減小零件表面粗糙度值的對策與研究

王俊卿，仲建軍

（洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，河南洛陽471000）

減小零件表面粗糙度值的對策與研究

王俊卿，仲建軍

（洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，河南洛陽471000）

加工后零件表面存在許多高低不平，具有較小間距的峰谷，它們的微觀幾何特性稱為表面粗糙度。對機械零件的耐磨性、抗腐蝕性、疲勞強度和零件配合的可靠性都有很大的影響，減小表面粗糙度值是提高零件表面加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。如何減小零件表面粗糙度是機械車削過程中非常重要的加工技術(shù)。

表面粗糙度；加工質(zhì)量；幾何特性

在機械加工過程中，由于切削分離時的塑性變形，工藝系統(tǒng)的振動，刀具與已加工表面間的摩擦等因素的影響，使得加工后的工件表面總會存在許多高低不平的微小峰谷，這些零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度[1]。零件表面粗糙度是零件表面質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，對零件的耐磨性、耐腐蝕性、疲勞強度和配合性質(zhì)都有很大影響，以致降低機器的工作精度。在零件加工過程中，從解決控制切削、改善材料加工性能、合理選用切削液、刀具幾何參數(shù)和切削用量等方面問題，提高了零件加工質(zhì)量，提高了零件的耐磨性，減小了零件表面粗糙度度值，同時提高了零件的配合性質(zhì)。零件表面品質(zhì)的高低，影響設(shè)備的使用性能。其中，常見的有刀具后刀面磨損造成的擠壓和摩擦痕跡、鱗刺現(xiàn)象、積屑瘤、零件表面的振動等現(xiàn)象，嚴重時甚至?xí)沽慵C構(gòu)報廢，因此，必須采取一定相應(yīng)措施加以解決。

1 表面粗糙度對零件使用性能的影響

1.1 對配合性質(zhì)的影響

加工表面的粗糙度是相互接觸的表面僅有很少的實際接觸面積，如精車后的表面僅有10﹪~15﹪能相互接觸，因此影響零件的配合性質(zhì)。在過盈配合中如表面粗糙度較大，由于裝配時峰頂部分被剪切擠平，減小了實際過盈量，會降低配合件的聯(lián)接強度。在間隙配合中過大的表面粗糙度值，使表面峰頂部分產(chǎn)生很大的切應(yīng)力，在開始運轉(zhuǎn)時即被剪斷，產(chǎn)生很大的初期磨損量，增大實際配合間隙。

1.2 對零件耐磨性的影響[2]

零件的耐磨性與零件的表面粗糙度值的大小有密切的關(guān)系。零件的精度是否達到等級要求，不但要求零件的尺寸精度、形位公差精度等級等符合要求外，最關(guān)鍵是零件表面粗糙度值符合精度等級要求，零件表面粗糙度值越小，零件接觸面就越大，零件耐磨性越好，零件的使用壽命就越長，經(jīng)濟耐用。

1.3 對零件疲勞強度的影響

在交變載荷作用下，零件表面粗糙、有劃痕及微裂紋等缺陷，容易引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生和加劇疲勞裂紋，導(dǎo)致疲勞破壞。因此，減小表面粗糙度值，對于提高承受交變載荷的零件疲勞強度效果比較顯著。

1.4對表面耐腐蝕性的影響

表面粗糙值大，有腐蝕作用的物質(zhì)越容易滲透到表面的微細裂紋中，或附著在零件表面上，零件的抗腐蝕性就越差，也就越容易腐蝕。而經(jīng)過精磨、研磨及拋光的表面不易腐蝕。

2 影響零件表面粗糙度的因素

2.1 積屑瘤[3-4]

在加工過程中，由于工件材料是被擠裂的，因此切屑對刀具的前面產(chǎn)生有很大的壓力，并摩擦生成大量的切削熱。在這種高溫高壓下，與刀具前面接觸的那一部分切屑由于摩擦力的影響，流動速度相對減慢，形成“滯留層”。當(dāng)摩擦力一旦大于材料內(nèi)部晶格之間的結(jié)合力時，“滯流層”中的一些材料就會粘附在刀具近刀尖的前面上，形成積屑瘤。

