车床工件表面粗糙度的形成原因及解决措施

车床工件表面粗糙度的形成原因及解决措施

表面粗糙度是机械加工中衡量加工质量的重要因素，表面粗糙度对零件和机器有着重要的意义。但由于工件材料、切削加工方式、表面硬化等原因，造成了表面粗糙度值提高。本文详细分析了车床工件表面粗糙度的形成原因，并提出相应的解决措施。

标签：车床工件：表面：粗糙度：原因：解决措施

1.引言

在实际的机械加工中，工件表面会存在许多高低不平的微小峰谷，这是因为切屑分离时塑性变形、工艺系统的振动以及刀具与已加工表面问的摩擦等因素的影响。这些零件被加工表面上的微观几何形状误差称为表面粗糙度。表面粗糙度对零件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度和配合性质都有很大影响。本文详细分析了车床工件表面粗糙度的形成原因，并提出相应的解决措施，具有一定的实际意义。

2.影响工件表面粗糙度的原因

2.1工件材料性能。塑性金属材料在加工的过程中，刀具挤压金属材料，使其产生塑性变形，切屑和工件分离是由于刀具外力的挤压，表面出现撕裂现象，这严重影响表面粗糙度。伴随着工件材料韧性的提高，在切屑过程中材料的塑性变形也就越大，加工表面粗糙度也就越差。脆性材料在加工时，所切削形成的铁屑为颗粒状，在切屑崩碎的过程中，加工表面容易产生细小的坑点，提高表面粗糙度值。

2.2刀具切削加工。在普通刀具在切屑过程中，切削表面势必会产生残留面积，残留面积的高度则是影响加工表面粗糙度的主要因素。在整个加工过程中，刀具的进给量、主偏角、副偏角、圆弧半径则是造成切削残留面积的主要因素。砂轮磨削加工过程中，砂轮上硬质颗粒断裂后形成微刃，其分布情况和外形对表面粗糙度有着直接的影响。因为磨削加工表面是大量微刃在金属表面切削出细小的切削痕迹构成的，所形成的切削痕迹越细小、越密集则表面粗糙度就越好，相反切削痕迹粗大、分布疏散，则表面粗糙度越差。

2.3表面冷作硬化。在普通刀具切削或砂轮磨削过程中，表面层金属由于刀具外在切削力和材料本身的塑性，使其晶格产生剪切、滑移、拉长、扭曲、破碎，宏观的表现特点则是材料表面层变硬，屈服点提高，延生率降低。

2.4机械加工振动。机械加工时产生振象是我们极其不愿意看到的有害现象，它会导致切削刀具与被加工材料之间出现相对位置的移动，而导致表面出现振动的痕迹，这些痕迹将严重的影响工件的表面粗糙度和使用性能。

3.车床工件表面粗糙度解决措施

3.1改善工件材料的性能。采用热处理工艺以改善工件材料的性能是减小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金属组织的晶粒越均匀，粒度越细，加工时越能获得较小的表面粗糙度值。为此对工件进行正火或回火处理后再加工，能使加工表面粗糙度值盼显减小。

3.2合理刃磨刀具角度。工件表面的残留面积是影响工件表面粗糙度值的主要原因之一。刀具的主偏角Kr’副偏角Kr’和刀尖圆弧半径r，对残留面积的高度影响最大，而进给量则影响残留面积的多少，减小刀具的主偏角Kr副偏角Kr，增大刀尖圆弧半径r，可以减小残留面积高度，减小进给量可以减小残留面积，从而达到减小工件表面粗糙度的目的。在机床刚性较好的情况下，刃磨车刀的修光刃同样可以减小工件表面粗糙度值。刀具前角的大小直接影响切削刃的锋利程度，影响切削力的大小与切削变形的大小，增大前角可使切削刃锋利，切削力减小，切削变形减小。所以，适当增大刀具的前角，能减小切削层的金属变形，从而减小工件表面粗糙度值。此外，刃倾角影响切屑的排出方向，当刃倾角为正值时，切削时切屑朝工件的待加工表面方向排出，切屑不易擦伤已加工表面，工件表面粗糙度值较小。

3.3合理选择刀具材料。刀具刃口的锋利程度将影响工件表面的粗糙度值，不同的刀具材料刃磨后，其切削刃的锋利程度和保持锋利的时间都是不同的。常用的刀具材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢刀具刃磨性好，磨出的刀具刃口锋利，但其耐热性较差，所以，用高速钢刀具车削时，应降低切削速度，并加注切削液，以保持车刀的锋利，切削速度小于5m/min时，工件表面粗糙度值较小。硬质合金车刀刃磨后的锋利程度不如高速钢，但其耐磨性和耐热性都比高速钢好，切削时保持锋利的时间较长，因此，用硬质合金车刀车削时，应提高切削速度，以减小工件表面粗糙度值。

3.4防止或减小工艺系统振动。工艺系统的低频振动，一般在工件的加工表面上产生表面波度，而工艺系统的高频振动将对加工的表面粗糙度产生影响。为降低加工的表面粗糙度值，则必须采取相应措施以防止加工过程中高频振动的产生。

一是机床方面。调整主轴间隙，提高轴承精度；调整滑板间隙，使间隙小于0.04mm，并使滑板移动平稳轻便。

二是刀具方面。合理选择刀具几何参数，经常保持切削刃光潔和锋利，车刀装夹时不宜伸出过长，刀柄不宜过细，以增加刀具的装夹刚性。另外，车刀主偏角不能磨得过小，刀尖圆弧半径不能过大等。

三是工件方面。增加工件的装夹刚性，例如，装夹时不宜悬伸太长，细长轴应采用中心架或跟刀架支撑。

四是切削用量方面。选择较小的背吃刀量和进给量，以减小切削力，改变或

降低切削速度，以满足工件表面粗糙度的要求。

3.5选择合适的切削液。切削液的冷却和润滑作用均对减小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是润滑作用，当切削润滑液中含有表面活性物质如硫、氯等化合物时，润滑性能增强，能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减小了加工表面的粗糙度值。

4.总结

总之，在车床切削加工中，金属加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。企业生产产品时综合考虑各因素选择出符合质量、效益要求的合理值，为制定加工工艺、选择设计刀具，提供直接依据。