影响切削加工表面质量的因素及改进措施

2．刀具的刃磨质量 刀刃前、后刀面，切削刃本 身的粗糙度值直接影响被加工面 的粗糙度。一般来说，刀刃前、 后刀面的粗糙度应比加工面要求 的粗糙度小 1～2 级。 3．刀具的材料 刀具材料与被加工材料金属 分子的亲和力大时，被加工材料 容易与刀具粘结而生成积屑瘤和 鳞刺，且被粘结在刀刃上的金属 与被加工表面分离时还会形成附 加的粗糙度。因此，凡是粘结情 况严重，摩擦严重的，表面粗糙 度都大；反之，如果粘结和摩擦 不严重的，表面粗糙度都小。 （二） 切削条件 1．切削速度 v 加工塑性材料时，切削速度 对积屑瘤和鳞刺的影响非常显 著。切削速度较低易产生鳞刺， 低速至中速易形成积屑瘤，粗糙 度也大。避开这个速度区域，表面 粗糙度值会减小。加工脆性材料 时，因为一般不会形成积屑瘤和 鳞刺，所以切削速度对表面粗糙
径 r 对表面粗糙度有双重影响：r 增大时，残留高度减小，另一方 面变形将增加。由于前一种影响 较大，所以当刀尖圆弧半径 r 增 大时，表面粗糙度将降低。因此 在刚度允许的条件下，增大刀尖 圆弧半径 r 是降低表面粗糙度的 好方法。副偏角 ＇r 愈小，表面粗 糙度愈低。但减小副偏角容易引 起振动，故减小副偏角，必须视 机床系统的刚度而定。当 ＇r 大到 一定值时，副刃就不参与残留面 积的组成，再增大 ＇r，也不会使 表面粗糙度值增加。采用一段长 度稍大于进给量的修光刃 （修光 刃上 ＇r＝0） 是降低表面粗糙度的 有效措施，利用增加修光刃来消 除残留面积是实际加工工件中常 常采用的方法。前角对表面粗糙 度没有直接的影响，由于前角大 时对抑制积屑瘤和鳞刺有利，且 增大了。可使刃口圆弧半径 r 减 小，所以在中、低速范围内适当 增大可有利于减小表面粗糙度。 当 v＞50m ／ min 时，0 就基本上不 产生影响。
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度基本无影响。由此可见，用较高 的切削速度，既可提高生产率， 同时又可使加工表面粗糙度较小。 所以最重要的是发展各种新刀具 材料和相应的新刀具结构，以便 有可能采用更高的切削速度。
2．进给量 f 从几何因素中可知，减小进 给量 f 可以降低残留面积的高 度，同时也可以降低积屑瘤和鳞 刺的高度，因而减小进给量可以 使表面粗糙度值减小。但进给量 减小到一定值时，再减小，塑性 变形要占主导地位，粗糙度值不 会明显下降。当进给量更小时， 由于塑性变形程度增加，粗糙度 反而会有所上升。 3．切削深度 ap 一般来说，切削深度对加工 表面粗糙度的影响是不明显的， 在实际工作中可以忽略不计。但 当 ap＜0．02～0．03mm 时 ， 由 于 刀 刃不是绝对尖锐而是有一定的圆 弧半径，这时正常切削就不能进 行，常挤压滑过加工表面而切不 下切屑而将在加工表面上引起附 加的塑性变形，从而使加工表面 粗糙度增大。所以切削加工不能 选用过小的切削深度。但过大的 切削深度也会因切削力、切削热 剧增而影响加工精度和表面质量。 4．切削液 切削液的冷却和润滑作用， 能减小切削过程的界面摩擦，降 低切削区温度，从而减少了切削 过程的塑性变形并抑制积屑瘤和 鳞刺的生长，因此对减小加工表 面粗糙度有利。
