减小零件表面粗糙度值的对策与研究

王俊卿，仲建军

（洛阳职业技术学院机电工程系，河南洛阳471000）

减小零件表面粗糙度值的对策与研究

王俊卿，仲建军

（洛阳职业技术学院机电工程系，河南洛阳471000）

加工后零件表面存在许多高低不平，具有较小间距的峰谷，它们的微观几何特性称为表面粗糙度。对机械零件的耐磨性、抗腐蚀性、疲劳强度和零件配合的可靠性都有很大的影响，减小表面粗糙度值是提高零件表面加工质量的重要指标。如何减小零件表面粗糙度是机械车削过程中非常重要的加工技术。

表面粗糙度；加工质量；几何特性

在机械加工过程中，由于切削分离时的塑性变形，工艺系统的振动，刀具与已加工表面间的摩擦等因素的影响，使得加工后的工件表面总会存在许多高低不平的微小峰谷，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[1]。零件表面粗糙度是零件表面质量的重要技术指标，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，以致降低机器的工作精度。在零件加工过程中，从解决控制切削、改善材料加工性能、合理选用切削液、刀具几何参数和切削用量等方面问题，提高了零件加工质量，提高了零件的耐磨性，减小了零件表面粗糙度度值，同时提高了零件的配合性质。零件表面品质的高低，影响设备的使用性能。其中，常见的有刀具后刀面磨损造成的挤压和摩擦痕迹、鳞刺现象、积屑瘤、零件表面的振动等现象，严重时甚至会使零件机构报废，因此，必须采取一定相应措施加以解决。

1 表面粗糙度对零件使用性能的影响

1.1 对配合性质的影响

加工表面的粗糙度是相互接触的表面仅有很少的实际接触面积，如精车后的表面仅有10﹪~15﹪能相互接触，因此影响零件的配合性质。在过盈配合中如表面粗糙度较大，由于装配时峰顶部分被剪切挤平，减小了实际过盈量，会降低配合件的联接强度。在间隙配合中过大的表面粗糙度值，使表面峰顶部分产生很大的切应力，在开始运转时即被剪断，产生很大的初期磨损量，增大实际配合间隙。

1.2 对零件耐磨性的影响[2]

零件的耐磨性与零件的表面粗糙度值的大小有密切的关系。零件的精度是否达到等级要求，不但要求零件的尺寸精度、形位公差精度等级等符合要求外，最关键是零件表面粗糙度值符合精度等级要求，零件表面粗糙度值越小，零件接触面就越大，零件耐磨性越好，零件的使用寿命就越长，经济耐用。

1.3 对零件疲劳强度的影响

在交变载荷作用下，零件表面粗糙、有划痕及微裂纹等缺陷，容易引起应力集中，产生和加剧疲劳裂纹，导致疲劳破坏。因此，减小表面粗糙度值，对于提高承受交变载荷的零件疲劳强度效果比较显著。

1.4对表面耐腐蚀性的影响

表面粗糙值大，有腐蚀作用的物质越容易渗透到表面的微细裂纹中，或附着在零件表面上，零件的抗腐蚀性就越差，也就越容易腐蚀。而经过精磨、研磨及抛光的表面不易腐蚀。

2 影响零件表面粗糙度的因素

2.1 积屑瘤[3-4]

在加工过程中，由于工件材料是被挤裂的，因此切屑对刀具的前面产生有很大的压力，并摩擦生成大量的切削热。在这种高温高压下，与刀具前面接触的那一部分切屑由于摩擦力的影响，流动速度相对减慢，形成“滞留层”。当摩擦力一旦大于材料内部晶格之间的结合力时，“滞流层”中的一些材料就会粘附在刀具近刀尖的前面上，形成积屑瘤。

切削过程中产生的积屑瘤既不规则又不稳定，一方面其不规则部分代替切削刃切削，留下深浅不一的痕迹；另一方面一部分脱落的积削瘤工件已加工表面，使之形成毛刺和硬点，使表面粗糙度值增大。如图1所示。

图1 积屑瘤刺痕

2.2 鳞刺[5]

鳞刺是经切削后残留在已加工表面上的鳞片状毛刺，它在垂直切削速度方向呈鳞片状分布，选用较低的切削速度对塑性金属车、刨、拉、攻丝和滚齿加工时，会出现鳞刺现象，在零件加工中，鳞刺形成过程需经四个阶段，在低速切削或选用较小前角，较大的切削厚度，加工塑性和韧性较高的材料时，容易出现鳞刺现象。

如图2所示。在拉削、插削、滚齿和螺纹车削等时，都会经常出现这样的现象（有的称之为“撕裂”）。它严重地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。

图2 鳞刺

2.3 振动[6]

在车削过程中，车床、工件或刀具发生周期性的跳动叫做振动。产生振动时会使加工表面上出现周期性的波纹（图3），使表面粗糙度值显著增大。振纹呈纵向、横向或斜向分布。振动波形高低与振动的振幅、振纹的密度与震动的频率有关。振动不仅恶化加工表面质量，还对机床精度、刀具磨损有很大影响。

