加工表面质量

加工表面质量金属切削加工

加工表面质量1.1表面粗糙度的形成

切削后的工件表面质量主要包括：表面粗糙度、表面残余应力、表面微观裂纹和表面层硬化程度等。

1．理论粗糙度如图4.8所示，若用无圆弧刀尖（r=0）和修圆刀尖（r＞0）的车刀纵车外圆，当完成一个进给量f后，在已加工表面上形成了未被切除的残留面积。

2．积屑瘤

如图4.9a所示，不产生积屑瘤时，加工表面上只有较均匀的残留面积痕迹。如果产生积屑瘤，由于积屑瘤会伸出切削刃及刀尖，就在己加工表面留下深浅、宽窄不一的犁沟，如图4.9b所示。另一方面，积屑瘤的变化会使切削力波动而引起振动，使己加工表面粗糙度明显增大。此外，积屑瘤不均匀的脱落也会残留在已加工表面上，影响工件表面质量。

3．鳞刺

在较低及中等的切削速度下切削塑性材料时，在已加工表面的垂直于切削速度方向上往往会出现突出的鳞片状毛刺，称为鳞刺。增大了表面粗糙度高度，恶化已加工表面质量。

4.刀具磨损和刃磨质量

如图4.12a所示，当刀具后面产生严重磨损时，后面会对加工表面产生挤压和摩擦，使加工表面上产生划痕；如图4.12b所示，如果刀具在刃磨或使用时刀尖处产生微小崩刃，切削时该微崩会复映在已加工表面上形成均匀的沟痕而影响表面质量。

5．振动

当工艺系统刚性不足或背向切削力过大时，就会产生振动，振动不仅明显加剧表面粗糙度，严重时还会影响机床精度和损坏刀具，当振动频率接近工艺系统固有频率时，形成共振，造成的破坏性更大。

切削时应设法减轻或避免振动。1.2影响表面粗糙度的因素1.切削用量的影响

（1）切削速度——切削速度是影响加工表面质量的重要因素。切低碳钢时，中、低速（50m/min以内）切削易形成积屑瘤和鳞刺，不易获得小的表面粗糙度值。常配合大前角、小进给，性能好的切削液，提高刀具刃磨质量等来抑制鳞刺和积屑瘤，或采用宽刀精切来确保加工表面质量；在高速（＞80～100m/min）时，若工艺系统刚性足够，刀具材料性能好，不产生振动，则提高切削速度有利于表面质量的提高。

（2）进给量——进给量是影响表面粗糙度最为显著的因素，由式（4.4）可知，进给量越小，残留面积高度越小，且鳞刺、积屑瘤和振动均不易产生，表面质量越高。但若进给量太小，切削厚度变薄，加剧了刀刃钝圆半径对加工表面的挤压，并增加冷硬程度。另外，小进给量会降低生产率，通常可采取高切速或小副偏角和磨出修圆刀尖等来解决残留面积和生产率之间的矛盾。2.刀具几何参数影响

（1）前角——增大刀具前角使切削变形减小、刀—屑面间摩擦减小，有利于减少积屑瘤、鳞刺和冷硬现象。

（2）后角——增大刀具后角，刀具后面与加工表面间的摩擦减小，减小刀刃对加工表面的挤压，减小对冷硬、鳞刺等的影响。因此，精加工刀具应选较大后角（如≥80）。有时采用负后角（≤00）刀具进行挤压光整加工，使表面粗糙度减小（可达到Ra0.125～2.5μm），并提高了表面层的硬度和疲劳强度。

（3）主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径——减小主偏角，使残留面积减小，但会使背向力显著增大，所以，若通过改变主偏角来改善加工表面质量，则应考虑加工工艺系统的刚性是否允许。生产中常通过减小副偏角和刀尖圆弧半径来减小残留面积高度值。前角的影响副偏角的影响3.工件材料的影响

加工塑性材料时，刀具对金属挤压的塑性变形和刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性越好，金属塑性变形越大，加工表面越粗糙。故对中、低碳钢材料的加工，常采用在加工前安排正火或调质处理来减小表面粗糙度。加工脆性材料时，其切屑一般呈崩碎粒状，切屑的崩碎常在工件表面留下小麻坑，使表面变粗糙，加工时应想办法避免。

刀具材料对表面质量的影响，主要决定于它们与加工材料间的摩擦系数、亲合程度、刀具材料的耐磨性和刃磨工艺性。

（1）高速钢刀具——高速钢刀具的刃磨工艺性好，经刃磨易获得锋利的刀刃和光整的刀面，在精加工时，配合其它切削参数，表面粗糙度可达到0.125~2.5μm。

（2）硬质合金刀具——硬质合金刀具在高速切削时，切削变形小，若机床精度和工艺系统刚性良好，加工表面粗糙度可达0.80μm。

4.刀具材料的影响

（3）陶瓷刀具——用陶瓷刀具，可选用高速切削，摩擦系数小，不易产生粘结，刀具不易磨损，故用于切削钢时表面粗糙度0.80～0.40μm、切削铸铁达到的表面粗糙度0.16～0.80μrn。

（4）立方氮化硼（CBN）刀具——立方氮化硼刀具的强度高、耐磨性高，刀具经精细刃磨后，在高速切削时，加工表面粗糙度达到0.10μm。

（5）金刚石刀具——金刚石刀具切削时产生的摩擦系数是陶瓷刀具的1／3，刃口非常锋利、平直，极高的硬度和耐磨性，切削后冷硬层很小，对有色金属加工可获得相当高的表面质量。4.刀具材料的影响5.切削液的影响