机械加工中影响表面粗糙度的因素及改善措施探讨

李秀杰

摘 要：工业生产是我国经济发展的主要支柱，所以要高度重视工业生产的质量。在机械加工中，工件的质量尤为关键，机床的运行性能，加工工艺的水平等各项因素都会对表面粗糙度有所影响。文章对于机械加工中零件表面粗糙度进行了相关分析，然后对质量因素以及解决措施进行探讨，对提高机械加工中工件表面粗糙度有重要的意义。

关键词：粗糙度；质量因素；改善措施

1 机械加工零件表面粗糙度

1.1 在用刀具对零件进行机械加工的过程中，会由于刀具的形状、材料、刃磨质量以及加工工艺等原因，在零件的表面形成微小的峰谷状起伏，致使零件表面光滑度受到影响，从而影响到零件的使用性能。表面粗糙度越小，零件表面就越光滑，零件的性能也就越高。

1.2 切削刀具几何形状、材料、刃磨质量的影响因素。从切削刀具的形状和几何角度考虑，适当增大切削刀具几何形状的前角有利于减小表面粗糙度值。但前角太大，表面粗糙度值反而会增加。当前角一定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利；增大后角还能减小后刀面与已加工表面间的摩擦和挤压，有利于减小加工表面粗糙度值。但后角太大时，积屑瘤易于流到后刀面，同时容易产生切削振动，使加工表面粗糙度值反而增加。从切削刀具几何形状因素来看，增加刀尖圆弧半径会减小加工表面粗糙度值。主偏角和副偏角减小，可减小加工表面粗糙度值。刀具的前刀面、后刀面本身的表面粗糙度值越小，被加工表面的粗糙度值越小。刀具刃口越锋利、刃口平刃性越好，则切出的工件表面粗糙度值也越小。

1.3 切削过程中刀具的影响因素。从零件切削加工过程考虑，刀具的刃口圆角及后面的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形，严重恶化了表面粗糙度。在加工塑性材料形成带状切屑时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤，它可以代替前刀面和切削刃进行切削，使刀具的几何角度、背吃刀量发生变化。积屑瘤的轮廓很不规则，因而使工件表面出现深浅和宽窄都不断变化的刀痕；有些积屑瘤嵌入工件表面，增加了表面粗糙度。切削加工时的振动也使加工工件表面粗糙度值增大。

1.4 机械加工工艺的影响因素。从工艺的角度考虑其对工件表面粗糙度的影响，主要与切削刀具、工件材质及加工条件有关，需要合理安排加工零件的工艺，减少机械加工工艺中产生的表面粗糙度。

2 机械加工质量因素

2.1 机械加工表面切削用量的因素

2.1.1 表面粗糙度与切削用量的参数有一定的关系，如果将切削速度控制在一定范围内时，在塑性材料中就会形成屑瘤或者是鳞刺，所以在切削的过程中应该尽量的避免这个区域。切削的速度对粗糙度也有一定的影响，如果速度过慢，积屑瘤的可能性就越大。如果切削的深度过小，受到刀尖圆弧的挤压，会在附近形成塑性变形，从而加大表面粗糙度。

2.1.2 刀刃在工件表面留下的残留面积越大，获得表面将越粗糙。用单刃刀切削时，残留面积只与进给量、刀尖圆弧半径及刀具的主偏角和副偏角有关。减小进给量，减小主偏角、副偏角，增大刀尖圆角半径，都能减小残留面积的高度，从而降低了零件表面粗糙度的值。进给量对表面粗糙度影响较大，但其值较低时，虽然有利于表面粗糙度值的降低，但影响生产率。增大刀尖圆角半径有利于表面粗糙度值的降低，但刀尖圆角半径的增加会引起吃刀抗力的增加，而吃刀抗力过大会造成工艺系统的振动。减小主、副偏角均有利于表面粗糙度值的降低，但在精加工时，主、副偏角对表面粗糙度值的影响较小。