图3 条纹和布纹

3 减小零件表面粗糙度值的措施

在切削加工过程中，残留面积、积屑瘤、鳞刺和振动，以及残余应力等因素，严重影响了已加工零件表面质量。这些因素中包括切削用量、刀具几何参数、工件材料、和切削液等。

3.1 选择合适的切削速度[7]

切削速度是影响零件加工表面的质量一个重要因素，在低速时容易产生鳞刺，并形成积屑瘤。在中等速度时积屑瘤达到最大时，影响了零件表面粗糙度，因此，选用较小进给量，提高刀具刃磨品质和使用性能良好的切削液等条件的配合，才能提高零件表面质量。

3.2 选择合适的进给量

进给量越小，表面残留面积高度越低，表面粗糙度值越小。在较高的切削速度，利用减小进给量，来提高加工表面质量是一个较为有效的措施。在中等的切削速度，为了抑制积屑瘤，应选用较大进给量，配合选用较大副偏角或磨出修光刃，达到减小零件表面粗糙度的目的。

3.3 选择合适刀具几何角度

增大前角和后角，能减小切削时塑性变形，减小后刀面与加工表面摩擦，对积屑瘤、鳞刺影响较小，在加工过程中，选取较大前角刀具，刃口锋利，有助于零件表面质量提高。

3.4 采用润滑性较好的切削液

切削液主要用来减小切削过程中的摩擦和降低切削温度，合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工零件表面质量，加工精度起重要作用。切削液渗透到刀具、切屑、零件表面之间形成润滑膜，在加工零件过程中，能够提高零件表面加工质量。例如在加工不锈钢、螺纹加工、铣削中，宜选用硫化油的切削液，能提高刀具耐用度和降低零件表面粗糙度值，能有效抑制鳞刺现象的产生。

4 车床精度影响使零件表面产生高频振纹[8]

切削加工过程中产生的振动会使加工表面出现振纹，从而影响零件表面的粗糙度值，振纹呈纵向分布、横向或斜向分布，振纹不仅恶化了加工表面粗糙度，而对机床精度、刀具磨损有较大影响。切削过程中的振动有强迫振动和自激振动，强迫振动是由外界周期性作用力引起的。例如机床运动的不平稳，包括主轴径向跳动、安装误差、成离心力作用，工件材质不均匀，间断切削和崩碎切屑的作用。自激振动是由于切削过程中作用力的变动而引起的。例如切屑与刀具之间摩擦力变化，刀具磨损产生作用力、积屑瘤不稳定导致切削厚度的变化。在工艺系统刚性不足情况下，由于刀具的后刀面上产生了较大磨损，摩擦系数增大，有径向力引起附加摩擦力增加，就会出现刀具与工件之间的振动。

5 结束语

研究表明，消除零件表面粗糙度缺陷，减小表面粗糙度数值，主要应从产生粗糙度的几何因素与物理因素两方面入手。首先必须减小表面残留面积，也就是刀具应尽可能地选用较小的副偏角、较大的刀尖圆弧半径和较小的进给量，当然，根据具体情况，还需要考虑生产率和不生产振动。其次，从合理选择刀具的几何参数、切削用量与切削液入手，对工件材料做必要的热处理，尽量减小甚至消除积屑瘤、鳞刺与振动现象的发生，减低切削刃与前、后面的表面粗糙度值，改善断屑与排屑条件，提高机床设备的精度与刚度等，均有利于减小加工表面的粗糙度值。

[1]丁向阳.数字化加工过程质量控制方法与技术[M].北京：科学出版社，2010.

[2]冯高头，高学平.常见粗糙度缺陷的原因分析与排除[J].机械工人.冷加工，2002（02）：22-25.

[3]孙贵鑫.金属加工中表面粗糙度缺陷的产生机理与排除[J].设备管理与维修，2010（03）：62-65.

[4]刘兆鑫，刘洪伟.常见粗糙度缺陷原因分析与排除[J].安徽科技，2013（06）：12-18.

[5]许静静.浅谈减小工件表面粗糙度的几种方法[J].科技视界，2014（21）：66-70.

[6]刘强.关于工件加工中积屑瘤形成的原因分析[J].湖南农机，2014（06）：120-125.

[7]李志江.表面粗糙度产生原因及影响因素的分析与控制[J].装备制造技术，2011（11）：80-83.

[8]鞠海华.改进车削不锈钢、铝合金时积屑瘤的措施[J].济南职业学院学报，2011（04）：40-42.

Countermeasure and Research on Reducing Surface Roughness Value of Parts

WANG Jun-qing，ZHONG Jian-jun
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Career Technical College，Luoyang Henan 471000，China）

There are many rugged,processed parts surface with smaller spacing of peak valley，their micro geometric features is called the surface roughness.For mechanical parts wear resistance,corrosion resistance，fatigue strength and the reliability of the parts with has great influence，reduce the surface roughness value is an important index to improve the surface quality of the parts.How to reduce the workpiece surface roughness is very important in the process of mechanical cutting processing technology.

surface roughness；crudy；geometrical features

TH115

：A

：1672-545X（2017）01-0160-03

2016-10-09

王俊卿（1970-），男，河南栾川人，实验师，本科，研究方向：机械制造技术。