切削過程中產(chǎn)生的積屑瘤既不規(guī)則又不穩(wěn)定，一方面其不規(guī)則部分代替切削刃切削，留下深淺不一的痕跡；另一方面一部分脫落的積削瘤工件已加工表面，使之形成毛刺和硬點，使表面粗糙度值增大。如圖1所示。

圖1 積屑瘤刺痕

2.2 鱗刺[5]

鱗刺是經(jīng)切削后殘留在已加工表面上的鱗片狀毛刺，它在垂直切削速度方向呈鱗片狀分布，選用較低的切削速度對塑性金屬車、刨、拉、攻絲和滾齒加工時，會出現(xiàn)鱗刺現(xiàn)象，在零件加工中，鱗刺形成過程需經(jīng)四個階段，在低速切削或選用較小前角，較大的切削厚度，加工塑性和韌性較高的材料時，容易出現(xiàn)鱗刺現(xiàn)象。

如圖2所示。在拉削、插削、滾齒和螺紋車削等時，都會經(jīng)常出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象（有的稱之為“撕裂”）。它嚴重地影響了已加工表面的粗糙度，因此也必須找出原因，并采取措施排除。

圖2 鱗刺

2.3 振動[6]

在車削過程中，車床、工件或刀具發(fā)生周期性的跳動叫做振動。產(chǎn)生振動時會使加工表面上出現(xiàn)周期性的波紋（圖3），使表面粗糙度值顯著增大。振紋呈縱向、橫向或斜向分布。振動波形高低與振動的振幅、振紋的密度與震動的頻率有關(guān)。振動不僅惡化加工表面質(zhì)量，還對機床精度、刀具磨損有很大影響。

圖3 條紋和布紋

3 減小零件表面粗糙度值的措施

在切削加工過程中，殘留面積、積屑瘤、鱗刺和振動，以及殘余應(yīng)力等因素，嚴重影響了已加工零件表面質(zhì)量。這些因素中包括切削用量、刀具幾何參數(shù)、工件材料、和切削液等。

3.1 選擇合適的切削速度[7]

切削速度是影響零件加工表面的質(zhì)量一個重要因素，在低速時容易產(chǎn)生鱗刺，并形成積屑瘤。在中等速度時積屑瘤達到最大時，影響了零件表面粗糙度，因此，選用較小進給量，提高刀具刃磨品質(zhì)和使用性能良好的切削液等條件的配合，才能提高零件表面質(zhì)量。

3.2 選擇合適的進給量

進給量越小，表面殘留面積高度越低，表面粗糙度值越小。在較高的切削速度，利用減小進給量，來提高加工表面質(zhì)量是一個較為有效的措施。在中等的切削速度，為了抑制積屑瘤，應(yīng)選用較大進給量，配合選用較大副偏角或磨出修光刃，達到減小零件表面粗糙度的目的。

3.3 選擇合適刀具幾何角度

增大前角和后角，能減小切削時塑性變形，減小后刀面與加工表面摩擦，對積屑瘤、鱗刺影響較小，在加工過程中，選取較大前角刀具，刃口鋒利，有助于零件表面質(zhì)量提高。

3.4 采用潤滑性較好的切削液

切削液主要用來減小切削過程中的摩擦和降低切削溫度，合理使用切削液，對提高刀具耐用度和加工零件表面質(zhì)量，加工精度起重要作用。切削液滲透到刀具、切屑、零件表面之間形成潤滑膜，在加工零件過程中，能夠提高零件表面加工質(zhì)量。例如在加工不銹鋼、螺紋加工、銑削中，宜選用硫化油的切削液，能提高刀具耐用度和降低零件表面粗糙度值，能有效抑制鱗刺現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4 車床精度影響使零件表面產(chǎn)生高頻振紋[8]

