關(guān)于機(jī)械零件加工減小表面粗糙度方法的探討

陳兵

摘 要：機(jī)械零件的表面質(zhì)量對(duì)零件使用時(shí)的耐磨性、配合精度、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等有很大的影響，接影響到零件的工作時(shí)的性能，尤其是它的可靠性和壽命。提高加工表面的質(zhì)量，減小零件粗糙度，對(duì)保證零件的使用性能、提高零件及其機(jī)器的壽命具有重要的意義。本文作者就切削加工中影響表面粗糙度的因素進(jìn)行分析，和如何減小表面粗糙度的方法提出了一些方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零件；零件表面；粗糙度；加工質(zhì)量；性能；切削

機(jī)械零件的加工質(zhì)量，除了加工精度外，還有表面質(zhì)量。機(jī)械零件加工的表面質(zhì)量是指零件加工后的表面層狀態(tài)，它是判定零件質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要依據(jù)。機(jī)械零件的失效，大多是由于零件的磨損、腐蝕或疲勞破壞等所致，而磨損、腐蝕、疲勞等破壞都是從零件表面開(kāi)始的。表面粗糙度是影響零件表面質(zhì)量的重要因素，減小表面粗糙度就能提高零件表面質(zhì)量，而零件表面質(zhì)量將直接影響零件的工作性能，尤其是可靠性和壽命。減小表面粗糙度的方法在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用還是很廣泛的。由于機(jī)械零件一般都是通過(guò)切削加工的方法得到的，因此，下面主要總結(jié)在切削加工中減小表面粗糙度的方法，供大家參考。

1 切削加工中影響表面粗糙度的因素

1.1 刀刃在工件表面留下的殘留面積

工件的已加工表面是由刀具的主副切削刃切削后形成的。兩條切削刃在已加工表面上留下的痕跡。在已加工表面上殘留的面積越大，獲得的表面將越粗糙。由圖1可知，當(dāng)rε=0時(shí)，殘留面積高。當(dāng)?shù)都獾膱A角半徑rε≠0，。在實(shí)際的

切削過(guò)程中，切削刃的表面粗糙度也會(huì)反映在工件已加工表面上，此外，切削刃還會(huì)將殘留面積擠歪，實(shí)際表面粗糙度的最大值大于殘留面積高度。

1.2 工件材料的性質(zhì)

塑性材料與脆性材料對(duì)表面粗糙度都有較大的影響。

（1）塑性材料（積屑瘤的影響）

在一定的切削速度范圍內(nèi)加工塑性材料時(shí)，由于前刀面的擠壓和摩擦作用，使切屑的底層金屬流動(dòng)緩慢而形成滯流層，此時(shí)切屑上的一些小顆粒就會(huì)粘附在前刀面上的刀尖處，形成硬件度很高的楔狀物，稱(chēng)為積屑瘤，

積屑瘤的硬度可達(dá)工件硬度的2～3.5倍，它可代替切削刃進(jìn)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(huì)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大于積屑瘤與刀面的冷焊強(qiáng)度或受到振動(dòng)、沖擊時(shí)，積屑瘤會(huì)脫落，又會(huì)逐漸形成新的積屑瘤。由此可見(jiàn)，積屑瘤的生成、長(zhǎng)大和脫落，使切削發(fā)生波動(dòng)，并嚴(yán)重影響工件的表面質(zhì)量。脫落的積屑瘤碎片，還會(huì)在工件的已加工表面上形成硬點(diǎn)。因此，積屑瘤是增大表面粗糙度的不可忽視的因素。

（2）鱗刺的影響

鱗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，代替刀具推擠切削層，造成切削層金屬的積聚，切削層和工件之間出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，如此連續(xù)發(fā)生，就在工件表面上形成一系列的鱗刺，構(gòu)成已加工表面的縱向粗糙度。

形成鱗刺的原因有：

1）由于機(jī)械加工系統(tǒng)的振動(dòng)所引起的。

2）由于切屑在前刀面上的摩擦和冷焊作用，使切屑在前刀面上產(chǎn)生周期性停留，從而擠拉已加工表面。這種擠拉作用嚴(yán)重時(shí)會(huì)使表面出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。

