機(jī)械加工影響表面粗糙度的因素及措施

王 晏

（同煤集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同037024）

機(jī)械零件的磨損以及破壞大多均是從零件的表層開始，零件加工的質(zhì)量好壞會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣有諸多影響，對(duì)于產(chǎn)品的使用壽命、性能及其工作性能起著決定性作用，尤其是零件的耐磨性以及可靠性，都受其表層質(zhì)量的影響。對(duì)機(jī)械加工的表面質(zhì)量進(jìn)行研究，可以正確把握機(jī)械加工中各因素對(duì)其表面質(zhì)量的影響規(guī)律，并將這些規(guī)律運(yùn)用到實(shí)際加工中去，以改善零件的表面質(zhì)量，進(jìn)而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 表面粗糙度的含義

零件的表面粗糙度指的是表面上出現(xiàn)的十分小的幾何誤差。在機(jī)械加工過程中，這種幾何誤差主要是因?yàn)榱慵偷毒唛g的不斷摩擦、零件的加工表面和刀具之間的微小間距以及峰谷不平而導(dǎo)致。零件表面的粗糙度越小則表明零件的表面光滑度越高，零件的性能越好。使用刀具對(duì)零件的表面進(jìn)行加工時(shí)，刀具的形狀、刃磨質(zhì)量、材料、切削的過程等都會(huì)對(duì)零件的表面粗糙度帶來一定的影響。

2 表面粗糙度的影響因素

2.1 切削加工的影響因素

2.1.1 刀具的幾何形狀

刀具的幾何形狀會(huì)影響到表面粗糙度，適當(dāng)增大切削刀具的前角，對(duì)于減小零件的表面粗糙度有著重要作用。但如果前角過大，反而會(huì)使粗糙度增大。當(dāng)固定前角后，增大后角有利于增強(qiáng)刀刃的鋒利程度，摒棄增大后角對(duì)于降低后刀面和已加工的表面之間的擠壓與摩擦，由此降低表面的粗糙度。但是并非是后角越大越好，當(dāng)后角過大時(shí)，積屑瘤就容易流到后刀面，其中產(chǎn)生切削振動(dòng)的可能性大大增加，反而會(huì)使表面的粗糙度增加。此外，刀具在做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)過程中，加工表面產(chǎn)生的殘留面積的形狀是切割刀具形狀的反映，減小主負(fù)偏角和進(jìn)給量可以有效降低殘留面積的高度。

2.1.2 工件材料性質(zhì)

塑性材料的加工過程中，刀具對(duì)金屬的擠壓會(huì)使其出現(xiàn)塑形形變，再加上刀具將工件與切屑分開的撕裂作用，這便在一定程度上加大了表面的粗糙度。工件材料的韌性對(duì)于金屬的塑性變形影響較大，韌性越好，塑性變形越明顯，表面的粗糙度越嚴(yán)重。脆性材料的加工過程中，切屑為碎粒狀，其崩碎使表面產(chǎn)生麻點(diǎn)會(huì)影響表面的粗糙度〔1〕。

2.1.3 切屑的使用量

切屑的使用量是影響加工工件的表面光滑度的又一個(gè)重要性的因素，其中，降低給進(jìn)量、提高切割的速度等均有助于降低表面的粗糙度，提高工件的表面光滑度，加強(qiáng)工件的各項(xiàng)使用性能。

2.1.4 切削冷卻液的影響

加工過程中切削液的作用是潤(rùn)滑、冷卻以及清洗，可以使切削溫度降低并且大大降低工件和前后兩個(gè)刀面的摩擦，達(dá)到降低切削中的塑性變形作用，對(duì)鱗刺以及積屑瘤的產(chǎn)生及生長(zhǎng)有很好的抑制作用。所以，在切屑的過程中還應(yīng)該正確選擇冷卻液，以有效降低工件表面的粗糙度。

2.2 磨削加工的影響因素

磨削過程中，砂輪速度高，砂輪表面的每一顆磨粒都可以看作是一個(gè)刀刃，磨粒往往是負(fù)前角，具有較大的單位切割力，因此，切割的溫度特別高，這種高溫經(jīng)常會(huì)燒傷磨削面，導(dǎo)致工件發(fā)生形變或者出現(xiàn)裂紋。同時(shí)，因?yàn)槟チＲ载?fù)前角為主且磨削厚度非常小，所以，加工過程中，磨粒通常只會(huì)從工件的表面擠壓過去，如果對(duì)工件材料的塑性擠壓過大，沿著磨粒的兩邊就會(huì)發(fā)生塑性流動(dòng)，增大表面的粗糙度。