切削加工過程中產(chǎn)生的振動會使加工表面出現(xiàn)振紋，從而影響零件表面的粗糙度值，振紋呈縱向分布、橫向或斜向分布，振紋不僅惡化了加工表面粗糙度，而對機床精度、刀具磨損有較大影響。切削過程中的振動有強迫振動和自激振動，強迫振動是由外界周期性作用力引起的。例如機床運動的不平穩(wěn)，包括主軸徑向跳動、安裝誤差、成離心力作用，工件材質(zhì)不均勻，間斷切削和崩碎切屑的作用。自激振動是由于切削過程中作用力的變動而引起的。例如切屑與刀具之間摩擦力變化，刀具磨損產(chǎn)生作用力、積屑瘤不穩(wěn)定導(dǎo)致切削厚度的變化。在工藝系統(tǒng)剛性不足情況下，由于刀具的后刀面上產(chǎn)生了較大磨損，摩擦系數(shù)增大，有徑向力引起附加摩擦力增加，就會出現(xiàn)刀具與工件之間的振動。

5 結(jié)束語

研究表明，消除零件表面粗糙度缺陷，減小表面粗糙度數(shù)值，主要應(yīng)從產(chǎn)生粗糙度的幾何因素與物理因素兩方面入手。首先必須減小表面殘留面積，也就是刀具應(yīng)盡可能地選用較小的副偏角、較大的刀尖圓弧半徑和較小的進給量，當(dāng)然，根據(jù)具體情況，還需要考慮生產(chǎn)率和不生產(chǎn)振動。其次，從合理選擇刀具的幾何參數(shù)、切削用量與切削液入手，對工件材料做必要的熱處理，盡量減小甚至消除積屑瘤、鱗刺與振動現(xiàn)象的發(fā)生，減低切削刃與前、后面的表面粗糙度值，改善斷屑與排屑條件，提高機床設(shè)備的精度與剛度等，均有利于減小加工表面的粗糙度值。

[1]丁向陽.數(shù)字化加工過程質(zhì)量控制方法與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[2]馮高頭，高學(xué)平.常見粗糙度缺陷的原因分析與排除[J].機械工人.冷加工，2002（02）：22-25.

[3]孫貴鑫.金屬加工中表面粗糙度缺陷的產(chǎn)生機理與排除[J].設(shè)備管理與維修，2010（03）：62-65.

[4]劉兆鑫，劉洪偉.常見粗糙度缺陷原因分析與排除[J].安徽科技，2013（06）：12-18.

[5]許靜靜.淺談減小工件表面粗糙度的幾種方法[J].科技視界，2014（21）：66-70.

[6]劉強.關(guān)于工件加工中積屑瘤形成的原因分析[J].湖南農(nóng)機，2014（06）：120-125.

[7]李志江.表面粗糙度產(chǎn)生原因及影響因素的分析與控制[J].裝備制造技術(shù)，2011（11）：80-83.

[8]鞠海華.改進車削不銹鋼、鋁合金時積屑瘤的措施[J].濟南職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011（04）：40-42.

Countermeasure and Research on Reducing Surface Roughness Value of Parts

WANG Jun-qing，ZHONG Jian-jun
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Career Technical College，Luoyang Henan 471000，China）

There are many rugged,processed parts surface with smaller spacing of peak valley，their micro geometric features is called the surface roughness.For mechanical parts wear resistance,corrosion resistance，fatigue strength and the reliability of the parts with has great influence，reduce the surface roughness value is an important index to improve the surface quality of the parts.How to reduce the workpiece surface roughness is very important in the process of mechanical cutting processing technology.

surface roughness；crudy；geometrical features

TH115

：A

：1672-545X（2017）01-0160-03

2016-10-09

王俊卿（1970-），男，河南欒川人，實驗師，本科，研究方向：機械制造技術(shù)。