（3）脆性材料

在加工脆性時(shí)，切屑呈不規(guī)則的碎粒狀，加工表面往往出現(xiàn)微粒崩碎痕跡，留下許多麻點(diǎn)，增大了表面粗糙度。

1.3 切削用量

選擇不同的切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度影響較大。在一定的速度范圍內(nèi)，如用中、低速（一般1<υc<80m/min）加工塑性材料容易形成積屑瘤或鱗刺。此外，當(dāng)背吃刀量或進(jìn)給量很小且刀刃不夠鋒利時(shí)，刀刃易在工件表面打滑，增大表面粗糙度。

1.4 工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)

工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)，使工件和刀尖的相對(duì)位置發(fā)生微幅振動(dòng)，使表面粗糙度加大。

1.5 切削液

切削液在加工過(guò)程中具有冷卻、潤(rùn)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，從而減少切削過(guò)程中的塑性變形并抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)，對(duì)降低表面粗糙度有很大作用。

2 減小表面粗糙度的方法

1.切削用量方面：（1）切削速度vc切削速度對(duì)表面粗糙度的影響較復(fù)雜，一般在低速度或在高速度切削時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，因此加工后表面粗糙度值小。用較高的切削速度，還可大大提高生產(chǎn)率。比如：用YT15切削35鋼，臨界切削速度v>100m/min。（2）進(jìn)給量f 適當(dāng)減少進(jìn)給量f將使表面粗糙度值減小。（3）切削深度ap 一般說(shuō)，切削深度ap對(duì)加工表面粗糙度影響不明顯。但當(dāng)ap<0.02～0.03mm時(shí)，由于加工半徑的影響，常出現(xiàn)擠壓、打滑和周期性的切入加工表面，從而使表面粗糙度值增大。為降低加工表面粗糙度值，應(yīng)根據(jù)刀具刃口刃磨的鋒利程度選擇相應(yīng)的切削深度。

2.刀具方面：（1）刃傾角λs 增大刃傾角對(duì)降低表面粗糙度有利。因?yàn)棣藄增大，實(shí)際工作前角隨之增大，切削力F明顯下降，從而可減輕工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，減小加工表面的粗糙度數(shù)值。（2）主偏角kγ、副主偏角kγ、刀尖圓弧半徑rε 減小刀具的主偏角kγ和副主偏角kγ以及增大刀尖圓弧半徑rε，可減小切削殘留面積，使其表面粗糙度降低。（3）前角γo 增大前角γo，有利于減小表面粗糙度值。前角大刃口鋒利，切削層的塑性變形和磨擦阻力小，切削力和切削熱降低。但γo不能太大，否則會(huì)嵌入工件或崩刀，反而增大表面粗糙度值。（4）提高刀具刃磨質(zhì)量，減小刀具前、后刀面的粗糙度數(shù)值，使其不大于Ra1.25μm 。（5）選用與工件親合力小的刀具材料，如用陶瓷或碳化鈦基硬質(zhì)合金切削碳素工具鋼，用金剛或礦物陶瓷刀加工有色金屬等。

3.其它方面：（1） 低速切削時(shí)采取減小切削厚度；（2） 增大前角等措施以及高速切削時(shí)，采用硬質(zhì)合金刀具；（3） 將工件材料作調(diào)質(zhì)處理；（4） 減小前角等措施都可以抑制鱗刺的產(chǎn)生。 （5） 車(chē)細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)取90°或91°--93°的主偏角（使用跟刀架時(shí)為使軸靠緊爪面，常取80%以上）；在后刀面磨出消振棱，縮短頂針伸出的長(zhǎng)度，縮短刀具伸出的長(zhǎng)度，使用消振器等措施可以抑制振動(dòng)的產(chǎn)生。（6）使用冷卻潤(rùn)滑液，可以很有效地減小前刀面與切屑之間、后刀面與工件之間的摩擦，從而有利于降低表面粗糙度。

參考文獻(xiàn)

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