降低零件表面粗糙度方法研究与应用

收稿日期：2011-08-27

作者简介：胡新阳（1962－），男，河南邓州人，实验师，研究方向为机械加工制造。

0 引言

零件表面粗糙度是零件表面质量的重要技术指标，它是指零件表面的微观几何形状误差。它不仅影响美观，而且对零件接触面的摩擦，运动面的磨损，贴合面的密封，配合面的可靠，旋转件的疲劳强度以及抗腐蚀性能等都有影响。设计每一个零件时，都是安照使用要求，规定其表面粗糙度等级的，所以制造零件时也必须予以保证。但是，在零件加工过程中，往往由于机床、刀具、夹具、工艺、润滑、冷却及工件的结构、材料等因素的影响，使零件的表面粗糙度产生这样或那样的缺陷，其中常见的有：刀痕粗糙、鳞刺现象、划伤拉毛、刀花不匀和高频振纹等。这些缺陷的存在往往使零件的表面粗糙度达不到规定的要求，严重时甚至还会导致零件报废，因此必须采取相应措施加以解决。下面就常见的表面粗糙度缺陷产生的原因及消除方法做一研究与探讨。

1 零件表面刀痕造成粗糙度值升高

刀痕较粗的表面粗糙度缺陷常在加大了切削进给量的时候产生。这是由于切削运动与刀具几何形状的关系，使得有一小部分金属未被切除下来而残留在以加工表面上，形成了所谓的“残留面积”。通俗的名称叫刀痕，其高度越大，零件表面的微观几何形状误差就越大，已加工表面的粗糙度就越差。现在，我们以车削外圆为例，分析一下解决刀痕粗糙的方法：图1为进给量等于f ，刀尖圆弧半径r=0时的残留面积及其高度示意图

（kr 为主偏角、kr ’为副偏角）。

设此时残留面积的高度为R1，如果我们把进给量f 减小一半，其他参数不变。图1就变成图2的模式，显然残留面积的高度R2也相应的减小一半，那么已加工表面的粗糙度值也就随之相应降低了。

或者，我们将刀尖圆弧半径由零变为rc ，图1就变成图3，若进给量较小，使残留面积纯粹由两端圆弧构成时（即不含有副切削刃的直线部分），其高度R3也进一步减小了。

由上述分析可知，解决这种表面粗糙度缺陷的方法是：

1）在切削时，尽可能选择较小的进给量（但也要注意，若进给量太小，刀具又钝，切削不能顺利进行，反而会影响表面粗糙度）。

2）在刃磨刀具时，适当增加刀尖圆弧半径。但刀尖圆弧半径也不宜过大，否则将导致机床及工艺系统产生振动，而引发工件表面产生裂纹，反倒会是表面粗糙度增大；若切削刃圆弧半径大于背吃刀量，刀具又钝，切削刃会在工件表面打滑而影响工件表面的粗糙度。

3）适当减小主、副偏角。

2 切削用量选择误差造成零件表面产生鳞刺现象

在较低的切削速度下，用高速钢、硬质合金钢刀具切削塑性金属材料时，在已加工表面上常会出现一种鳞片状的裂口或毛刺，称这种现象为

降低零件表面粗糙度方法研究与应用

Reduce part surface roughness method research and application

胡新阳 HU Xin-yang

（沈阳职业技术学院，沈阳 110045）

摘 要： 机械设备在很多情况下都是在高速运转，因而对机械加工零件表面粗糙度有较高的要求，零

件表面粗糙度值的高低直接影响到机械设备的使用寿命及性能。所以，如何降低零件表面粗糙度是机械车削过程中非常重要的加工技术之一。本文从零件表面粗糙度缺陷的产生机理及如何消除表面粗糙度缺陷进行了较透彻的研究，从中找出降低零件表面粗糙度方法，提高零件表面精度及使用寿命。 这一研究对提高零件的车削加工质量具有一定的指导作用。

