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影響切削加工表面粗糙度的因素
影響切削加工表面粗糙度的因素
來源：中國(guó)刀具商務(wù)網(wǎng)
       
華菱超硬在提供高速切削和難加工材料切削方面的刀具解決方案時(shí)，對(duì)于“以車代磨”方案設(shè)計(jì)積累的關(guān)于提高加工表面光潔度經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)從刀具材質(zhì)、刀具的幾何參數(shù)、切削用量等因素分析加工表面粗糙度，分享如下，拋磚引玉。

一，粗糙度的定義：

經(jīng)機(jī)械加工后的零件表面，不可能是**平整和光滑的，實(shí)際上存在著一定程度宏觀和微觀幾何形狀誤差，一般用粗糙度值來表示，所以表面粗糙度是反映微觀幾何形狀誤差的一個(gè)指標(biāo)，表面粗糙度值即微小的峰谷高低程度及其間距狀況。以前，加工表面粗糙度被稱為表面光潔度，其表示方式和數(shù)值換算如下表：

表面粗糙度作為表面質(zhì)量的一項(xiàng)重要衡量指標(biāo)，不僅直接決定了機(jī)械產(chǎn)品的外觀精美程度，而且對(duì)機(jī)器的裝配質(zhì)量以及零件的使用壽命都有著很大的影響。



二、刀具對(duì)表面粗糙度的影響

（1）刀具幾何參數(shù)

刀具幾何參數(shù)中對(duì)表面粗糙度影響較大的是主偏角Kr、副偏角Kr'和刀尖圓弧半徑re。當(dāng)主、副偏角小時(shí)，已加工表面殘留面積的高度亦小，因而可減小表面粗糙度；副偏角越小，表面粗糙度越低，但減小副偏角容易引起震動(dòng)，故減小副偏角，要根據(jù)機(jī)床的剛性而定。刀尖圓弧半徑re對(duì)表面粗糙度的影響：在剛度允許的情況下re增大時(shí)，表面粗糙度將降低，增大re是降低表面粗糙度的好方法。因此減少主偏角Kr、副偏角Kr’以及增大刀尖圓弧半徑r，均可減小殘留面積的高度，從而降低表面租糙度。

以解決難加工材料切削和高速切削問題知名的華菱超硬刀具，“對(duì)于刀尖圓弧角的選擇建議依據(jù)加工工件的剛性和粗糙度要求選擇，如果剛性好，盡量選擇大的圓弧角，不但可提高加工效率，亦可提高加工表面光潔度；但鏜孔時(shí)或者切削細(xì)長(zhǎng)軸或薄壁零件時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)剛性差，常選用較小的刀尖圓弧半徑”，其刀具工程師做刀具選型方案時(shí)如是說。具體的刀尖圓弧角與粗糙度值參見后文（走刀量、刀尖圓弧角、加工表面粗糙度三者的關(guān)系）。

（2）刀具材料

當(dāng)?shù)毒卟牧吓c被加工材料金屬分子親和力大時(shí)，被加工材料容易與刀具粘結(jié)而生成積屑瘤和鱗刺，因此凡是粘結(jié)嚴(yán)重的，摩擦嚴(yán)重的，表面粗糙度就大，反之就小。加工同樣的工件，不同的刀具材料獲得不同的表面粗糙度，例如加工鑄鐵件，硬質(zhì)合金刀片很難達(dá)到Ra1.6的粗糙度；而BN-S30牌號(hào)或BN-K20牌號(hào)的立方氮化硼由于刀具材料摩擦系數(shù)低，而且高溫?zé)岱€(wěn)定性和耐磨性優(yōu)異，所以加工鑄鐵粗糙度完全可以達(dá)到Ra0.8-Ra1.6，如下圖：



（3）刀具磨損

刀具的磨損分為三個(gè)階段:初期磨損、正常磨損和劇烈磨損。由于刀具表面會(huì)存在一些毛刺和不規(guī)則的微凸體、微裂痕等,所以在切削的初期階段,磨損比較劇烈,造成了表面粗糙度變化幅度大；之后進(jìn)入正常磨損,切削過程比較平穩(wěn),因此表面粗糙度變化幅度減??；隨著磨損量的增大,刀具進(jìn)入劇烈磨損階段,刀具后刀面磨損率急劇上升,系統(tǒng)又趨向于不穩(wěn)定,振動(dòng)隨之增大,表面粗糙度的變化幅度也急劇上升。

二、切削用量對(duì)表面粗糙度的影響

（1）切削速度v的影響

加工塑性材料時(shí)，切削速度避開低速和中速區(qū)域，就減少了鱗刺和積屑瘤的產(chǎn)生，表面粗糙度就會(huì)降低，為什么淬火后的鋼件可以用BN-H10或BN-H20牌號(hào)超硬刀具實(shí)現(xiàn)以車代磨，而且線速度越高，精車后的粗擦度越低的原因。而加工脆性材料時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，所以對(duì)粗糙度的影響不大。

（2）進(jìn)給量f的影響

減小進(jìn)給量可以降低殘留面積的高度，因而可以減小表面粗糙度。但當(dāng)進(jìn)給量減小到一定值時(shí)再減小，表面粗糙度不會(huì)明顯下降，當(dāng)進(jìn)給量更小時(shí)，粗糙度會(huì)反而上升。

（3）切削深度的影響

一般來說，切削深度對(duì)表面粗糙度的影響不大，在實(shí)際工作中可以忽略不計(jì)，也可以選用小的切削厚度。減小工件振動(dòng)，降低表面粗糙度。

三 、走刀量、刀尖圓弧角、粗糙度三者的關(guān)系

粗加工時(shí)按刀尖圓弧半徑選擇刀具*大走刀量，或通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算刀具走刀量；精加工時(shí)按工件表面粗糙度要求計(jì)算精加工走刀量。



四、其他因素對(duì)表面粗糙度的影響

（1）工件材料性質(zhì)的影響

一般加工塑性材料時(shí)，由于刀具對(duì)加工表面的擠壓和???擦，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，*后導(dǎo)致表面粗糙度值較大；而脆性材料加工時(shí)塑性變形小，容易達(dá)到表面粗糙度的要求。為了減小加工表面粗糙度值，常在切削加工前對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以獲得均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的硬度。

（2）切削液的影響

選用合理的切削液，可以減少切屑、刀具、工件接觸面間的摩擦 ，降低切削區(qū)溫度，使切削區(qū)金屬表面的塑性變形程度下降，抑制積屑瘤的產(chǎn)生，因此可大大減小表面粗糙度值。

五，關(guān)于以車代磨的粗糙度：

作為“以車代磨”的典型應(yīng)用，連續(xù)切削用精加工刀具牌號(hào)BN-H10已經(jīng)很普及的應(yīng)用在齒輪端面熱后硬車的生產(chǎn)實(shí)踐中，硬車削與磨削加工相比，確實(shí)大大提高了工作效率。用BN-H10牌號(hào)精車淬硬鋼后的工件表面粗糙度為Ra0.3——0.6μm，尺寸精度可達(dá)0.013mm，若能采用剛性好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車床加工，刀具的剛性好和刃口鋒利，則精車后的工件表面粗糙度可達(dá)Ra0.3μm，尺寸精度可達(dá)0.01mm，可達(dá)到用數(shù)控磨床加工的水平。且以車代磨時(shí)，BN-H10牌號(hào)刀具的金屬切除率通常是磨削加工的3——4 倍，所消耗的電能及人工，物料耗材卻只有磨削的1/5

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