影響機(jī)械加工表面粗糙度的原因及改進(jìn)措施

張印+鄧昶+郭艷華

[摘 ?要]表面粗糙度是對(duì)工件質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的重要指標(biāo)之一，對(duì)于其在使用過(guò)程中的配合質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)精度以及耐磨損性等都有著不容忽視的影響，因此，想要保證工件的加工質(zhì)量，就必須采取有效措施，降低表面粗糙度。本文對(duì)機(jī)械加工中影響表面粗糙度的因素進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改善策略，希望能夠?qū)ぜ馁|(zhì)量進(jìn)行改善，提升其使用性能。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械加工;表面粗糙度;影響因素;改善策略

中圖分類號(hào)：TH161.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）22-0027-01

0 引言

相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，在設(shè)備使用中，機(jī)械零件的磨損以及破壞多數(shù)情況下都是由表面開始的，尤其是工件的耐磨性以及可靠性，都受到了工件表面質(zhì)量的直接影響。在這種情況下，技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于機(jī)械加工表面質(zhì)量的研究，對(duì)可能存在的影響因素進(jìn)行全面分析，把握機(jī)械加工中不同因素對(duì)于表面質(zhì)量的影響規(guī)律，進(jìn)而采取相應(yīng)的改善措施，提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

1 表面粗糙度概述

表面粗糙度是指存在于加工表面的、具有微小間距以及微小峰谷的不平度，兩個(gè)波峰或者波谷之間的距離通常在1mm以下，屬于一種微觀層面的幾何形狀誤差。表面粗糙度是對(duì)工件質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的重要指標(biāo)之一，越小則表明工件的表面越光滑。同時(shí)，表面粗糙度與工件的疲勞強(qiáng)度、接觸剛度、配合性質(zhì)、耐磨性等存在著密切的關(guān)系，也在很大程度上影響了工件的使用壽命和使用安全，必須得到足夠的重視。通常來(lái)講，表面粗糙度的是由工件加工工藝以及其他因素的影響而形成的，如機(jī)械加工過(guò)程中刀具與工件避免的摩擦、切削交工時(shí)工件層表面金屬的塑性變形等，不同的加工工藝和工件材料，在加工過(guò)程中留下的表面痕跡的形狀、紋理和深度等都會(huì)存在一定的差別[1]。如果表面粗糙度過(guò)高，不僅工件自身無(wú)法有效滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，而且會(huì)嚴(yán)重影響工件的強(qiáng)度、耐磨性和使用壽命，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于表面粗糙度影響因素的研究，采取有效措施對(duì)其進(jìn)行控制。

2 表面粗糙度的影響因素及改善策略

2.1 刀具因素

刀具是機(jī)械加工中的關(guān)鍵，其幾何形狀會(huì)在一定程度上影響表面粗糙度。在實(shí)際加工過(guò)程中，通過(guò)適當(dāng)增大切削刀具前角的方式，能夠?qū)ぜ谋砻娲植诙冗M(jìn)行顯著改善，但是如果缺乏有效控制，導(dǎo)致前角過(guò)大，則可能會(huì)使得表面粗糙度增大。在對(duì)前角進(jìn)行固定后，通過(guò)增大后角的方式，可以提升刀具刃面的鋒利程度，同樣可以降低表面粗糙度，而一旦后角過(guò)大，則積屑瘤的存在會(huì)改變切削刀具幾何角度及背吃刀量，引發(fā)切削振動(dòng)，或者殘留在工件表面，影響其表面粗糙度。

針對(duì)這個(gè)問題，在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，需要對(duì)刀具進(jìn)行合理選擇和調(diào)試，確保其具備恰當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)，適當(dāng)減小主偏角和副偏角，增加刀刃的傾斜度以及刀尖切割處的圓弧半徑，有效減少殘留面積。同時(shí)，刀具的材料應(yīng)該能夠有效適應(yīng)工件材料，確保工件的加工質(zhì)量和加工效率。如果刀具使用時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)了嚴(yán)重磨損的情況，則應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行更換，以免影響機(jī)械加工的質(zhì)量和效果[2]。

2.2 切削用量

切削用量參數(shù)的選擇在很大程度上影響著表面粗糙度。在切削加工過(guò)程中，一般情況下，低速切削加工容易在工件表面產(chǎn)生積屑瘤，進(jìn)而導(dǎo)致工件表面粗糙度的增加，應(yīng)該盡量避開相應(yīng)的切削速度區(qū)域。切削深度基本上不會(huì)對(duì)工件的表面粗糙度造成影響，但是如果切削深度過(guò)小，則可能會(huì)對(duì)使得刀尖圓弧對(duì)工件產(chǎn)生擠壓，引發(fā)工件的塑性變形，進(jìn)而增加表面粗糙度的數(shù)值。通過(guò)減小進(jìn)給量的方式，能夠減小殘留面積的高度，不過(guò)如果進(jìn)給量過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致切削厚度的減少，若其數(shù)值小于刃口圓弧半徑，則在切削加工中可能會(huì)出現(xiàn)切削打滑的情況，進(jìn)而引發(fā)附加表面粗糙度。