磨削加工的粗糙度與砂輪粒度、硬度、修整、磨削速度、光磨次數(shù)、軸向的進(jìn)給量等各因素有關(guān)，這就要求在進(jìn)行磨削加工時(shí)重視對(duì)這些因素的分析，選擇出科學(xué)合理的參數(shù)來運(yùn)用到加工的過程中去，使磨削加工對(duì)于粗糙度的影響降到最低，以提高整個(gè)加工過程的精準(zhǔn)性，提高加工工件的光滑度，使其使用效率及使用壽命都能得到可靠保障。

2.3 加工工藝對(duì)于粗糙度的影響

從加工工藝選擇的角度進(jìn)行分析，其影響因素主要是工件的材質(zhì)、切削使用的刀具、加工的條件等，因此，必須要重視零件的加工工藝，選擇合理科學(xué)的加工工藝，以達(dá)到降低零件表面粗糙度的目的，只有這樣才可以使加工工件的使用壽命以及性能等各個(gè)方面盡量達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)〔2〕。

3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

結(jié)合不同工件的具體使用情況，對(duì)于工件表面粗糙度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的發(fā)生著新變化，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)代碼將其劃分為不同等級(jí)，對(duì)這些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，才可以提出行之有效的改進(jìn)措施，使提高工件表面光滑度的措施更有效，提高所加工出來的工件的各種性能及使用的壽命。不同等級(jí)表面粗糙度的判斷標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 不同等級(jí)表面粗糙度的判斷標(biāo)準(zhǔn)

4 改善加工表面粗糙度的措施

結(jié)合上面的分析不難發(fā)現(xiàn)，影響零件機(jī)械加工粗糙度的因素多種多樣，但是形成粗糙度的因素主要是以下幾個(gè)方面：首先是切削刀具的因素，它主要指工件和刀刃相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，殘留的軌跡面積；其次是工件材料對(duì)粗糙度的影響，如加工時(shí)的鱗刺、積屑瘤及振動(dòng)等；再次是加工零件工藝和切削用量及冷卻液的選擇，這些因素對(duì)工件的各項(xiàng)性能的影響是不容忽視的，所以，務(wù)必要采取有效措施加以改進(jìn)。

機(jī)械加工粗糙度的改善措施有：

其一，機(jī)械加工中需合理選擇切削用量、切削時(shí)把握恰當(dāng)?shù)乃俣?、減少進(jìn)給和切削的合適深度，這樣可以很好的降低工件的粗糙度，以提高其相關(guān)性能。

其二，刀具要把握恰當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)、減小其主偏和負(fù)偏角、增大刀刃傾斜角和刀尖切割處圓環(huán)半徑，這對(duì)于提高表面的光滑度的作用非常明顯。

其三，針對(duì)機(jī)械加工時(shí)的工件材料性能，需要根據(jù)工件加工需求，適當(dāng)對(duì)工件回火和正火處理，只有充分了解工件的材料性能，才可以選擇合適的處理手段，提高表面光滑度〔3〕。

其四，切削液的選擇要合適，比如在鑄鐵工藝時(shí)，鉸孔切削要用豆油或煤油，在對(duì)鋼件進(jìn)行切削時(shí)要選擇硫化油，這些切削液的選擇都有助于減小機(jī)械加工的粗糙度。

其五，切削刀具的材料選擇要合適，在同一切削工藝中，高速鋼材料的刀具造成的機(jī)械粗糙度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬質(zhì)合金材料的刀具。

除上述之外，還要減少或者防止機(jī)械加工時(shí)的系統(tǒng)振動(dòng)。如果在刀具和工件之間發(fā)生振動(dòng)，則加工工藝的正常切削將受到破壞或者干擾，加工零件的表面就會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)紋，繼而嚴(yán)重影響機(jī)械加工的質(zhì)量和加工精度。為了減少震動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的不良影響，可以采取消除振動(dòng)或減少振動(dòng)的隔振、激振力、增大阻力或者提高系統(tǒng)剛度等措施。

5 結(jié)語

總之，機(jī)械加工的表面粗糙度受到多種因素的影響，而零件表面粗糙度對(duì)于零件的性能而言尤為重要，所以，在機(jī)械加工中要高度重視對(duì)這些因素的全面分析，通過改變切削加工以及磨削加工過程中的相關(guān)因素，降低加工工件表面的粗糙度，提高工件表面的光滑度，從而進(jìn)一步提高工件的各項(xiàng)性能。

〔1〕李都喜，苑舉勇，張坤伸，等.機(jī)械加工表面質(zhì)量影響因素及控制措施的探討〔J〕.科技信息，2011，（29）：107－108.

〔2〕張 瑋.機(jī)械加工影響表面粗糙度的因素及改善措施探討〔J〕.科技風(fēng)，2014，（10）：76－76.

〔3〕馬 剛，陳 征.淺談?dòng)绊憴C(jī)械加工表面質(zhì)量的因素及措施〔J〕.科技視界，2014，（10）：94－94.