参考文献： ［1］ 黄鹤汀．吴善元．机械制造技术［J］．机械制造工艺，1997，（10）． ［2］ 姚美瑜．积屑瘤对加工精度的影响［J］．机电技术，2007，（01）． ［3］ 黄逸爽．论积屑瘤的稳定性［J］．制造技术与机床，1986，（01）． ［4］ 陈彦华．机械加工表面质量的影响因素［J］．中国新技术新产品，2009，（24）． ［5］ 李凯云．机械加工表面质量对机器使用性能的影响［J］．汽车运用，2008，（01）． ［6］ 余志娟．机械加工表面质量及影响因素探析［J］．装备制造技术，2009，（06）．
（四） 被加工材料 一般来说，材料韧性越好， 塑性变形倾向越大，在切削加工 中，表面粗糙度就越大。被加工 材料对表面粗糙度的影响与其金 相组织状态有关。 （五）工艺系统的精度和刚度 加工后的表面粗糙度要低，
必须有高运动精度的机床和高刚 度的工艺系统，有较强的抗振 性，否则即使有很好的刀具，选 择最佳的切削用量也很难获得高 质量的加工表面。
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的精度和刚度等，也会影响已加 工表面的表面粗糙度。
二、降低表面粗糙度的措施 （一）合理选择刀具几何参数 前角（γo） 一般应取大一些， 减少加工时候工件和刀具的接触 以减少振动。但在切削有足够的 刚度的外圆表面切削时也可取小 负前角－2°～15°提高工件精度。 后角（αo） 大时，刀刃锋锐， 工件表面弹性恢复减少，因而减 少恢复层与后刀面的接触长度， 减少了厚刀面与加工表面间的摩 擦，利于提高表面质量，降低表 面粗糙度。 主偏角（Kr） 在工艺体统刚 性较好，精加工时，为减少残留 高度，提高 工件表面 质量， Kr 应尽量取小值。 副偏角（Kr′） 为了减少残留 高 度 ，条 件 允 许 时 ， Kr′ 应 尽 量 小，可取 5°～10°。有时为提高已 加工表面质量，还可使用 Kr＝0 的带修光刃的车刀，此时理论上 残留高度不存在。 刀尖形状 根据刀具材料选 用大的圆弧过渡刃，还可以在刀
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（六） 鳞刺 鳞刺是指已加工表面上鳞片 状的毛刺，是用高速钢刀具低速 切削时经常见到的一种现象。鳞 刺一般是在积屑瘤增长阶段的前 期里形成的。甚至在没有积屑瘤 的时候，以及在更低一些的切削 速度范围内也有鳞刺发生。刀具 的后角小的时候特别容易产生鳞 刺。鳞刺对已加工表面质量有严重 的影响，它往往使表面粗糙度等 级降低 2～4 级。鳞刺的成因是前 刀面上摩擦力的周期变化造成的。 （七） 振动 切 削 过 程 中 如 果 有 振 动 ，表 面粗糙度就会显著变大。振动是 由于径向切削力 Fr 太大，或工 件系统的刚度小而引起的。 （八） 其他因素 副切削刃对残留面积的挤压， 使残留面积向与进给相反方向变 形，使残留面积顶部歪斜而产生 毛刺，加大了表面粗糙度。过渡 刃圆弧部分的切削厚度是变化 的，近刀尖处的切削厚度很小。 当进给量小于一定限度后，这部 分的切削厚度小于刃口圆弧所能 切下的最小厚度时，就有部分金 属未能切除，就会使表面粗糙度 增大。切削脆性材料时，产生崩 碎切屑，切屑崩碎时的裂缝深人 到已加工表面之下，使粗糙度增 大。此外，排屑状况、机床设备
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影响切削加工表面质量的因素及改进措施
◎ 黄忠孟 （广西机电工程学校 530001）
〔摘 要〕
机械加工表面质量，是指零件在机械加工后削加工过程有诸多影响加工表面质量的因素，本文旨在通过综合考虑，分析切
削加工中影响表面粗糙度的各种因素，包括刀具的选择与利用、切削速度和进给量等。