2.1.3 在进行切削加工的过程中，会在金属层内形成塑性变形，由此导致表面金属的比容有所增大。而塑性变形只会在金属表层中产生，在比容增大的情况下，会受到里层金属的阻止，由此在表面会形成残余应力，在里层金属中会相应的产生残余拉应力。由于切削过程中会产生大量的热量，由于不同的金属具有不同的金相组织，所以在切削区内会产生不同的残余应力，致使工件表面的粗糙度受到不同程度的影响。

2.2 工件材料使用性能的影响因素

2.2.1 工件材料的性质对表面粗糙度的影响

在对塑料材质的工件进行切削时，将速度控制在一定的范围内，由于受到前刀面的挤压和摩擦，在切削到金属底层时，会因为流动缓慢而形成滞留层，此时在前刀面的刀尖处就会粘附一些小的颗粒，然后形成硬度较高的楔状物，由此改变了刀具的几何形状，在切削的过程中，就会加大切削的厚度，从而在工件表面出现沟槽。在切削的过程中，由于受到摩擦力的影响，积屑瘤会不断的脱落，然后形成新的积屑瘤，在如此反复的过程中，不可避免的会产生振动，由此影响到工件表面质量。此外，在积屑瘤脱落的过程中，由于切削过程中会产生大量的热量，所以有些碎片会附着在工件的表面，对工件表面的粗糙度产生很大的影响。

2.2.2 机械加工切削冷却液的影响

在进行切削加工的过程中，由于刀具和工件之间的高速摩擦，会产生大量的热量，所以对于有些材料来讲会产生塑性变形。为了减少塑性变形的出现，在加工的过程中，会使用冷却液，以此来减少塑性变形的发生几率，并且可以合理的抑制积屑瘤和鳞刺的生长。但是，对于冷却液要合理的选择，只有选择适合生产的冷却液才能够达到预期的效果，从而改善工件表面粗糙度，提高工件的使用性能。

3 改善加工措施

产生机械加工零件表面粗糙度的因素很多，形成表面粗糙度的主要原因可归纳为几个方面：一是切削刀具几何因素，主要指刀刃和工件相对运动轨迹所形成的残留面积；二是工件材料的因素，主要指加工过程中在工件表面产生的积屑瘤、鳞刺和振动等；三是加工零件选择的工艺和切削用量及切削冷却液的选择，下面为改善机械加工表面粗糙度的工艺措施。

3.1 改善工件表面粗糙度的首要措施是选择合理的切削工艺，合理的控制切削用量，并且在切削的过程中，要注意速度和深度的控制，减少积屑瘤和鳞刺的生长。

3.2 为了保证工件表面的粗糙度，对于刀具的选择十分重要，要对刀具的几何参数以及刃倾角有严格的要求，在刀具的主偏角、副偏角以及刀尖处的圆弧半径都要严格的挑选。

3.3 工件的材料不同，其物理性能也不相同，由此在进行切削的过程中所产生的变形情况也不相同。所以为了保证工件的表面粗糙度，在加工之前，要对工件的材料性能有所了解，然后根据根据材料的屋里性能对其进行相应的处理，可以提高工件的表面质量。

3.4 切削液是工件加工过程中必不可少的，合理的选择切削液能够有效的减小工件表面的粗糙度。所以要根据加工的不同阶段，针对不同的工件，选择合理的切削液，提高工件表面的质量。

3.5 切削刀具的材料对工件的表面粗糙度也有所影响，如果在相同的工作条件下，使用硬质的合金刀具要比高速钢的刀具切削质量好。

4 结束语

机械加工是工业生产中的重要工序，加工的质量好坏直接影响到工件的质量，由此关乎工件的使用性能。工业生产在我国的经济发展中占有重要的地位，尤其是制造业的发展尤为重要，所以在机械加工的过程中，要不断的提高加工工艺，使用先进的生产设备，进而改善工件的表面粗糙度，为工业生产奠定坚实的基础。

参考文献

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