关键词： 机床；粗糙度；产生机理；消除方法

中图分类号：TH115 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2012)1(下)-0033-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2012.1(下).11

鳞刺现象。在拉削、插削、滚齿和螺纹车削等，都会经常出现这样的现象（有的称之为“撕裂”）。它严重的影响了已加工表面的粗糙度，因此也必须找出原因，并采取措施排除。

鳞刺是怎样形成的呢？我们知道：由于工件材料不同，切削条件不同，切削中的变形程度也就不同，因此产生的切削种类也就多种多样。归纳起来，大致可分为以下四种形态，即带状切屑、挤裂切屑、单元切屑及崩碎切屑如图4所示。

鳞刺是切削过程中变形与摩擦的产物。它产生于刀-工件接触区，且与刀-屑接触摩擦密切相关。因此，解决鳞刺现行就可以从减少刀-屑，刀-工作间的摩擦入手，便挤裂切屑或单元切屑转化为带状切屑。具体做法是：

1）选择合适的切削速度

鳞刺现象是在一特定的切削速度范围内产生

的，大于或小于这个范围，都可以抑制其产生。如撤销45#钢零件时，要避免出现鳞刺现象，或者采取很低的切削速度，如宽刀刃精车时；或者采取很高的切削速度，如精细车削时；而不采用中等速度。铣削的情况与车削相似。

2）尽可能减少切削厚度

切削加工时，切削层厚度越大，切屑与刀具前面之间的压力越大，当形成挤裂切屑或单元切屑时，引起已加工表面上产生的导裂的拉应力就越大，鳞刺现象就越容易产生。且鳞刺的高度随着切削厚度的增大而增大。所以在精加工时，余量要尽可能留得小些。

3）采用润滑性较好的切削液

润滑性能较好的切削液，能够减小刀-屑和刀-工件之间的摩擦，因此能抑制鳞刺现象的产生。如在低速精车螺纹时常用乳化液润滑，钳工用板牙铰制螺杆也常用润滑油润滑。但在切削速度不高，切削厚度不大的情况下，采用含有氯化石蜡的切削液比采用乳化油或全耗系统用油更能抑制鳞刺现象。

4）合理选择刀具的角度

精加工时，由于进给量小，背吃刀量也小，应选取较大的前角，以使刃口锋利。增大前角能减小切削变形，减小切削力，可以抑制鳞刺现象，磨削时零件表面出现鱼鳞形痕迹，就是因为砂轮的切削刃不锋利而发生“啃住”现象，解决方法就是将砂轮修整锋利。

5）改善工件材料的切削加工性能

材料的切削加工性又称可切削性，我们可以针对产生鳞刺现象而对材料进行热处理，如45#钢经调制处理后，在较高的切削速度下切削，生成鳞刺的高度最小。

3 加工方法不当造成零件表面划伤和拉毛

划伤和拉毛也是常见的表面粗糙度缺陷，像精车外圆时出现的凸起、硬点或周向犁沟；孔加

工中的内表面划伤；齿轮加工中的“啃齿”现象；磨削加工的拉毛等，它们都对已加工表面的粗糙度有较大影响。

我们可以根据划伤与拉毛痕迹的分布规

律查找产生原因，指定排除措施。

痕迹分布有规律的划伤和拉毛，一般来

图1 进给量为f 时的残留面积及其高度（r=0）

f

K r R 1

K ’r ߾ॲ

ژਏ

f

߾ॲ

ژਏ

K r

K ’r

R 3

r c

f

f/2

K r

R 1

R 2K ’r

߾ॲژਏ

图2 进给量为f/2时的残留面积及其高度（r=0）

图3 刀尖圆弧半径为rc

时的残留面积及其高度

(a) 带状切屑 (b) 挤裂切屑 (c) 单元切屑 (d) 崩碎切屑

图4 常见切屑的四种状态