（四）合理选择刀刃部分材料 选择刀具硬度高、耐磨性
好、切削刃锋利，摩擦系数小、 切屑与刀具不易产生粘结的刀具 就不产生积屑瘤。
（五） 改善工件材料加工性 能，保证加工质量
在不影响工件性能条件下， 适当做调质处理降低材料塑性和 提高材料硬度，减少刀具粘结磨 损，抑制积屑瘤的产生。
（六） 合理选择切削液 切削液的合理选用，可减少 金属表面的直接接触、降低摩擦 系数、减少切屑变形、抑制积屑 瘤的生长、减小已加工表面的表 面粗糙度并提高刀具耐用度。 结论 该文讨论的是切削加工中， 金属加工工件表面粗糙度形成的 一系列相关因素以及控制措施。 各措施相互联系、相互影响。企 业生产产品时应综合考虑各因素 选择出符合质量、效益要求的合 理值，为制订加工工艺、选择设 计刀具提供参考依据，从中获得 更好的经济效益。
提出在机械加工中的改进措施，使机床加工表面质量达到最经济、最适合的范围。
〔关键词〕 机械加工；表面质量；改进措施
引言 各种机床都有其最经济、最 合适达到的表面粗糙值范围，如 果尺寸要求达到粗糙度水平超过 其机床加工水平，将会导致成本 急剧上升。反之，则会造成资源 浪费。产品的工作性能、可靠性、 寿命在很大程度上取决于主要零 件的表面质量。机械零件的破 坏，一般都是从表面层开始的。 很多重要或关键零件的表面质量 要求都比普通零件要高，这是因 为表面质量好的零件会在很大程 度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗 疲劳破损能力。研究机械加工中 各种工艺因素对加工表面质量影 响的规律，从而控制加工过程， 最终达到改善表面质量、提高使 用性能的目的。 一、切削加工时影响表面粗 糙度的主要因素分析 （一） 刀具几何形状 1．几何参数 刀具几何参数中对表面粗糙 度影响最大的是刀尖圆弧半径 r、 副偏角 ＇r 和修光刃。刀尖圆弧半
（三） 积屑瘤的影响 在用中速或较低的切削速度 切削塑性金属材料，而又能形成 带状切削的情况下，常在刀具前 面上粘结着一些工件材料，它是 一块硬度很高 （通常为工件材料 硬度的 2～3．5 倍） 的楔形块，称 之为积屑瘤。如图 1
刀具
工件
积屑瘤
图1
积屑瘤的存在，在实际上是 一个形成、脱落、再形成、再脱 落的过程。部分脱落的积屑瘤会 粘附在工件表面上；积屑瘤轮廓 很不规则，形成刀具刀尖积屑瘤 后其实际位置也会随着积屑瘤的 变化而改变，切削时会将工件表 面划出深浅和宽窄不一样的沟 纹；精加工中积屑瘤还可造成过 切削量；由于积屑瘤很难形成较 锋利的刀刃，在加工中会产生一 定的振动。以上这些因素都会增 大表面粗糙度值。
尖处磨有修光刃以减少残留高 度，改善表面粗糙度。
刃倾角（λs） 选用正的小角 度刃倾角，控制切屑流出方向为 待加工表面，保持进给方向一致。
（二） 合理选择切削用量 进给量 f：选用小的进给量 f，降低残留高度。 削速度V：避免积屑瘤产生的 区域以及自激振动大的临界速度。 一般低速不超过 V＜38m ／ min 降低 切削温度；或用高速 V＞80m ／ 消 除积屑瘤不利影响，并利用因切 削热增加而产生的高温，进一步 减少切屑变形，降低表面粗糙度。 切削厚度 ap：选用小的切削 厚度 ap，减小工艺系统变形以及 振动，降低表面粗糙度。 （三） 增加运动机构本身精 度，减少振动 加工前调整机床主轴，使轴 向窜动和径向跳动小于 0．01mm； 增加跟刀架瓜脚支承面积，选用 精度比较理想的顶针调整，增加 工件装夹刚性；调整机床各垫板 的垫片松紧度，消除大托板的爬 行现象。