guò)程考慮，刀具的刃口圓角及后面的擠壓與摩擦使金屬材料發(fā)生塑性變形，嚴(yán)重惡化了表面粗糙度。在加工塑性材料形成帶狀切屑時(shí)，在前刀面上容易形成硬度很高的積屑瘤，它可以代替前刀面和切削刃進(jìn)行切削，使刀具的幾何角度、背吃刀量發(fā)生變化。積屑瘤的輪廓很不規(guī)則，因而使工件表面出現(xiàn)深淺和寬窄都不斷變化的刀痕；有些積屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。切削加工時(shí)的振動(dòng)也使加工工件表面粗糙度值增大。

1.4 機(jī)械加工工藝的影響因素。從工藝的角度考慮其對(duì)工件表面粗糙度的影響，主要與切削刀具、工件材質(zhì)及加工條件有關(guān)，需要合理安排加工零件的工藝，減少機(jī)械加工工藝中產(chǎn)生的表面粗糙度。

2 機(jī)械加工質(zhì)量因素

2.1 機(jī)械加工表面切削用量的因素

2.1.1 表面粗糙度與切削用量的參數(shù)有一定的關(guān)系，如果將切削速度控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，在塑性材料中就會(huì)形成屑瘤或者是鱗刺，所以在切削的過(guò)程中應(yīng)該盡量的避免這個(gè)區(qū)域。切削的速度對(duì)粗糙度也有一定的影響，如果速度過(guò)慢，積屑瘤的可能性就越大。如果切削的深度過(guò)小，受到刀尖圓弧的擠壓，會(huì)在附近形成塑性變形，從而加大表面粗糙度。

2.1.2 刀刃在工件表面留下的殘留面積越大，獲得表面將越粗糙。用單刃刀切削時(shí)，殘留面積只與進(jìn)給量、刀尖圓弧半徑及刀具的主偏角和副偏角有關(guān)。減小進(jìn)給量，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，從而降低了零件表面粗糙度的值。進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度影響較大，但其值較低時(shí)，雖然有利于表面粗糙度值的降低，但影響生產(chǎn)率。增大刀尖圓角半徑有利于表面粗糙度值的降低，但刀尖圓角半徑的增加會(huì)引起吃刀抗力的增加，而吃刀抗力過(guò)大會(huì)造成工藝系統(tǒng)的振動(dòng)。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(shí)，主、副偏角對(duì)表面粗糙度值的影響較小。

2.1.3 在進(jìn)行切削加工的過(guò)程中，會(huì)在金屬層內(nèi)形成塑性變形，由此導(dǎo)致表面金屬的比容有所增大。而塑性變形只會(huì)在金屬表層中產(chǎn)生，在比容增大的情況下，會(huì)受到里層金屬的阻止，由此在表面會(huì)形成殘余應(yīng)力，在里層金屬中會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。由于切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，由于不同的金屬具有不同的金相組織，所以在切削區(qū)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生不同的殘余應(yīng)力，致使工件表面的粗糙度受到不同程度的影響。

2.2 工件材料使用性能的影響因素

2.2.1 工件材料的性質(zhì)對(duì)表面粗糙度的影響

在對(duì)塑料材質(zhì)的工件進(jìn)行切削時(shí)，將速度控制在一定的范圍內(nèi)，由于受到前刀面的擠壓和摩擦，在切削到金屬底層時(shí)，會(huì)因?yàn)榱鲃?dòng)緩慢而形成滯留層，此時(shí)在前刀面的刀尖處就會(huì)粘附一些小的顆粒，然后形成硬度較高的楔狀物，由此改變了刀具的幾何形狀，在切削的過(guò)程中，就會(huì)加大切削的厚度，從而在工件表面出現(xiàn)溝槽。在切削的過(guò)程中，由于受到摩擦力的影響，積屑瘤會(huì)不斷的脫落，然后形成新的積屑瘤，在如此反復(fù)的過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，由此影響到工件表面質(zhì)量。此外，在積屑瘤脫落的過(guò)程中，由于切削過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以有些碎片會(huì)附著在工件的表面，對(duì)工件表面的粗糙度產(chǎn)生很大的影響。

2.2.2 機(jī)械加工切削冷卻液的影響

在進(jìn)行切削加工的過(guò)程中，由于刀具和工件之間的高速摩擦，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以對(duì)于有些材料來(lái)講會(huì)產(chǎn)生塑性變形。為了減少塑性變形的出現(xiàn)，在加工的過(guò)程中，會(huì)使用冷卻液，以此來(lái)減少塑性變形的發(fā)生幾率，并且可以合理的抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)。但是，對(duì)于冷卻液要合理的選擇，只有選擇適合生產(chǎn)的冷卻液才能夠達(dá)到預(yù)期的效果，從而改善工件表面粗糙度，提高工件的使用性能。

3 改善加工措施

產(chǎn)生機(jī)械加工零件表面粗糙度的因素很多，形成表面粗糙度的主要原因可歸納為幾個(gè)方面：一是切削刀具幾何因素，主要指刀刃和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡所形成的殘留面積；二是工件材料的因素，主要指加工過(guò)程中在工件表面產(chǎn)生的積屑瘤、鱗刺和振動(dòng)等；三是加工零件選擇的工藝和切削用量及切削冷卻液的選擇，下面為改善機(jī)械加工表面粗糙度的工藝措施。

3.1 改善工件表面粗糙度的首要措施是選擇合理的切削工藝，合理的控制切削用量，并且在切削的過(guò)程中，要注意速度和深度的控制，減少積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)。

3.2 為了保證工件表面的粗糙度，對(duì)于刀具的選擇十分重要，要對(duì)刀具的幾何參數(shù)以及刃傾角有嚴(yán)格的要求，在刀具的主偏角、副偏角以及刀尖處的圓弧半徑都要嚴(yán)格的挑選。

3.3 工件的材料不同，其物理性能也不相同，由此在進(jìn)行切削的過(guò)程中所產(chǎn)生的變形情況也不相同。所以為了保證工件的表面粗糙度，在加工之前，要對(duì)工件的材料性能有所了解，然后根據(jù)根據(jù)材料的屋里性能對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，可以提高工件的表面質(zhì)量。

3.4 切削液是工件加工過(guò)程中必不可少的，合理的選擇切削液能夠有效的減小工件表面的粗糙度。所以要根據(jù)加工的不同階段，針對(duì)不同的工件，選擇合理的切削液，提高工件表面的質(zhì)量。

3.5 切削刀具的材料對(duì)工件的表面粗糙度也有所影響，如果在相同的工作條件下，使用硬質(zhì)的合金刀具要比高速鋼的刀具切削質(zhì)量好。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械加工是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工序，加工的質(zhì)量好壞直接影響到工件的質(zhì)量，由此關(guān)乎工件的使用性能。工業(yè)生產(chǎn)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位，尤其是制造業(yè)的發(fā)展尤為重要，所以在機(jī)械加工的過(guò)程中，要不斷的提高加工工藝，使用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)而改善工件的表面粗糙度，為工業(yè)生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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