因此，在進(jìn)行機(jī)械加工的過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)該做好機(jī)床設(shè)備的調(diào)整工作，選擇合適的切削用量和切削速度，并適當(dāng)減少進(jìn)給量，對(duì)切削深度進(jìn)行控制，從而降低工件的表面粗糙度，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

2.3 殘余應(yīng)力

切削加工過(guò)程中，工件表面的金屬層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的塑性變形，導(dǎo)致表面比容的增大，與里層金屬之間的沖突會(huì)在工件中產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。同時(shí)，加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，導(dǎo)致金屬表面溫度急劇升高，與內(nèi)部形成較大的溫差，同樣會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致工件表面粗糙度的增大。

對(duì)于這種情況，應(yīng)該從多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)降低切削溫度、控制塑性變形等方式減小工件表面的殘余應(yīng)力[3]。

2.4 工件材料

工件自身材料的性質(zhì)同樣會(huì)對(duì)機(jī)械加工中的表面粗糙度產(chǎn)生影響，在設(shè)定好的速度范圍內(nèi)，對(duì)塑性材料進(jìn)行切削加工時(shí)，前刀面與工件之間的擠壓作用和摩擦作用會(huì)使得切屑的底層金屬流動(dòng)減緩，形成滯留層，冷卻后會(huì)形成金屬顆粒，黏附在刀尖位置，形成堅(jiān)硬的楔狀物，即通常所說(shuō)的積屑瘤。而積屑瘤的存在會(huì)導(dǎo)致刀具幾何角度的變化，增加切削厚度，進(jìn)而在已經(jīng)加工完成的工件表面切出相應(yīng)的溝槽。不僅如此，積屑瘤產(chǎn)生后，會(huì)與切屑產(chǎn)生摩擦，如果摩擦力超過(guò)積屑瘤與前刀面的冷焊強(qiáng)度，或者受到劇烈震動(dòng)和沖擊，積屑瘤會(huì)脫落，然后繼續(xù)形成。在這種循環(huán)下，切削加工會(huì)出現(xiàn)很大的波動(dòng)，影響工件的表面質(zhì)量。另外，脫落的積屑瘤還可能附著在工件表面，留下顆粒狀金屬碎屑，進(jìn)一步增大表面粗糙度的數(shù)值。

對(duì)于這個(gè)問題，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該充分考慮工件本身的材料性能，結(jié)合實(shí)際加工需要，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的回火或者正火處理，采取切實(shí)有效的處理措施，提升工件的表面質(zhì)量[4]。

2.5 切削液

在對(duì)工件進(jìn)行切削加工中，切削液能夠起到冷卻、清洗以及潤(rùn)滑的作用，從而顯著降低切削溫度，削弱前后刀面與工件之間的摩擦力，減少切削過(guò)程中產(chǎn)生的塑形變形，并對(duì)切屑進(jìn)行及時(shí)清洗，抑制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生，切實(shí)保證工件的加工質(zhì)量。

因此，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，應(yīng)該做好切削液的選擇，例如，在工件鉸孔作業(yè)時(shí)，可以選擇硫化油、煤油、豆油等作為切削液，以獲得較小的表面粗糙度。

2.6 振動(dòng)因素

在機(jī)械加工的過(guò)程中，受各種因素的影響，工件與刀具之間可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而對(duì)工藝系統(tǒng)正常的切削加工過(guò)程造成干擾，在工件的表面產(chǎn)生振紋，進(jìn)而降低工件的加工精度以及表面質(zhì)量。

對(duì)于這種情況，技術(shù)人員應(yīng)該立足實(shí)際，綜合分析產(chǎn)生振動(dòng)的原因，采取切實(shí)可行的改善措施，減少和消除振動(dòng)因素對(duì)于機(jī)械加工表面粗糙度的影響。例如，可以對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提升工藝系統(tǒng)的剛度，增大阻尼，也可以采取有效的措施，消除振源的激振力，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行減弱或者隔絕等[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，越來(lái)越多的精密設(shè)備不斷涌現(xiàn)，對(duì)于工件加工的精度也提出了越發(fā)嚴(yán)苛的要求。而在機(jī)械加工中，存在著大量影響工件表面粗糙度的因素，需要技術(shù)人員深入分析，了解這些因素產(chǎn)生的原因，同時(shí)立足當(dāng)前的技術(shù)條件，采取針對(duì)性的改善措施，盡可能降低工件機(jī)械加工的表面粗糙度，提升工件的使用性能，推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王晏.機(jī)械加工影響表面粗糙度的因素及措施[J].江西煤炭科技，2015，（2）：137-139.

[2] 歐陽(yáng)永，黃棟興，吳健，魏克瑞.降低機(jī)械加工產(chǎn)品表面粗糙度的對(duì)策和措施[J].當(dāng)代農(nóng)機(jī)，2016，（3）：78-80.

[3] 李衛(wèi)元.影響機(jī)械加工表面粗糙度的原因及改進(jìn)措施[J].科技風(fēng)，2014，（4）：274.

[4] 蘇嘉玲.機(jī)械加工影響表面粗糙度的因素及改善措施[J].新技術(shù)新工藝，2010，（11）：10-11.

[5] 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）：107-109.