机械加工影响表面粗糙度的因素及改善措施

刘克俭

摘 要：表面粗糙度是判断一个零件加工制造是否合格的一项重要的指标，它对零件在使用过程中的耐磨性、配合质量、运动精度以及使用寿命等方面都具有很大的影响。因此，获得合适的表面粗糙度值，降低机械加工表面粗糙度是机械加工过程中，必须着重考虑的问题。

关键词：机械加工；表面粗糙；影响因素；改善措施

影响机械加工精度的因素有很多，如机床制造零件的误差、安装误差、操作问题等均会在一定程度上影响加工精度。但零件表面层的质量，在很大程度上决定了机械零件的耐磨性与可靠性。所以，在具体工作中，工作人员必须对机械加工的各种工艺技术进行了解与掌握，并深入研究影响机械加工零件表面质量的因素，并采取针对性的措施来控制机械加工零件的表面粗糙度，从源头上提高机械加工零件的表面质量，从而提高机械零件的可靠性与耐磨性。

1 机械加工零件表面粗糙度的定义

机械加工产品表面粗糙度也称为机械加工产品表面质量，是指加工零件表面由微小间距和微小峰谷形成的微观几何不平度。间距越小，峰谷越小，则表面粗糙度越小。机械加工产品表面粗糙度对机械加工产品的物理性能、力学性能具有重要的影响，主要影响机械加工产品的耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳强度、配合质量等。为了较好的提高零件的性能，就需要减小零件表面粗糙度，其方法是针对影响零件表面粗糙度的因素，而采取相应的措施，这样可以取得更好的效果。

2 加工过程对表面质量的影响

2.1 工艺系统的振动对工件表面质量的影响

由于工艺系统在进行零件加工阶段常常会产生振动，也就是工件上正在切削的表面和刀具的切削刃除了名义上的切削运动之外，还出现了一种周期性的相对运动。振动使工艺系统的各种成形运动受到干扰和破坏，导致加工表面出现振纹，使得表面粗糙度增加，恶化加工表面质量。此外，机床各部件配合间隙较大，或机床本身刚性较差，机床固定不牢固，刀具切削量过大，刀具不锋利，刀具装夹过低等诸多因素，都会导致机床振动，影响机械加工产品表面粗糙度。

2.2 刀具几何参数、材料和刃磨质量对表面质量的影响

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、副偏角、修光刃。刀尖圆弧半径对表面粗糙度有很大影响，若半径增大时，则残留面积减小，变形将增加。副偏角越小，机械加工产品表面粗糙度就越低。而减小副偏角，必须视机床系统的刚度而定。此外，不同元素的刀具材料对加工的材料有针对性。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生成黏结积屑瘤和鳞刺，被黏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。不仅如此，选择的切削参数不合理或刀具角度不正确、刀具磨损，这些都会在机械加工产品表面形成积屑瘤或毛刺，也会影响机械加工产品的表面粗糙度。

2.3 切削液对表面质量的影响

切削液的冷却和润滑作用，能有效减小切削过程中工件表面的摩擦，能减小切削过程的表面摩擦，降低切削粗糙度，从而减少切削过程的塑性变形，并抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而有利于减小机械加工产品的表面粗糙度。因此，加工过程中，应根据材料特性来选择适合的切削液，能够对工件表面粗糙程度的降低大有益处。

2.4 工件材料对表面质量的影响

在加工塑性材料时，因由于刀具对金属的挤压将会产生塑性变形，加之刀具迫使切屑和工件分离的撕裂作用，使得工件表面的粗糙度值加大。工件材料的韧性越好，金属的塑性变形就越大，加工表面就会越粗糙。在加工脆性材料时，其切屑将呈碎粒状，由于切屑的崩碎在加工表面将留下许多麻点使表面变的粗糙。

2.5 切削条件对工件表面质量的影响

与切削条件有关的工艺因素，包括吃刀量、刀具转速、冷却液情况。中、低速加工塑性材料时，容易产生积屑瘤和鳞刺，所以，用较高的切削速度，既可提高生产率，又可减小机械加工产品表面粗糙度。此外，选择的切削参数不合理或刀具角度不正确、刀具磨损，这些都会在机械加工产品表面形成积屑瘤或毛刺，也会影响机械加工产品的表面粗糙度。

3 改善机械加工影响表面粗糙度的措施

3.1 选择合适的刀具

3.1.1 合理选择刀具几何参数。（1）适当增大刀具的前角使刀具易于切入工件，减小塑性变形。（2）减小刀具的主偏角和副偏角，增大刀尖圆弧半径，以减小切削残留面积。（3）增大刀具的刃倾角。

3.1.2 使用涂层硬质合金或陶瓷材料的刀具。经过涂层硬质合金或陶瓷材料的刀具遇到高温时，刀面上会形成氧化保护膜，它能减少与加工表面间的摩擦系数，因而有利于降低机械加工产品的表面粗糙度。

3.1.3 最好选择与工具材料性能相适应的刀具。选择合适的切削刀具材料，在相同的切削条件下，用硬质合金刀具加工所获得的表面粗糙度值要比用高速钢刀具的小。要确保刀具的质量，不得采用磨损严重的刀具。

3.2 合理选择切削用量

在机械加工过程中，要选择合理的吃刀量、选择合适的切削速度、减少进给量，以及合适的切削深度。由于较高的切削速度既可提高生产率，又可减小加工表面粗糙度，所以应不断地创造条件，以提高切削速度。其中积极采用先进刀具结构以及新型刀具材料，能够有效提高切削速度。另外，在高速加工时，一个较为有效的措施，即将进给量减小用以提升加工表面质量。在中速加工时，则可适当增加进给量，以有效抑制积屑瘤。在此过程中，还应配合选用磨出修光刃或是较小副偏角，用以将残留面积高度减小。在低速加工时，则应当适量减小进给量，用以抑制或减少鳞刺、积屑瘤等情况，降低表面粗糙值。

3.3 防止或者减小机械加工工艺系统所产生的振动

由于刀具与工件在加工过程中，会出现震动，导致在切削过程中，加工工件精度受到影响，致使零件加工精度、表面质量下降以及工件表面出现振纹等现象。因此，为了将振动对机械加工表面质量的影响降到最低，则可采用提高工艺系统刚度、消除或减小振源的振力、增大阻尼等措施。

3.4 完善工艺流程与加工方法

要在进行机械表面加工前，制定科学、合理的加工工艺流程，明确各项基本操作要求。同时，采用最优的加工方法，采用精密加工方法、超精密加工方法、光整加工方法、采用较小的径向进给量。选择较大的砂轮速度和较小的轴向进给速度，对工作砂轮表面进行精确细致的修正，确保砂轮磨粒锋利，选合适的切削液，更好的促进机械加工顺利进行。

4 结语

总而言之，在实际工作中，工作人员只有充分了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，掌握其中的规律，才能有针对性的采取相应的措施来减少零件，由于表面质量的缺陷，而造成的加工质量的问题，进而在根本上，提高机械产品的性能和可靠性。

参考文献

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[2] 欧阳永，黄栋兴，吴健等.降低机械加工产品表面粗糙度的对策和措施[J].当代农机，2016（03）：78-80.