高速切削和難加工材料切削加工表面粗糙度控制工藝

　　機械加工后的零件表面，不可能是絕對平整和光滑的，實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)量的一項重要衡量指標(biāo)，不僅直接決定了機械產(chǎn)品的外觀精美程度，而且對機器的裝配質(zhì)量以及零件的使用壽命都有著很大的影響。

　　刀具對表面粗糙度的影響

　�。�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，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，故減小副偏角，要根據(jù)機床的剛性而定。刀尖圓弧半徑re對表面粗糙度的影響：在剛度允許的情況下re增大時，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；但鏜孔時或者切削細長軸或薄壁零件時因為系統(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，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)合金刀片很難達到Ra1.6的粗糙度；而BN-S30牌號或BN-K20牌號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到Ra0.8-Ra1.6。

　�。�3）刀具磨損

　　刀具的磨損分為三個階段:初期磨損、正常磨損和劇烈磨損。由于刀具表面會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,振動隨之增大,表面粗糙度的變化幅度也急劇上升。

　　切削用量對表面粗糙度的影響

　�。�1）切削速度v的影響

　　加工塑性材料時，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，表面粗糙度就會降低，為什么淬火后的鋼件可以用BN-H10或BN-H20牌號超硬刀具實現(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，一般不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺，所以對粗糙度的影響不大。

　　（2）進給量f的影響

　　減小進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)進給量減小到一定值時再減小，表面粗糙度不會明顯下降，當(dāng)進給量更小時，粗糙度會反而上升。

　�。�3）切削深度的影響

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

　　走刀量、刀尖圓弧角、粗糙度三者的關(guān)系

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

　　其他因素對表面粗糙度的影響

　�。�1）工件材料性質(zhì)的影響

　　一般加工塑性材料時，由于刀具對加工表面的擠壓和摩擦，會產(chǎn)生塑性變形，最后導(dǎo)致表面粗糙度值較大；而脆性材料加工時塑性變形小，容易達到表面粗糙度的要求。為了減小加工表面粗糙度值，常在切削加工前對材料進行調(diào)質(zhì)或正火處理，以獲得均勻細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。