关于机械零件加工减小表面粗糙度方法的探讨

陈兵

摘 要：机械零件的表面质量对零件使用时的耐磨性、配合精度、疲劳强度、抗腐蚀性等有很大的影响，接影响到零件的工作时的性能，尤其是它的可靠性和寿命。提高加工表面的质量，减小零件粗糙度，对保证零件的使用性能、提高零件及其机器的寿命具有重要的意义。本文作者就切削加工中影响表面粗糙度的因素进行分析，和如何减小表面粗糙度的方法提出了一些方法。

关键词：机械零件；零件表面；粗糙度；加工质量；性能；切削

机械零件的加工质量，除了加工精度外，还有表面质量。机械零件加工的表面质量是指零件加工后的表面层状态，它是判定零件质量优劣的重要依据。机械零件的失效，大多是由于零件的磨损、腐蚀或疲劳破坏等所致，而磨损、腐蚀、疲劳等破坏都是从零件表面开始的。表面粗糙度是影响零件表面质量的重要因素，减小表面粗糙度就能提高零件表面质量，而零件表面质量将直接影响零件的工作性能，尤其是可靠性和寿命。减小表面粗糙度的方法在生产实际中的应用还是很广泛的。由于机械零件一般都是通过切削加工的方法得到的，因此，下面主要总结在切削加工中减小表面粗糙度的方法，供大家参考。

1 切削加工中影响表面粗糙度的因素

1.1 刀刃在工件表面留下的残留面积

工件的已加工表面是由刀具的主副切削刃切削后形成的。两条切削刃在已加工表面上留下的痕迹。在已加工表面上残留的面积越大，获得的表面将越粗糙。由图1可知，当rε=0时，残留面积高。当刀尖的圆角半径rε≠0，。在实际的

切削过程中，切削刃的表面粗糙度也会反映在工件已加工表面上，此外，切削刃还会将残留面积挤歪，实际表面粗糙度的最大值大于残留面积高度。

1.2 工件材料的性质

塑性材料与脆性材料对表面粗糙度都有较大的影响。

（1）塑性材料（积屑瘤的影响）

在一定的切削速度范围内加工塑性材料时，由于前刀面的挤压和摩擦作用，使切屑的底层金属流动缓慢而形成滞流层，此时切屑上的一些小颗粒就会粘附在前刀面上的刀尖处，形成硬件度很高的楔状物，称为积屑瘤，

积屑瘤的硬度可达工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃进行切削。由于积屑瘤的存在，使刀具上的几何角度发生了变化，切削厚度也随之增大，因此，将会在已加工表面上切出沟槽。积屑瘤生成以后，当切屑与积屑瘤的摩擦大于积屑瘤与刀面的冷焊强度或受到振动、冲击时，积屑瘤会脱落，又会逐渐形成新的积屑瘤。由此可见，积屑瘤的生成、长大和脱落，使切削发生波动，并严重影响工件的表面质量。脱落的积屑瘤碎片，还会在工件的已加工表面上形成硬点。因此，积屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽视的因素。

（2）鳞刺的影响

鳞刺是由于切屑在前刀面上的磨擦和冷焊作用造成周期性的停留，代替刀具推挤切削层，造成切削层金属的积聚，切削层和工件之间出现撕裂现象，如此连续发生，就在工件表面上形成一系列的鳞刺，构成已加工表面的纵向粗糙度。

形成鳞刺的原因有：

1）由于机械加工系统的振动所引起的。

2）由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上产生周期性停留，从而挤拉已加工表面。这种挤拉作用严重时会使表面出现撕裂现象。

（3）脆性材料

在加工脆性时，切屑呈不规则的碎粒状，加工表面往往出现微粒崩碎痕迹，留下许多麻点，增大了表面粗糙度。

1.3 切削用量

选择不同的切削参数对表面粗糙度影响较大。在一定的速度范围内，如用中、低速（一般1<υc<80m/min）加工塑性材料容易形成积屑瘤或鳞刺。此外，当背吃刀量或进给量很小且刀刃不够锋利时，刀刃易在工件表面打滑，增大表面粗糙度。

1.4 工艺系统的高频振动

工艺系统的高频振动，使工件和刀尖的相对位置发生微幅振动，使表面粗糙度加大。

1.5 切削液

切削液在加工过程中具有冷却、润滑和清洗作用，能降低切削温度和减轻前、后刀面与工件的摩擦，从而减少切削过程中的塑性变形并抑制积屑瘤和鳞刺的生长，对降低表面粗糙度有很大作用。

2 减小表面粗糙度的方法

1.切削用量方面：（1）切削速度vc切削速度对表面粗糙度的影响较复杂，一般在低速度或在高速度切削时，不会产生积屑瘤，因此加工后表面粗糙度值小。用较高的切削速度，还可大大提高生产率。比如：用YT15切削35钢，临界切削速度v>100m/min。（2）进给量f 适当减少进给量f将使表面粗糙度值减小。（3）切削深度ap 一般说，切削深度ap对加工表面粗糙度影响不明显。但当ap<0.02～0.03mm时，由于加工半径的影响，常出现挤压、打滑和周期性的切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值，应根据刀具刃口刃磨的锋利程度选择相应的切削深度。

2.刀具方面：（1）刃倾角λs 增大刃倾角对降低表面粗糙度有利。因为λs增大，实际工作前角随之增大，切削力F明显下降，从而可减轻工艺系统的振动，减小加工表面的粗糙度数值。（2）主偏角kγ、副主偏角kγ、刀尖圆弧半径rε 减小刀具的主偏角kγ和副主偏角kγ以及增大刀尖圆弧半径rε，可减小切削残留面积，使其表面粗糙度降低。（3）前角γo 增大前角γo，有利于减小表面粗糙度值。前角大刃口锋利，切削层的塑性变形和磨擦阻力小，切削力和切削热降低。但γo不能太大，否则会嵌入工件或崩刀，反而增大表面粗糙度值。（4）提高刀具刃磨质量，减小刀具前、后刀面的粗糙度数值，使其不大于Ra1.25μm 。（5）选用与工件亲合力小的刀具材料，如用陶瓷或碳化钛基硬质合金切削碳素工具钢，用金刚或矿物陶瓷刀加工有色金属等。

3.其它方面：（1） 低速切削时采取减小切削厚度；（2） 增大前角等措施以及高速切削时，采用硬质合金刀具；（3） 将工件材料作调质处理；（4） 减小前角等措施都可以抑制鳞刺的产生。 （5） 车细长轴时取90°或91°--93°的主偏角（使用跟刀架时为使轴靠紧爪面，常取80%以上）；在后刀面磨出消振棱，缩短顶针伸出的长度，缩短刀具伸出的长度，使用消振器等措施可以抑制振动的产生。（6）使用冷却润滑液，可以很有效地减小前刀面与切屑之间、后刀面与工件之间的摩擦，从而有利于降低表面粗糙度。

参考文献

[1]汤习成 主编.机械制造工艺学.中国劳动社会保障出版社，2010

[2]赵镇平 陈发 降低机械加工表面粗糙度的途徑 《职业》2011年32期